ETFE薄膜双层气枕结构计算分析及试验研究
ETFE膜结构气枕体系施工技术研究——以扬州世园会国际馆建设项目为例
ETFE膜结构气枕体系施工技术研究——以扬州世园会国际馆建设项目为例发布时间：2021-07-01T10:02:44.193Z 来源：《基层建设》2021年第10期作者：刘磊磊[导读] 摘要：ETFE膜结构为当前最为先进的薄膜材料，性能优异，不仅外观更具观赏性，且综合施工性能较为突出。
柯沃泰膜结构（上海）有限公司摘要：ETFE膜结构为当前最为先进的薄膜材料，性能优异，不仅外观更具观赏性，且综合施工性能较为突出。
基于此，本文主要围绕ETFE膜结构气枕体系展开研究分析，首先对工程案例进行简单介绍，并指出施工中所存问题及控制措施，并进一步展开工程案例ETFE膜结构气枕体系施工技术应用分析，全面化探析ETFE膜结构气枕体系施工技术，以供参考。
关键词：ETFE膜结构；气枕体系；施工技术引言：ETFE膜结构具有耐辐射、耐热性、电绝缘性能，且力学性质较好，在各类建筑物建设中被广泛应用，除此之外，ETFE膜结构为新一代建材，在艺术性建筑造型中效果显著，灵活多变，备受行业关注，在2021扬州世园会建设工作中，为彰显世园会主题，完成艺术性建筑设计，本次主题建筑——国际馆采用ETFE膜结构气枕体系，构建蚕蛹状建筑外观，寓意“破茧成蝶”。
一、工程概况本工程为扬州世园会国际馆建设项目，其中国际馆屋面为ETFE膜结构，整体为鱼型设计，外形流畅，呈四边形设计，造型唯美大气。
整个ETFE膜结构屋面为14000m2，共由一千多个气枕膜构成。
工程建设期间采用全透光、63%透光率、46%透光率的不同规格ETFE膜结构产品，以此满足国际馆屋面不同透光需求，营造出差异化光学环境。
扬州世园会国际馆作为公共建筑，为保障整体功能，共设计300余套大推力屋面开启系统及ETFE熔断系统，用以满足国际馆紧急消防排烟及自然通风需求，改善馆内空气质量，且可在紧急情况下实现快速排烟，建筑安全性极大提升。
气枕体系均采用双层250u厚度ETFE膜结构，原材料幅宽1.6m，经找形、裁剪后将膜材料拼接为弧形曲面，由EPDM橡胶条收边，并于安装时将橡胶条固定于铝合金型材内，借助二次钢结构、螺栓进行连接。
PV_ETFE气枕结构温度实测研究_胡建辉_陈务军_赵兵_宋浩
第４３卷 第１期２０１５年 １月 华中科技大学学报（自然科学版）Ｊ．Ｈｕａｚｈｏｎｇ Ｕｎｉｖ．ｏｆ Ｓｃｉ．＆Ｔｅｃｈ．（Ｎａｔｕｒａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅ Ｅｄｉｔｉｏｎ）Ｖｏｌ．４３Ｎｏ．１ Ｊａｎ． ２０１５ＤＯＩ：１０．１３２４５／ｊ．ｈｕｓｔ．１５０１１２收稿日期 ２０１３－０８－２６．作者简介 胡建辉（１９８６－），男，博士研究生，Ｅ－ｍａｉｌ：ｈｕｊｉａｎｈｕｉ０３０４＠ｓｊｔｕ．ｅｄｕ．ｃｎ．基金项目 国家自然科学基金资助项目（５１２７８２９９）．ＰＶ－ＥＴＦＥ气枕结构温度实测研究胡建辉１ 陈务军１ 赵 兵１ 宋 浩２（１上海交通大学空间结构研究中心，上海２０００３０；２上海太阳膜结构有限公司，上海２０００３０）摘要 为了研究柔性非晶硅薄膜光伏电池－乙烯四氟乙烯共聚物（简称ＰＶ－ＥＴＦＥ）气枕结构的温度特征，设计了由三层ＥＴＦＥ气枕与集成于其中层膜上表面ＰＶ组成的气枕１及由双层ＥＴＦＥ气枕与集成于其上层膜上表面ＰＶ组成的气枕２，实测了两种气枕的ＰＶ和ＥＴＦＥ薄膜的夏季温度数据．通过分析得到：两种气枕的ＰＶ和ＥＴＦＥ薄膜温度差分别为３５．４℃和２６．２℃；气枕１和气枕２ＥＴＦＥ薄膜受气枕内空气温度和气枕外空气流动影响明显；ＰＶ温度受阴影及太阳光入射角影响．关键词 柔性非晶硅薄膜光伏电池；乙烯四氟乙烯共聚物；气枕结构；温度；实测中图分类号 ＴＵ３８１；ＴＵ３１２．１ 文献标志码 Ａ 文章编号 １６７１－４５１２（２０１５）０１－００５７－０４Ｆｉｅｌｄ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ ｏｆ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｏｆ ＰＶ－ＥＴＦＥ ｃｕｓｈｉｏｎ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓＨｕ Ｊｉａｎｈｕｉ１ Ｃｈｅｎ Ｗｕｊｕｎ１ Ｚｈａｏ Ｂｉｎｇ１ Ｓｏｎｇ Ｈａｏ２（１Ｓｐａｃｅ Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｃｅｎｔｅｒ，Ｓｈａｎｇｈａｉ Ｊｉａｏ Ｔｏｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｓｈａｎｇｈａｉ ２０００３０，Ｃｈｉｎａ；２Ｓｈａｎｇｈａｉ Ｔａｉｙｏｋｏｇｙｏ Ｃｏ．Ｌｔｄ．，Ｓｈａｎｇｈａｉ ２０００３０，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ Ｔｏ ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ ｔｈｅ ｅｔｈｙｌｅｎｅ－ｔｅｔｒａ－ｆｌｕｏｒｏ－ｅｔｈｙｌｅｎｅ（ＥＴＦＥ）ｃｕｓｈｉｏｎ ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ ｆｌｅｘｉｂｌｅ ａｍｏｒｐｈｏｕｓ ｓｉｌｉｃｏｎ ｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃ ｐａｎｅｌｓ（ＰＶ－ＥＴＦＥ ｆｏｒ ｓｈｏｒｔ），ｔｗｏ ｔｙｐｅｓ ｏｆＰＶ－ＥＴＦＥ ｃｕｓｈｉｏｎｓ ｗｅｒｅ ｄｅｓｉｇｎｅｄ．Ｃｕｓｈｉｏｎ １ｗａｓ ａ ｔｈｒｅｅ－ｌａｙｅｒ ＥＴＦＥ ｃｕｓｈｉｏｎ ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ ＰＶ ｏｎ ｓｕｒ－ｆａｃｅ ｏｆ ｉｔｓ ｍｉｄｄｌｅ ｌａｙｅｒ ａｎｄ ｃｕｓｈｉｏｎ ２ｗａｓ ａ ｄｏｕｂｌｅ－ｌａｙｅｒ ＥＴＦＥ ｃｕｓｈｉｏｎ ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ ＰＶ ｏｎ ｓｕｒｆａｃｅ ｏｆ ｉｔｓｔｏｐ ｌａｙｅｒ．