充气膜结构建筑简介

 

充气膜结构是现代建筑结构形式的一种，是指用空气支撑的建筑。将设计、制作成型的建筑膜体，固定在基础梁的周边，使用自动化供风系统向室内充气至200pa左右正压，靠压力差使膜结构体稳定以抵抗外界风雨雪的载荷，因无需任何梁、柱支撑，故可获得最大的使用空间。

 

充气膜结构主要构成：

1、建筑膜体2、基础连接构件3、全自动供风系统4、门控系统5、照明系统6、空调系统

充气膜结构与传统建筑结构比较：

 

充气膜结构建筑膜体是由建筑膜材经过裁剪加工的膜片单元组成的，能够与膜结构基础连接从而形成充气膜结构建筑主体。

 

建筑膜材

 

充气膜结构所使用的膜材主要是由高强度纤维编织成的基材与聚合物涂层构成的复合材料。基材主要采用高强度的玻璃纤维或聚脂纤维编织而成，有平织和绞织等多种编织方法，不同的编织方法会影响膜材料的经纬向力学性能指标，使其具有不同的抗拉强度和抗撕裂强度；聚合物涂层主要有PTFE（聚四氟乙烯）和PVC(聚氯乙烯)，聚合物涂层在一定程度上提高了膜材料各项强度指标。此外，为提高膜材料的耐久、自洁等特性，膜材表面往往涂覆一层氟涂层或硅涂层，使膜材料具备更佳的的耐火、耐久、防水、自洁等性能。

 

膜材特性

 

1、防火性能：用于膜建筑的膜材料具有卓越的阻燃性和耐高温性，达到相关防火标准的要求，达到ASTMZ-136标准。

2、保温性能：单层膜材料的保温性能大致相当于夹层玻璃，双层膜保温系数比单层提高了45％，加装保温棉后的保温效果与传统建筑相同。 

3、耐久性能：膜材料表面的涂层在酸、碱等化学环境及紫外线照射下可保持非常稳定的性质，不易发生变色或破裂。玻璃纤维在经长期使用后，不会引起强度劣化或张力降低。建筑膜材一般耐久性在25年以上，适于作永久性建筑。

4、自洁性能：膜材和经过特殊表面处理具有很好的自洁性能，雨水会在其表面聚成水珠流下，使膜材表面得到自然清洗。 

5、光学性能：膜材料可滤除大部分紫外线，膜材料本身透光而不透明，对自然光的透射率可达25%，透射光在膜结构内部产生均匀的漫射光，无阴影，无眩光，具有良好的显色性。而加装保温棉或避光材料后可完全屏蔽外界环境光。

6、声学性能：一般膜结构对于低于60hz的低频几乎是透明的，比玻璃具有更强的吸音效果。在膜体内侧加装吸音棉或内衬设计后，可大大提高其隔音性能。

 

膜体结构

 

1、单层结构：使用单层膜材构成的膜体，其最大特点是重量轻、成本低、透光度好，但隔音、隔热效果较差；

2、双层结构：使用内外两层膜材构成的膜体，两层膜材保持一定的间隔从而形成空气隔热层，较单层结构提高了隔音、隔热效果，透光率有所降低；

3、双层夹保温棉结构：使用保温棉填充于内外两层膜材之间所形成的膜体结构，该结构具备良好的隔音、隔热效果，可有效降低空调能耗。该结构可在膜体顶部采取局部透光设计，从而提高日间自然采光效果。

全自动供风系统

充气膜结构建筑使用全自动智能供风系统，将供风机组、中央控制、压力调节、新风调节、空气过滤、温度调节和应急电源高度集成于整体式机房箱体内，不仅达到了高效智能控制也使管理维护更加简单方便。

 

中控系统：高度集成的智能控制系统，动态采集风速、风压数据实现实时压力调节，支持远程报警；

风机机组：使用变频技术的风机机组，双机一备一用，确保全天候运行；

新风系统：配备自动调节阀的新风通道可有效置换新风，保证馆内空气质量达到每人每小时20-30立方米新风量的要求。并可在供风系统中加装净化过滤装置对空气进行净化消毒。

空调系统：根据使用需求可将空调和暖气系统集成于供风系统中，并实现统一智能控制；

应急电源：当出现电力故障时，应急电源将自动启动，确保建筑的安全。

门控系统

充气膜结构建筑门控系统，包含互锁通道门、旋转门、物流门、应急门等。

 1、互锁通道门：用于建筑主通道人员进出，使用两樘平开门，设置了气密缓冲区并具备自动开门机和互锁功能，有效控制了人员进出时的室内压力损失；

2、旋转门：用于人员快速进出，采用3页或4页门扇可有效控制人员进出时的室内压力损失；

3、物流门：用于车辆和物流的进出，采用两樘提升门，设置了气密缓冲区并具备互锁功能，避免室内压力损失；

4、应急门：依据建筑应急逃生需求设计的应急门使用推扛锁，当紧急情况发生时，由内部外推即可出门, 从建筑物内迅速撤出，保证人员安全。

照明系统

● 独有的灯具反射装置，采用全方位立体反射片系统，单灯内包含多个反射片，所有反射片的安装位置、型号均由电脑精确控制，通过最多72种反射片组合，达到2000多种配光，照明方式更准确、更灵活、更节能；