Ｔｈｅｎ，ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｏｆ ｔｈｅ ｔｗｏ ＰＶ－ＥＴＦＥ ｃｕｓｈｉｏｎｓ ｉｎ ｓｕｍｍｅｒ ｗａｓ ｆｉｅｌｄ－ｍｅａｓｕｒｅｄ．Ｔｈｅ ｒｅ－ｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅｓ ｂｅｔｗｅｅｎ ｔｈｅ ｔｗｏ ＰＶ－ＥＴＦＥ ｃｕｓｈｉｏｎｓ ｗｅｒｅ ３５．４℃ｆｏｒ ＰＶ ａｎｄ２６．２℃ｆｏｒ ＥＴＦＥ ｆｏｉｌｓ，ｔｈｅ ｍａｊｏｒ ｉｎｆｌｕｅｎｃｉｎｇ ｆａｃｔｏｒｓ ｆｏｒ ＥＴＦＥ ｆｏｉｌ ｏｆ ｃｕｓｈｉｏｎ １，ＥＴＦＥ ｆｏｉｌ ｏｆ ｃｕｓｈｉｏｎ２ａｎｄ ＰＶ ａｒｅ ｔｈｅ ａｉｒ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｉｎ ｃｕｓｈｉｏｎ １，ａｉｒ ｆｌｏｗ ｏｕｔｓｉｄｅ ｔｈｅ ｃｕｓｈｉｏｎ ２，ａｎｄ ｓｈａｄｅ ａｎｄ ａｎｇｌｅ ｏｆｉｎｃｉｄｅｎｃｅ ｏｆ ｔｈｅ ｓｏｌａｒ ｉｒｒａｄｉａｎｃｅ，ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ．Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ ｆｌｅｘｉｂｌｅ ａｍｏｒｐｈｏｕｓ ｓｉｌｉｃｏｎ ｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃ ｐａｎｅｌ；ｅｔｈｙｌｅｎｅ－ｔｅｔｒａ－ｆｌｕｏｒｏ－ｅｔｈｙｌｅｎｅ（ＥＴＦＥ）；ｃｕｓｈｉｏｎ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ；ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ；ｆｉｅｌｄ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ 乙烯－四氟乙烯共聚物薄膜（ＥＴＦＥ）气枕结构是近十几年随材料、结构形式以及施工技术的发展而出现的新型建筑形式，具有造型优美、结构新颖等优点［１］．国内外学者广泛开展了气枕结构的研究：文献［２－３］研究了充气膜结构受风、雪荷载作用的分析理论，文献［４－５］提出了基于力密度的数值算法，文献［６－７］对双层气枕进行了受风荷载等的试验研究．与常规ＥＴＦＥ气枕结构不同，光伏（ＰＶ）电池与气枕结合形成的ＰＶ－ＥＴＦＥ气枕结构是近几年随着气枕结构理论不断完善以及光伏建筑一体化（ＢＩＰＶ）［８］的发展出现的一种新型气枕结构，它可以利用ＰＶ电池发电供结构系统工作而独立于外界电源并成为零耗能建筑，如２０１０上海世博会日本馆采用了双层ＥＴＦＥ气枕与ＰＶ结合的形式，但所增加ＰＶ的光热效应会产生较高温度影响气枕的受力性能［９］，因此准确获取ＰＶ－ＥＴＦＥ气枕的温度特征及其影响因素是分析设计该类气枕的基础．ＰＶ－ＥＴＦＥ气枕的温度随太阳辐射强度和气枕结构形式的变化明显，现场实测是准确获取ＰＶ－ＥＴＦＥ气枕温度值的有效方法，但目前相关文献较少．本研究设计了两种ＰＶ－ＥＴＦＥ气枕结构，分别是由三层ＥＴＦＥ气枕与集成于其中层膜上表面ＰＶ组成的气枕１及由双层ＥＴＦＥ气枕与集成于其上层膜上表面ＰＶ组成的气枕２，实测了其夏季温度数据，分析了影响温度变化的主要因素．１ 温度实测试验１．１ ＰＶ－ＥＴＦＥ气枕试验装置１．１．１ 气枕构成根据ＰＶ电池安装位置的不同，研制了两种不同的气枕模型．气枕１，２由结构体系、光伏控制系统（ＰＶ系统）和压力控制系统组成，其中气枕１的ＰＶ电池安装在三层ＥＴＦＥ气枕内部中间层膜面的上测；气枕２的ＰＶ电池发电量为６ ８Ｗ·ｈ，安装在双层ＥＴＦＥ气枕上膜面外测，系统组成及参数见图１和表１，表１中太阳能蓄电池的蓄电量为１００Ａ·ｈ．图１ ＰＶ－ＥＴＦＥ气枕１和气枕２系统组成表１ 气枕１和气枕２系统仪器参数仪器型号电压／Ｖ电流／Ａ功率／Ｗ误差时间间隔／ｓ气枕１柔性非晶硅ＰＶ电池太阳能控制器太阳能蓄电池压力传感器可编程逻辑控制器鼓风机电磁阀ＰＶＬ６８ＥＰＩＰＣ－ＣＯＭ６－ＣＮ－１００ＫＱ－ＳＰＢ２０８８ＰＭ５６４－ＴＧ１Ｇ１６０－ＢＨ２９－５２ＺＱＤＦ－１１６．５２４１２２４２４２４２４４．１２００．２５５．８１０５２００．１Ｗ·ｈ０．１Ｗ·ｈ２Ｐａ０．１Ｐａ１Ｗ０．１Ｗ１１２０气枕２柔性非晶硅ＰＶ电池直流灯压力传感器空气压缩机ＰＶＬ６８ＫＱ－ＳＰＢ２０８８ＪＳ－０．２５／８１６．５１２２４２２０４．１０．０２７．５３２ ２００２Ｐａ１１２０１．１．２ 气枕工作原理气枕１ 压力控制系统由ＰＶ系统提供的电能对支承于钢结构上的气枕结构充气，使其成形、维持设计形状以及承受外荷载．气枕２ 压力控制系统由外接电源供电对支承于钢结构上的气枕充气，使其成形并维持设计形状；ＰＶ系统提供电能供太阳能直流灯工作．１．２ 测试系统本测试系统可以对温度和太阳辐射强度进行２４ｈ自动循环扫描测试并实时显示和记录数据．气枕１测试系统由热电阻、温度巡检仪及数据采集软件组成．铂材质的ＷＺＰＴ－０３５型热电阻，测量范围和精度为－１００～３５０℃和０．１℃．热电阻测量的温度值通过ＸＳＬ／Ａ－３２ＬＳ２Ｐ０Ｖ０型温度巡检仪实时检测并由Ｍ４００采集，数据测量间隔１ｓ．测温点的布置见图２（ａ）．（ａ）气枕１（ｂ）气枕２图２ 温度测点布置气枕２测试系统由红外热像仪及数据采集软·８５· 华中科技大学学报（自然科学版） 第４３卷件组成．Ｍ７５００型红外热像仪测量气枕和ＰＶ表面温度，由ＭｉｋｒｏＳｐｅｃ软件显示和记录，数据测量间隔以及误差分别为１０ｍｉｎ和０．１℃．测温点的布置见图２（ｂ）．投射到ＰＶ表面的太阳辐射强度值分别由ＴＢＱ－２型总辐射表和ＬａｂＶＩＥＷ自编程序监测和采集，数据测量间隔５ｓ．