● 采用全球专利的“Z”型金卤灯，使弧光管始终处于水平状态，其光效比常见直管光源提高25％;

● 每个灯具的水平投射角度和垂直投射角度是根据不同项目设定好并且在出厂前全部调教完成，现场安装极为简单且调试容易，保证设计与施工的统一；

● 独特的转臂结构和角度定位销设计保证在更换光源或维修后快速达到灯具预设投射角度，保证灯光的瞄准角度与初始设计完全相符

基础连接系统 

 

● 专用的膜体连接构件，坚固耐用，对膜体无伤害，可实现快速安装；

● 优良的防水效果，防止雨雪等天气条件下对金属构件的腐蚀；

● 良好的气密性，最大程度降低因失压而造成的能耗。

 

充气膜结构建筑的十大优势

优势一：节能

充气膜结构建筑是北美和欧洲公认的节能建筑，可实现以极少的资源消耗而获得极大的建筑空间。良好的保温技术，使维护结构和穹顶均达到了传统建筑三七墙的保温系数，达到了以最节能的方式实现了室内运动场馆的舒适环境。

借助充气膜结构的自动供风系统解决空调送风，即减少了室内空调设备的投资，也节省了日常设备的能耗。因此，充气膜结构建筑具备了卓越的节能效果。只需用传统结构体育馆的近20%至25%的空调能耗，就可达到相同面积体育馆的制冷和供暖效果。充气体育馆以最节能的方式创造了舒适的室内运动环境。

 

优势二：环保

建筑用膜材料，是采用精细化工、纺织和复合工艺技术生产。所有原材料符合北美及欧洲标准，对人身体无任何负作用。为提高建筑膜材的化学结合力和结构稳定性，用PVDF氟涂层做膜材表面处理，确保不会与大气中的污染因素起反应。因而，使膜材形成良好的表面封闭。膜材阻燃防火、延长使用寿命抗老化、耐紫外线、耐酸碱、耐磨损和具有自动清洁等性能。充气建筑的全自动化供风系统，可有效置换新风，保证馆内空气质量达到每人每小时20-30m3新风量的要求。膜结构有优越的隔音效果。可以营造安静的馆内环境。

 

优势三：安全

在北美和欧洲等发达国家，充气膜结构建筑已被安全应用了近半个世纪。整体外形的曲面结构的设计，是风阻最小的建筑。在北美为抗飓风，采用钢绳网与基础连接有效提高了膜结构建筑的抗风能力。在高寒地区增加融雪系统的设计，可有效抵御雪荷载。充气建筑的膜材料具有良好的阻燃防火性能，达到北美和欧洲的防火标准。面对火灾可能给人身带来的伤害，充气建筑是最安全的建筑之一。供风系统设备一备一用，配套自动启动的发电系统，在双路断电的情况下也可确保安全使用。

 

优势四：抗震能力强

面对地震给建筑带来灾难性的危害，充气膜结构建筑具有绝对优势。即使在灾区电网停止供电的情况下，备用发电机也可保障正常运转。可有效保护人生安全。可作为城市救灾情况下的避难场所、指挥部和临时救护医院。

 

优势五：建造迅速

充气膜结构实现了建筑的工业化生产，同期进行基础施工。对于半永久性的充气建筑，运抵现场后安装只需一周时间完成。

紧急救援和临时性充气建筑，运抵现场后可迅速安装并充气成型投入使用。如果需要，在充气建筑的室内还可以统一配置充气床及分区充气隔断墙。

 

优势六：可迁移的建筑

充气膜结构建筑是可迁移的建筑，可以为举办大型活动和临时用展览馆提供快捷、方便的大跨度的建筑空间。

优势七：重量轻、造价低

充气膜结构建筑每平米自重约3公斤，可以建在楼顶将闲置的平台建设为全天候使用的充气体育馆或展览馆，有效节省了土地。并且，彻底解决了楼顶保温和防水。充气建筑的综合造价只用传统建筑结构造价的30 %至40%。一次建成后不再需要装修费用。

 

优势八：大跨度

气承式充气膜结构建筑，从根本上克服了传统结构形式在实现无支撑的大跨度上所遇到的困难和挑战。因此，可创造出巨大的无遮挡的大跨度空间，可有效利用建筑的使用面积。

 

优势九：形态自由度高

充气膜结构技术具有优良的曲面造型能力。根据不同的地形地貌及环境的要求，可建造各种复杂曲面的充气建筑。

优势十：高度装配化

充气膜结构建筑可与固定的传统结构的建筑相连接，多个充气膜结构建筑之间也可按设计要求自由装配组合。可满足各种不同功能的使用。

气膜建筑简介

 