为了减少测量误差，提高测量数据的精度和可靠性，标定了热电阻并记录了红外热像仪的初始值．２ 试验结果及分析选择在最热月份（２０１２年８月）的晴天实测两种ＰＶ－ＥＴＦＥ气枕结构的温度，气枕１和气枕２的试验分别于１５日、１６日和１７日、２１日进行．在整个测试期间，太阳辐射强度平均值为７３７Ｗ／ｍ２，气枕外最高温度和平均温度分别为３８．９℃和３４．５℃，气枕外最大风速和平均风速分别为２．９３ｍ／ｓ和２．４１ｍ／ｓ．测试和数据采集时间段为１１∶３０～１５∶００．图３为在整个测试期间两种ＰＶ－ＥＴＦＥ气枕在ＰＶ及ＰＶ间ＥＴＦＥ薄膜不同测点的温度分布图．图３（ａ）和（ｂ）为气枕１的温度分布；图３（ｃ）和（ｄ）为气枕２的温度分布．图中：θ１５和θ１６分别为气枕１在１５日和１６日测得的温度值；θ１７和θ２１为气枕２在１７日和２１日测得的温度值；ｔ为时刻；ｎ为测点．可以得到：ＰＶ不同部位的温度不同，ＰＶ温度高于其间薄膜温度；两种ＰＶ－ＥＴＦＥ气枕温度不同，温度分布受气枕形式影响显著．图３ 两种ＰＶ－ＥＴＦＥ气枕的温度分布图 气枕１和２温度分析结果见表２和表３．其中，ｍ１和ｍ２分别表示气枕１和气枕２两块ＰＶ间ＥＴＦＥ膜．表２中ＰＶ１，ｍ１和ＰＶ２的最高温度分别为８９．９，７１．１和９７℃．ＰＶ与ＥＴＦＥ薄膜最高温度的平均差值为２２．９℃，产生该温差主要原因为：ＰＶ光热效应将投射到ＰＶ表面的太阳辐射强度值转化成热能，ＰＶ温度升高［１０］；ＥＴＦＥ薄膜导热系数为０．２３Ｗ／（ｍ·℃），导热性能较弱［１１］．因此，三层ＥＴＦＥ气枕中间层薄膜温度主要受气枕内空气温度影响．平均温度可以在一定程度上减弱太阳光入射角及阴影对温度的影响，得到较为准确代表整体的温度［１２］．ＰＶ温度变化平均值（３．０℃）大于ＥＴＦＥ薄膜温度变化最大值（０．７℃），表明太阳辐射光入射角及阴影对ＰＶ温度的影响大于对ＥＴＦＥ薄膜温度的影响．·９５·第１期胡建辉，等：ＰＶ－ＥＴＦＥ气枕结构温度实测研究 表２ 气枕１温度分析℃日期最高温度ＰＶ１ｍ１ＰＶ２平均温度ＰＶ１ｍ１ＰＶ２１５ ８２．５ ６４．６ ９３．５ ７９．９ ６４．４ ９０．２１６ ８９．９ ７１．１ ９７．０ ８６．７ ６９．９ ９４．０ 在表３中，ＰＶ３，ｍ２和ＰＶ４的最高温度分别为６１．６，４６．７和５９．６℃．ＰＶ与ＥＴＦＥ薄膜最高温度的平均差值为１４．７℃，除气枕１中所述原因外，气枕外空气流动会降低气枕２的温度．ＰＶ温度变化平均值（１．７℃）小于ＥＴＦＥ温度变化平均值（２．５℃），与气枕１相反，表明在无阴影情况下，外界流动空气对双层气枕外表面ＥＴＦＥ薄膜温度的影响大于对ＰＶ温度的影响．表３ 气枕２温度分析℃日期最高温度ＰＶ３ｍ２ＰＶ４平均温度ＰＶ３ｍ２ＰＶ４１７ ６０．２ ４３．７ ５８．１ ５９．３ ４１．８ ５６．２２１ ６１．６ ４６．７ ５９．６ ５９．９ ４３．７ ５６．４ 两种温度测试系统测量同一物体温度，差值小于１℃，因此实测的温度值具有可比性．气枕１，２的ＰＶ最高温差为Δθ１＝３５．４℃，ＥＴＦＥ薄膜最高温差Δθ２＝２４．３℃．气枕１，２的ＰＶ平均温度之差Δθ３＝３４．１℃；ＥＴＦＥ薄膜的平均温度之差Δθ４＝２６．２℃．以上数据表明ＰＶ在气枕中的集成部位显著影响温度值，产生该温差主要原因为：气枕１和气枕２分别将ＰＶ集成于气枕中层膜和上层膜；气枕２上层ＥＴＦＥ薄膜和集成于其上的ＰＶ受空气流动而温度较低；ＥＴＦＥ薄膜温度传导系数较低，温度差相对较小．最高温度温差与均值温度温差：Δθ１－Δθ２＝１１．１℃；Δθ３－Δθ４＝７．９℃，表明ＰＶ温度受太阳光入射角和阴影的影响可由求均值减小，得到较为准确代表ＰＶ整体的温度．３ 结论ａ．在最热月份的气候条件下，太阳辐射强度平均值为７３７Ｗ／ｍ２，气枕外最高温度和平均温度分别为３８．９℃和３４．５℃，气枕外最大风速和平均风速分别为２．９３ｍ／ｓ和２．４１ｍ／ｓ时，所设计研制的两种ＰＶ－ＥＴＦＥ气枕均工作良好．ｂ．ＰＶ在气枕中的集成部位显著影响温度值．ＰＶ温度受太阳光入射角及阴影影响明显；气枕１和气枕２的ＥＴＦＥ薄膜温度分别受气枕内空气温度和气枕外空气流动影响明显．ｃ．求均值可减弱太阳光入射角及阴影对ＰＶ温度的影响，得到较为准确代表ＰＶ整体的温度．致谢 试验得到了上海交通大学工程力学实验中心杨凤鹏和但文蛟老师，土木工程实验中心张德煊老师、葛彬彬、孙瑞和罗仁杰同学的大力支持和帮助，在此表示衷心的感谢．参考文献［１］沈世钊．膜结构———发展迅速的新型空间结构［Ｊ］．哈尔滨建筑大学学报，１９９９，３２（２）：１１－１５．［２］陈务军．膜结构工程设计［Ｍ］．中国建筑工业出版社，２００５．［３］Ｒｏｂｉｎｓｏｎ Ｌ Ａ．Ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ ｏｐｐｏｒｔｕｎｉｔｉｅｓ ｏｆ ＥＴＦＥ（ｅｔｈｙｌｅｎｅ ｔｅｔｒａ ｆｌｕｏｒｏ ｅｔｈｙｌｅｎｅ）［Ｄ］．Ｍａｓｓａｃｈｕｓｅｔｔｓ：Ｍａｓｓａｃｈｕｓｅｔｔｓ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２００５．［４］Ｍａｕｒｉｎ Ｂ，Ｍｏｔｒｏ Ｒ．Ｔｈｅ ｓｕｒｆａｃｅ ｓｔｒｅｓｓ ｄｅｎｓｉｔｙ ｍｅｔｈ－ｏｄ ａｓ ａ ｆｏｒｍ－ｆｉｎｄｉｎｇ ｔｏｏｌ ｆｏｒ ｔｅｎｓｉｌｅ ｍｅｍｂｒａｎｅｓ［Ｊ］．Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ，１９９８，２０（８）：７１２－７１９．［５］Ｂｏｒｇａｒｔ Ａ．Ａｎ ａｐｐｒｏｘｉｍａｔｅ ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄ ｆｏｒ ａｉｒｉｎｆｌａｔｅｄ ｃｕｓｈｉｏｎ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ ｆｏｒ ｄｅｓｉｇｎ ｐｕｒｐｏｓｅｓ［Ｊ］．Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｓｐａｃｅ Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ，２０１０，２５（２）：８３－９２．［６］赵兵．ＥＴＦＥ薄膜材料性能与双层气枕结构试验研究［Ｄ］．上海交通大学土木工程学院，２０１２．［７］顾磊，王鹏，陈世平，等．ＥＴＦＥ气枕模型试验与有限元分析［Ｊ］．建筑结构学报，２０１２，３３（５）：４６－５２．［８］Ｐéｒｅｚ－Ｌｏｍｂａｒｄ Ｌ，Ｏｒｔｉｚ Ｊ，Ｐｏｕｔ Ｃ．Ａ ｒｅｖｉｅｗ ｏｎｂｕｉｌｄｉｎｇｓ ｅｎｅｒｇｙ ｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎ ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ［Ｊ］．Ｅｎｅｒｇｙａｎｄ Ｂｕｉｌｄｉｎｇｓ，２００８，４０（３）：３９４－３９８．［９］Ｈｕ Ｊ，Ｃｈｅｎ Ｗ，Ｚｈａｏ Ｂ，ｅｔ ａｌ．Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ｓｔｕｄｉｅｓｏｎ ｓｕｍｍｅｒ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ａｎｄ ｆｅａｓｉｂｉｌｉｔｙ ｏｆ ａ ＢＩＰＶ／Ｔｅｔｈｙｌｅｎｅ ｔｅｔｒａｆｌｕｏｒｏｅｔｈｙｌｅｎｅ（ＥＴＦＥ）ｃｕｓｈｉｏｎ ｓｔｒｕｃ－ｔｕｒｅ ｓｙｓｔｅｍ［Ｊ］．Ｅｎｅｒｇｙ ａｎｄ Ｂｕｉｌｄｉｎｇｓ，２０１４，６９（Ｃ）：３９４－４０６．［１０］Ｊｏｎｅｓ Ａ Ｄ，Ｕｎｄｅｒｗｏｏｄ Ｃ Ｐ．Ａ ｔｈｅｒｍａｌ ｍｏｄｅｌ ｆｏｒｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃ ｓｙｓｔｅｍｓ［Ｊ］．Ｓｏｌａｒ Ｅｎｅｒｇｙ．２００１，７０（４）：３４９－３５９．［１１］林琦，曹立翔，周威．水立方薄膜（ＥＴＦＥ膜）导热系数的测定［Ｊ］．实验科学与技术，２０１１，９（５）：６０－６１．［１２］Ｒａｍａｂａｄｒａｎ Ｒ，Ｍａｔｈｕｒ Ｂ．Ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ ｓｈａｄｉｎｇ ｏｎ ｓｅ－ｒｉｅｓ ａｎｄ ｐａｒａｌｌｅｌ ｃｏｎｎｅｃｔｅｄ ｓｏｌａｒ ＰＶ ｍｏｄｕｌｅｓ［Ｊ］．Ｍｏｄｅｒｎ Ａｐｐｌｉｅｄ Ｓｃｉｅｎｃｅ，２００９，３（１０）：３２－４１．·０６· 华中科技大学学报（自然科学版） 第４３卷。
ETFE气枕膜结构施工工法
ETFE气枕膜结构施工工法ETFE气膜结构是一种新型的建筑膜结构材料，具有轻质、透光、耐候性强等优点，被广泛应用于建筑中。
ETFE气膜结构的施工工法相对传统建筑材料较为复杂，需要专业的施工团队和技术，下面将详细介绍ETFE气膜结构的施工工法。
一、工程前期准备1、设计方案确认：在施工前需要根据建筑的设计方案，确定ETFE气膜结构的类型、形状和尺寸等参数。
2、材料选购：根据设计要求选购符合要求的ETFE气膜材料，包括ETFE膜、ETFE膜接缝胶水、膜结构支撑系统等。
3、施工队伍组建：组建具备相关经验和技能的施工团队，并进行必要的培训和交底。
4、施工方案编制：根据设计要求和现场情况，编制详细的施工方案，包括施工顺序、工艺流程、安全措施等。
二、施工工艺流程1、基础施工：首先进行基础施工，包括基础开挖、底梁浇筑、支承柱安装等，确保基础结构的牢固和稳定。
2、支撑系统安装：根据设计图纸，安装ETFE气膜结构的支撑系统，包括膜结构桁架、连接件、拉索、承载节点等。
3、膜材安装：将预先裁剪好的ETFE膜材按照设计要求进行安装，首先在地面上对膜片进行拼接，然后通过特殊的升降设备将膜片升到预定位置进行安装，保证连接处平整、无皱褶。
4、气膜吹气：在安装完成后，利用专业的充气设备将ETFE膜吹气，使其充满气体，同时注意调整气压，确保膜材表面平整、无皱。
5、接缝处理：对膜片的接缝处进行处理，使用特制的ETFE膜接缝胶水进行粘接，确保接缝处牢固、密封。
6、排水系统安装：安装ETFE气膜结构的排水系统，包括雨水排水管道、排水口等，保证结构内部排水畅通。
7、一次性完成结构部件安装；8、通风系统和采暖系统安装；9、检测与验收。
三、注意事项及安全措施1、施工过程中应做好施工现场的通风、排水和照明工作，确保施工人员的安全。
2、对施工现场进行规范管理，严格遵守操作规程，保持施工现场的整洁和秩序。
3、在施工过程中，要严格按照设计要求和施工方案进行操作，确保质量和安全。
浅析ETFE建筑膜材在我国膜结构中的应用
内层 用 Ｐ Ｆ Ｔ Ｅ达 到 保 温 、 结 露 、 音 和 光 效 的 目 防 隔 的 。“ 立 方 ” 水 采用 双层 Ｅ Ｆ Ｔ Ｅ充 气膜 结 构 ， １ ３ 共 ７ ４
前生 产 这种膜 材 的公 司很 少 ， 只有 Ｅ本 旭 硝子 、 国 ｔ 德
科 威 尔 等 少 数 几 家 公 司 可 以提 供 Ｅ Ｆ Ｔ Ｅ建 筑 膜 材 ，
接一包装 。由于膜材的裁剪 、 包装过程都较为复杂 ， 各种 角度 变 化较 多 ， 加 工精 度要 求非 常 高 ， 以在 且 所
成为我 国建筑膜材 市场 的主 力军。 关键词： Ｔ Ｅ 建筑膜材 应用 ＥＦ
１Ｅ Ｆ Ｔ Ｅ建 筑膜 材的特 点
这种 膜 材 的研发 和应 用 在 国外发 达 国家也 不过 十几
年 的历史 。
ＥＦ Ｔ Ｅ建筑 膜 材 ， Ｅ Ｆ （ 由 Ｔ Ｅ 乙烯 一四氟 乙烯共 聚 物 ） 料直接 制成 。Ｅ Ｆ 生 Ｔ Ｅ不 仅具 有 优 良的抗 冲击 性 能、 电性 能 、 稳 定性 和耐 化 学腐 蚀 性 ， 热 而且 机 械 强 度高 ， 加工性 能好 。 这种 膜材 透光 性特 别好 ， 号称 “ 软 玻 璃 ”质量 轻 ， ， 只有 同等大 小玻 璃 的 ｌ 韧性 好 、 ％； 抗 拉 强度 高 、 易被 撕裂 ， 不 延展 性 大 于 ４ ０ 耐 候性 和 ０ ％；
术水 平 低 ， 大部 分 膜材 还 主 要依 靠 进 口 ； 一 方 面 ， 另
到 了建 筑 师和 结构 师们 的青 睐 。膜结 构外 观 造 型新 颖 独特 ， 内部空 间给人 一 种梦 幻般 的感 觉 ， 大程 度 很 上满 足 了现代 人 的审美 观念 。