配置

膜系统   双层透光膜系统

智能控制系统   Broadwell

门系统   旋转门，应急门，汽车通道

锚固系统   气密锚固，角钢锚固件

性能指标

抗震设防烈度   8度，0.3g加速度

最大风荷载   12级超级台风

最大雪荷载   250kg/㎡

积灰荷载、特殊悬挂   无

透光性   透光，白天光照强度可达300~1000lux

灯光照度   750lux

温度设定   夏季28±2℃，冬季16±2℃

新风量   >60m³/人·小时

适应温度   -30~70℃

寿命与质保

寿命    30年以上

项目质保周期    1年

膜材质保周期    10年

年能耗   每平方米50元/年（空调，暖气、照明，新风，充气）

防锈补漏成本   零

气膜组成

   气膜建筑学名为气承式膜结构建筑，它是用特殊的建筑膜材（PVDF膜材）做建筑外壳，配备一套智能化的机电设备在完全密闭的气膜建筑内部提供空气压力，使整体建筑内部始终保持对外部环境的正压，靠内外部压力差把建筑主体支撑起来的一种建筑结构系统。

气膜建筑的工作原理

   1.气膜建筑靠内外气压差来支撑整个建筑。由于材料的柔性和结构固有的有效性和弧形的体形，没有受弯、受扭和受压的构件；
   2.内部无需任何框架或梁柱支撑，跨度可以达到180米、高跨比一般为1：4-1：2，最高可达90米高；
   3.随着大气压的升高,其环境含氧量是递增的,因此气膜内外的气压差不仅不会对人体有任何不良的影响,反而会有助于人们从事运动活动或体力工作；通常室内外气压差为250Pa，约0.0025个大气压（相当于正常建筑1层与9层的气压差）

气膜建筑的安全性

   气膜建筑结构通常保持内外气压差为250Pa，约0.0025个大气压（相当于正常建筑1层与9层的气压差）
   气膜建筑结构是采用内外气压差支撑的新型建筑结构，在安全范围内，气膜内部空间的气压越大，能够抵御的风荷载，雪荷载的能力也越高，从而气膜建筑产生形变的可能性就越小，也就越安全。
   例如，气压在1.75英寸水柱时会跟承受每小时80英里的风相当。如果压力不能到达抵抗风雪的安全值，结构就有坍塌的危险。

气膜建筑的绿色建筑理念

   “零”资源
   最大限度利用膜材和空气作为建筑材料，利用空气压力和气体循环技术创造封闭、舒适的空间建筑形式；
   “零”能耗
   充分利用自然光、配以全智能建筑监控系统、主动式节能空调技术和清洁能源集成应用技术，
包括水蒸发制冷、太阳能集电、集热技术，将建筑全生命周期能耗降到最低；
   “零”排放
   膜结构从生产到应用、无粉尘，采用雨污水回收，使二氧化碳和污水污物排放被杜绝；
   “零”污染
   利用现代气膜结构技术，工业化和标准化制造，集成生产、施工现场快速拼装的经营模式，使建筑过程无噪音、无大气污染、无污水排放；
   “零”工地
   将施工现场需要的关键构件和部件移至室内工厂生产，生产完成后到现场实行快速拼装施工工法，提高作业功效、缩短施工周期，实现“零”现场施工装配；
   “零”距离
   以实现了构件标准化、供应系列化、生产工厂化、施工装配化，随时随地通过物联网智能控制系统操控营造和使用的耗能设备，实现零距离连接。

膜材

       膜材（PVDF）特点优点

     

       

           最经久耐用的膜材 膜结构所用的膜材料具有高强、阻燃、耐久、自洁等特性的高强复合材料，具有最高的热反射率（SR）和散热率（IE）一般由基布和涂层二部分组成。基布主要采用高强聚脂纤维或玻璃纤维丝编织而成，有平织和绞织等多种编织方法，不同的编织方法影响着膜材料的经纬向力学性能指标，提供膜的抗拉强度和抗撕裂强度等；涂层材料主要有聚四氟乙烯和聚氯乙烯，在一定程度上提高了膜材料各项强度指标，为提高膜材料的耐久、自洁等特性，表面往往有一层氟涂层或硅涂层，提供膜材料的耐火、耐久及防水、自洁等性能，决定着膜材料的物理特性。

           1） 更丰富的色彩选择
           多变的支撑结构和柔性膜材使建筑物造型更加多样化，新颖美观，同时体现结构之美，且色彩丰富，可创造更自由的建筑形体和更丰富的建筑语言。
           2） 更好的经济效益
           膜建筑屋面重量仅为常规钢屋面的1/30，这就降低了墙体和基础的造价。同时膜建筑奇特的造型和夜景效果有明显的“建筑可识性”和商业效应，其价格效益比更高。
           3） 更短的施工周期
           膜工程中所有加工和制作依设计均可在工厂内完成，在现场只进行安装作业。相比传统建筑的施工周期，它几乎要快一倍。
           4） 更低的能源损耗
           膜材有较高的反射性及较低的光吸收低，并且热传导性较低，这极大程度上阻止太阳能进入室内。另外，膜材的半透明性保证了适当的自然漫散射光照明室内。
           5） 更大跨度的建筑空间
           由于自重轻，膜建筑可以不需要内部支撑面大跨度覆盖空间，这使人们可以更灵活、更有创意地设计和使用建筑空间。