ETFE膜结构主要形式及ETFE工程难点
行染色、印刷等，透光率能得到调整，例如，乳白色的ETFE 薄膜的透光率可调整为40%左右。
ETFE 薄膜表面非常光滑，具有极佳的自洁性能，灰尘及污垢不易粘接在薄膜表面，容易被雨水冲刷除去。
ETFE 薄膜结构表面需要进行的人工清洗次数比普通玻璃结构要少得多。
3 ETFE 薄膜建筑20世纪80年代，欧洲开始将ETFE 薄膜用作建筑屋面材料。
因其高透光性，以及在潮湿、强紫外线、含氯消毒剂等恶劣环境下良好的耐久性能，ETFE 薄膜被应用于植物园、动物园以及游泳馆。
配合建筑照明设计，ETFE 薄膜建筑可以营造出变化极其丰富的光环境，达到很强的视觉效果，这是其他透明建筑材料很难做得到的，德国慕尼黑体育场、北京国家游泳中心是两个典型的成功建筑。
目前，大型ETFE 薄膜建筑较为常见的是气枕结构形式，由双层或多层ETFE 薄膜构成气枕，依靠特别配备的充气控制系统进行不间断地充气来维持形状。
ETFE 薄膜建筑也可采用不需要充气系统的单层张拉形式，此时ETFE 薄膜的徐变问题必须克服。
□注释：[1] フイルム膜パネル委员会．ETFE フイルムパネル设计施工指针（案）[A]．膜构造研究论文集2005[R]．东京：日本膜构造协会，2005：II1-II51[2] 吴明儿，刘建明，慕仝，张其林．ETFE 薄膜单向拉伸性能[J]．建筑材料学报，2008，11(2)：241-247.[3] 吴明儿，慕仝，刘建明．ETFE 薄膜材料循环拉伸试验以及徐变试验[J]．建筑材料学报，2008，11(6)：690-694.ETFE 膜结构主要形式及ETFE 工程难点MAIN FORM OF ETFE MEMBRANE STRUCTURE AND DIFFICULTIES OF ETFE PROJECTS摘要：ETFE 膜结构具有不同的结构形式，包括单层ETFE 、单层ETFE 加单向钢索、单层ETFE 加双向钢索、单层ETFE 加含跨中支座的单向钢索以及ETFE 气枕等。
有色ETFE_薄膜光热性能试验研究
钢结构(中英文), 39(2), 43-49(2024)) DOI: 10.3724/j.gjgS23051801 ISSN 2096-6865 CN10-1609/TF43有色ETFE 薄膜光热性能试验研究代玖枚1 周竞航1 胡建辉1 赵 兵1 陈务军1 任思杰2(1. 上海交通大学空间结构研究中心，上海 200240；2. 上海海勃膜结构有限公司，上海 200200)摘 要 为满足建筑设计要求，有色ETFE 薄膜被研制并应用于现代大型公共建筑。
然而，作为一种新材料，有色ETFE 薄膜的性能研究相对有限，特别是ETFE 薄膜典型的光热性能特征。
从实际工程应用出发，代表性地以成都农博园所采用的9种有色ETFE 薄膜和1种无色透明ETFE 薄膜为试验对象，对其透光性能和热工性能进行试验测试。
首先使用紫外–可见–近红外分光光度计测量试验薄膜在太阳辐射波段内的透射率和反射率，通过对比有色ETFE 薄膜与无色透明ETFE 薄膜太阳辐射曲线的走势和波动，分析了有色ETFE 薄膜与无色透明ETFE 薄膜的透光性能和热辐射性能在太阳光波段内的变化，计算并获得了试验薄膜的可见光透过率和太阳辐射系数。
采用激光散射法测试试验薄膜的热传导性能，计算得到室温条件下试验薄膜的导热系数和热阻。
总结不同颜色ETFE 薄膜的光热性能参数变化规律，并与无色透明ETFE 薄膜进行比较，结果发现：1)在紫外光区，有色ETFE 薄膜的透射率和反射率均处于较低水平(合计不超过30%)，有色ETFE 薄膜对紫外线的吸收能力强，实际使用中应注意有色ETFE 薄膜的老化问题。
2)有色ETFE 薄膜的可见光透过率和太阳辐射透射系数均低于无色透明ETFE 薄膜，导热系数略低于无色透明ETFE 薄膜，太阳辐射吸收系数及相同厚度下的薄膜热阻均大于无色透明ETFE 薄膜。
3)影响有色ETFE 薄膜可见光透过率、太阳辐射系数的主要因素是薄膜颜色的深浅，薄膜颜色越浅，其可见光透过率越大，太阳辐射透射系数越大，吸收系数越小；随着薄膜颜色加深，薄膜对太阳光的吸收能力逐渐增加，透射系数和反射系数相对处于较低水平。
ETFE气枕式膜结构——以空气作为建筑材料的结构
Ａｃｉｃ ｌ ｅｈ ｏ ｇ ｈｅｔ ａ Ｔｃ ｎｌ ｙ ｒ ｔ ｕ ｒ ｏ
中 文 史
田 献 幸 分标 蝻
类 识 号
号 码
— —
以 空气 作 为 建 筑材 料 的 结 构
Ｅ ＥＣ ｈｏ ｎ ｌｓ ｙｔ ｍｓ ： ＴＦ ｕｓ ｉ ｎ Ｅ ｃｏ ｕ ｅ Ｓ ｓ ｅ ｒ
白 彗 想 ， 但 经 过 几 十 年 白 展 ． 膜 结 构 凭 惜 着 其 勺 勺
早期 白 气 肋式 胰结 构 由于受 到形 等 勺
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１ 世 纪初 ．伴 随着工 业化 时代 的到来 ，建 ９ 筑技 术得 到迅 猛的 发展 ， 年． 才 设计 师们 开始 寻 求有 别于 传统 结 构的 新型 结 构体 。１ ２ ９ ７ 克 斯特 ・ 勒 ｆ Ｉ ａ ｄ Ｂ ｋ ｓ ｅ 富 ｃ ｍ ｎ ｔｒ Ｒ ｈｒ Ｆ ｌ ｒ 首 班提出利 月气泡 式结构 体笼罩 城市聚 ｕｅ） 落的设 想，尽管 时的＾们 认为那Ｒ 是乌托邦式
程 中的又一 班、跃。
作为一 只无形的手 推动着建筑 艺术的发展 。尤其 步＾ ２ 世纪 之后 ，一 幕列新材 料 、新技 术的 ０ 诞生造 就７纷镣 艺术形式。 建筑技术 不再局限
■ 鼻 十 ＾ ≈＾ 短蛆
于充 实现结构形 式的保障角 色， 逐 渐成为艺 术表现 的手段。膜 结构作为技 术与艺术 完美的结 台体 ，近 几十年 来 受到 越来越 多建 筑师 的青 睐 ， 别是 以Ｅ Ｆ 气 枕式膜 结构 代表 的充 特 Ｔ Ｅ 式膜结 构体 ， 较茸、通透 、具有可 持续性等 其 特点 使其 在众 多建 项 目中大放 异彩 。伴 随着 ０为代 表 的Ｅ Ｆ 气枕 式膜结 构建筑 正在 引起 ＴＥ
ETFE薄膜气枕模型试验研究
第29卷第6期建 筑 结 构 学 报Vol 129,No 162008年12月Journal of Building StructuresDec 12008文章编号:100026869(2008)0620126206ETFE 薄膜气枕模型试验研究吴明儿,刘建明,张其林(同济大学建筑工程系,上海200092)摘要:设计制作了2个不同矢跨比的ETFE 薄膜气枕模型,进行了气枕形状测试、加压以及铺砂加压试验,得到了气枕形状坐标以及膜面随气压的变形量。
对ETFE 薄膜进行单向拉伸试验,测得材料的屈服强度、切线弹性模量和割线弹性模量。
利用几何非线性有限元进行了数值分析,将数值结果与试验值进行了比较分析。
结果表明:ETFE 薄膜可按各向同性材料分析,数值计算结果与试验值吻合较好;在同样内压作用下,气枕矢高较高时膜面位移与膜面应力较小;ETFE 薄膜采用割线弹性模量计算得到的膜面位移与试验值比较吻合,采用切线弹性模量计算得到的变形小于试验值。
关键词:ETFE 气枕;充气结构;膜结构;模型试验;数值分析;材料特性中图分类号:T U353 T U31711 文献标识码:AEx peri m ental study on ETFE f oil cushi onWU M inger,L I U Jianm ing,ZHANG Q ilin(Depart ment of Building Engineering,Tongji University,Shanghai 200092,China )Abstract:T wo experi mental models with different rati os of rise to s pan are used in the experi ments .After checking the upper layer shapes of the ETFE foil cushi ons,the l oading tests are carried out by means of increasing the internal p ressure with and without sands paved on the upper layer foil .The dis p lacements of the upper layer foil are measured in the tests .The yield strength,the tangent and the secant Young ′s modulus of ETFE foil used in the ex peri mental models are obtained fr om the tensile test .Numerical analysis is perfor med by using nonlinear finite element method in which ETFE foil is considered as an isotr op ic material .Studies show that both the dis p lacement and stress of the cushi on model with large ratio of rise t o s pan are s maller than those of the model with s mall rati o of rise to span .It is als o found that the numerical results are much cl ose to the results fr om the model tests when the secant Young ′s modulus of ETFE foil is used in calculati on .Keywords:ETFE foil cushion;inflated structure;membrane structure;model test;numerical analysis;material characteristics基金项目:上海市科委浦江人才计划资助项目(05PJ14091),国家自然科学基金资助项目(50778129)。
大连体育场ETFE气枕结构的自动化设计
大连 体育 场 Ｅ Ｆ Ｔ Ｅ气枕 结构 的 自动化设 计
陈 权
（ 上海太阳膜 结构有限公 司， 上海 ２ ０ ３ ） ００ ０
摘 要 ： 文 配合 ａｅｔ 件 ， 用 自编程 序 自动 识 别 了大连 体 育 场全 部 ２ ３ 气枕 ， 立 了相 应 的 裁 断 芯模 型 ， 算 了气 本 Ｍ ｇｓｃ软 ｉ 利 ７ ６个 建 计 枕 的预 张力 和风 、 雪荷 载 ， 实现 了对所 有 气枕 结 构 的 最优 设 计 和验 算 ， 准 确 快速 地 完 成 了工 程 量 的统 计 ， 并 大大 减 轻 了设 计 工 作
３气枕模 型的建立 大连体育场共有 ６ 榀位于轴线 竖直平 面内的径 向桁架 。 向桁架间 ８ 径 最大距离 １． 最小距 离 ８ ｍ ６ ｍ， ７ ． 。两榀径 向桁 架间有一道径 向梁 ， ８ 也作为 气枕 的径 向边界 。 大连体育场的屋面和墙面的外膜 均采用 Ｅ Ｆ 气枕 。 ＴＥ 屋 面气枕 四周均有 ２０ ｍ宽天沟环绕 ，墙面气枕仅在径向有 ２０ ｍ宽天 ５ｍ ５ｍ 沟， 向采用 １３ｎ 环 ０ｒ ｍ宽铝合金夹具 固定 屋面气枕和墙面气枕在边 界、 风 压值 和充气系统 的控制上等均有不 同。因此 ， 对于气枕的 自 动识 别 ， 要求 不但要准确识别出全部气枕的边界 ， 要识别出气枕的颜色 、 而且 径向边界 与所属轴线 的关系和气枕的类型等 。 与轴线的位置关系上 ， 要求识别轴线 的编号 ； 识别气 枕与轴线 的相 对位置 ， 向体 育场时 ， 即面 气枕是 在轴线 的 左侧或右侧 ； 识别气枕在轴线上同侧所 有气枕中的序号 ， 编排顺序则从墙 面的最低处开始直到屋面 的檐 口。结合 风洞试验结果 ，在气枕类型划分 上， 将拱肩 以下的均作为墙面气枕 ， 拱肩及拱肩 以上 的作为屋面气枕 。 程序识 别中 ， 根据相连且同在竖 向平 面的原则识别 出所有的径 首先 向边界 ， 再根据所在竖 向平面的法向角度确定径向边界的顺序 ， 判定是否 在轴线上 。 轴线上的 ， 区别轴线 的顺序和对 应的轴号 ； 非轴线上的 ， 则要确 定与轴线 的位置关系 。而后对径 向边界 循环 ， 从下到上识别 出所有气枕 ， 并根据边界 的颜色确定气枕 的颜色 。 最后 ， 根据相 对于肩部环线 的位置关 系确定气枕类 型。 为了更精确 的计算分析和报价 ， 建立了气 枕的裁 断芯模 型。 利用径 向 边界 为弧线 、 向边界 为直线 的特点 ， 断芯模型建立 时 ， 环 裁 首先根据径 向 节点样 式得 到径 向的裁断芯 ， 而后根据 纬向节点 样式找 出纬 向裁断芯平
ETFE 膜结构的计算与设计
二、ETFE 膜材的特性
ETFE 膜材具有以下优点： 1．具有较好的抗断裂、抗撕裂强度。 2．长度方向和垂直方向的强度比较平衡，膜材均匀性好。 3．透光率高，可大于 95%。 4．自洁性好，防尘，抗风雨，人工清洗间隔时间远长于 PVC、PTFE 膜材。 5．极好的抗老化能力，使用年限在 25 年以上。 6．极好的抗化学腐蚀能力，能在特殊环境下使用，能抵抗多数的酸和碱。
2、初始形态的确定 充气结构初始形态的确定是寻找一个在内部充气压力作 用下无褶皱的光滑曲面， 该曲面应力分布应尽量均匀。 一个充 气结构应该是没有褶皱的， 对于一个充气而成的几何体， 只有 在内压作用下仅产生拉力时才可能满足这个条件， 一旦出现皱 纹，它会变形成为另一受拉结构；薄膜的曲率必须平缓，即使 几何体形较为复杂， 也应使一个曲率尽可能均匀地过渡到另一 个曲率，只有在附加力的作用下才会产生脊线、凹槽和尖顶； 薄膜的应力分布应尽量均匀， 这样当它承受外部荷载作用时不 会因局部设计强度要求过高而导致大部分区域的强度没有得 到充分的利用。 文献 5 利用参数化设计语言（APDL）很好的实现了简单 充气结构的找形。 所得到的几何体表面光滑， 应力分布比较均 匀。图 7 是边界为等六边形的有限元模型应用本文所设计的 ANSYS 程序进行找形后的图形。从立面图可以更清晰地看出 找形后的结果，薄膜的表面无皱纹，也没有曲率突变的地方。
表 1、几种 ETFE 膜材的物理、力学性能 NowoFOL 厚 密 幅 度 度 宽 µm g/cm mm N/mm % N/mm
0 0 2 2 3
Norton 12～500 1.70～1.76 1575
ASAHI 100～250 1.66～1.84 1100～2350 >50 400 >965 >450
三层ETFE气枕力学性能分析
一、研究背景
ETFE气枕膜结构优缺点
1、优点 轻质性：ETFE膜材的密度为1.75g/cm³，气枕中单层ETFE膜材的厚 度一般为100-250um。轻质的ETFE气枕能有效减轻主体结构的重量。 耐久性：具有很好的抗老化及耐候性，30多年的工程使用证明了这 一特性。长时间暴露在日光下，膜材的透光性能几乎不变。 自洁性好：在室外，一定的雨水冲刷就能保证膜面清洁。膜层表面 摩擦系数低，在多风沙和多尘土的环境里，灰尘难以附着。在室内， ETFE膜材抗附着能力强，膜面灰尘附着少，清洁周期较长。 透光率高：单层 200umETFE 膜材的透光率高达 95%, 白色膜材为 50%-55%。同时其透光性可以通过膜上图案、颜色来进行调整。 保温隔热性好：气枕内填充空气，隔热性能优异。且可以通过增设 中间膜层来增加气腔的数目，进而增加其保温隔热性能。 2、不足 抗撕裂能力不强，耐火性仅为难燃，力学分析复杂、需保证充气等
风吸力作用下三层气枕模型 （注：膜面1,2,3的压强分别为P1,P2,P3,气腔1,2的气压分别为 Pre1, Pre2,风荷载为WP）
三、参数分析
2、风吸力作用下三层ETFE的力学性能分析——形状
2500 2000 膜层及气腔压强/Pa 1500 1000 500 0 -500 0 P1 -1000 风压/Pa 1000
三、参数分析
5、风吸力作用下三ETFE的力学性能 ——高跨比
a) 阶段ab交界处
b) 极限荷载下
下层膜对气枕各部分压强分布的影响 在阶段ab交界处，随下层膜高跨比增大，上层膜、中层膜的膜面压强 均降低，气枕承担的荷载也减小。在极限情况下，下层膜高跨比不影响气 枕的承载能力和气枕各部分的压强分布。
a) 阶段ab交界处
ETFE气枕力学性能及其蒙皮效应
38
0
引言
ETFE （ ethylenetetra fluoro ethylene ） 为乙烯 四氟
析中需 综 合 考 虑 预 应 力 和 内 压 两 个 控 制 因 素 。 在 ANSYS 中， 充气膜结构找形流程如下： （ 1 ） 在一个平面内定义两个重叠的膜片， 划分三 角形网格 。 （ 2 ） 设定膜的虚拟弹性模量， 比实际弹性模量低 3 个数量级 。 （ 3 ） 膜单元通过降温施加预应力 。 （ 4 ） 施加边界条件和初始内压， 假定合理的内压 范围和相应的膜初应力值， 找形后形状必须满足造 型要求， 用几何非线性的解法， 实施第 1 次找形， 然后 更新节点坐标 。 （ 5 ） 恢复膜的实际弹性模量， 恢复膜单元的实际 预应力 。 （ 6 ） 进行第 1 次自平衡迭代求解 。 （ 7 ） 重复 5 6 步， 即可找到一定应力水平及一 定矢高下的等应力曲面 。 直到结构两次自平衡迭代 求解的结构误差达到 5% 以内 。 以下将对实际工程中常用的正三角形 、 四边形 和正六边形气枕结构进行找形分析 。 1. 2 找形分析结果 气枕结构初始内压 500 Pa， 膜厚 0. 2 mm， 正三角 四边形尺寸为 5 m ˑ 4 m， 正六边形边长 形边长 3 m， 为 3 m。进行上 、 下膜面不等矢高找形， 找形后的矢 气枕找形形状和上 、 下膜面应力云 高和应力见表 1 ， 图如图 1
Mechanical analysis and diaphragm effect of ETFE cushions
2 GU Lei1 ，WANG Peng1 ， ，WU Fang3 （ 1． Shenzhen Graduate School，Harbin Institute of Technology，Shenzhen 518055 ，China； 2． Dalian Institute of Urban and Architecture Design，Dalian 116012 ，China； 3． Huasen Architecture ＆ Engineering Design Consultants Ltd，Shenzhen 518054 ，China）
ETFE气枕共同作用模型的数值模拟与试验验证
（ Ｓ ｃ ｈ ｏ ｏ ｌ ｏ ｆ Ｃ ｉ ｖ ｉ ｌ Ｅ ｎ ｇ ｉ ｎ ｅ ｅ ｒ ｉ ｎ ｇ ， Ｂ ｅ ｉ ｊ ｉ ｎ ｇ Ｋｅ ｙ Ｌ ａ ｂ ｏ ｒ ａ ｔ ｏ ｒ ｙ ｏ ｎ Ｓ ｔ ｒ ｕ ｃ ｔ ｕ ｒ ａ ｌ
好， 共 同作用有限元模 型能够准确、 有效地完成 Ｅ Ｔ Ｆ Ｅ气枕静力分析．
关 键词 ： Ｅ ＴＦ Ｅ气枕 ； 内充气体 ； 共 同作 用 ； 数 值 分析 ； 试 验验 证
中图分 类号 ： Ｔ Ｕ３ ５ ３
文献标 志码 ： Ａ
Ｎｕ ｍｅ ｒ ｉ ｃ ａ ｌ ｓ ｉ ｍｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｎｄ ｅ ｘ ｐｅ ｒ ｉ ｍｅ ｎｔ ａ ｌ ｖ ｅ ｒ ｉ ｆ ｉ ｃ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｎ ｔ ｈ ｅ
摘
要： 基 于气枕 系统 的 共 同作 用 理 论 ， 提 出一 种 新 的 气枕 数 值 建 模 方 法 ， 按 照该方 法建 立 了
Ｅ Ｔ Ｆ Ｅ气枕共 同作用有限元模型 ， 并设计制作 了一个正六边形 Ｅ Ｔ Ｆ Ｅ气枕足尺模 型， 对其进行 了形
状测 试和 加载 测试 ． 研 究结 果表 明 ： Ｅ ＴＦ Ｅ气枕 形 态分析 与荷 载分析 的数 值 结 果与 试验 结 果 吻合 良
第３ ８卷 第 １期
２ ０ １ ４ 年 ２月
北
京
交
通
大
学
学
报
Ｖ０ １ ． ３ ８ Ｎｏ ． １
０ＵＲＮＡＬ ０Ｆ Ｂ ＥＵＩ ＮＧ Ｉ Ｉ Ａ ０１ ｊ Ｇ ＵＮＩ ＶＥＲＳ Ｉ ＴＹ
ETFE气枕结构研究概述
近年 来 ，已有 学者 开 始对 双 轴拉 伸 下Ｅ Ｔ Ｆ Ｅ 薄 膜材 料 力 学性 能 进行 了试 验研 究 。 文 献１ ７ １ 和文献 ｍ 吩 别 采 用两 方 向独 立加 载 和两方 向同时 比例 加 载 的办
法对 膜材 进 行 了试 验研 究 。 结果 表 明 ： 双 轴拉 伸应 力 一 应变 曲线 与 单轴 拉伸 曲 线 变化 趋势 一致 ， 双轴 拉 伸弹 性模 量介 于 单轴 拉伸 切 线模 量 与单 轴 拉 伸割 线 模量 之 间 ， 而 其 泊松 比与单 轴 拉伸 试 验 数据 基 本相 同 ； Ｅ Ｔ Ｆ Ｅ 薄膜 双 向受 力 时 基 本符 合Ｍｉ ｓ ｅ ｓ 屈 服准 则 。
试 样 进 行 了常 温下 单 向拉 伸 试验 ， 得 到 了相 应 的应 力 一 应变 拉 伸 曲线 、 抗拉 强 度 及 断 裂延 伸率 。 研究 表 明 ， 在第 一转 折 点之 前 ， 应 力一 应 变 呈近 似 直线 关 系 ；
在第一和第二转折点之间应力一 应变 曲线仍近似为直线 ， 但斜率迅速减小， 材
随着温度的降低etfe薄膜应力应变曲线在强化前由明显的两折线几乎变成连续的曲线第一屈服点应力第一屈服点应变第二屈服点应力和拉伸强度均呈近似线性升高趋势而破断延伸率则呈近似线性降低趋势说明低温下etfe薄膜的抗拉强度有较大提高而延性则明显降低但割线模量变化幅度在10以内因此工程设计中可以忽略低温温度变化对etfe薄膜割线模量的影响
图１国 家游泳 中心— — 水 立 方
Ｅ Ｔ Ｆ Ｅ 气枕 结 构 。
１ ．Ｅ Ｔ Ｆ Ｅ 膜 材 的力学 性能试 验研 究进 展
Ｅ Ｔ Ｆ Ｅ 薄膜 主要 力 学性 能 指标 包 括 屈服 强 度 、 抗 拉 强度 、 弹 性模 量 和 断裂 延 伸 率等 ， 这些 指标 一 般参 照 文献 ［ ２ ｔ 的试 验方 法 ， 通 过拉 伸试 验 获得 。 常温 下 ， Ｅ Ｔ Ｆ Ｅ 薄 膜 的 拉伸 性 能 特 点较 为 明 显 ： 从 拉 伸 起 始到 最 后 断 裂 为止 ， 其 应力 一
ETFE气枕膜技术施工工法
ETFE气枕膜技术施工工法ETFE气枕膜技术施工工法一、前言ETFE气枕膜技术是一种在建筑领域中广泛应用的创新工法，通过采用ETFE（乙烯-四氟乙烯共聚物）气枕膜材料，可以实现轻质、透明、耐候和耐腐蚀的建筑外包层，提供独特的视觉效果和良好的保温隔热性能。
本文将详细介绍ETFE气枕膜技术施工工法的特点、适应范围、工艺原理、施工工艺、劳动组织、机具设备、质量控制、安全措施、经济技术分析以及工程实例。
二、工法特点1. 轻质透明：ETFE气枕膜材料相较于传统玻璃或塑料材料更为轻盈，使得建筑物整体重量减轻，同时实现了较高的透光率和光学均匀性。
2. 耐候耐腐蚀：ETFE材料对于紫外线、酸碱雨等外界环境具有良好的耐候性和耐腐蚀性，能够有效保护建筑的外包层。
3. 良好的保温隔热性能：ETFE气枕膜结构形成了一层保温空气层，有效提高了建筑物的保温隔热性能，降低能耗。
4. 灵活可塑性：ETFE气枕膜可以采用各种形状和尺寸，灵活适应不同建筑形态的需要，满足设计师的创意。
三、适应范围ETFE气枕膜技术适用于各种类型的建筑物，特别适用于大跨度的钢结构建筑，如体育场馆、展览中心、文化艺术中心等。
此外，它还可以用于独特的建筑形态和设计需求，提供独特的建筑外观。
四、工艺原理ETFE气枕膜技术的工艺原理基于以下几点：1. 膜材拉伸：ETFE膜材采用热膜法或涂覆法制成，通过加热和拉伸使其获得所需的力学性能。
2. 空气支撑：采用气枕膜结构，通过充气将ETFE膜材撑起，形成稳定的外包层。
3. 辅助结构：辅助结构包括膜材的固定系统、连接件和整体支撑结构，确保整个ETFE气枕膜结构的稳定性和安全性。
五、施工工艺1. 搭建钢结构：按设计要求和图纸搭建钢结构框架，确保稳定性和精度。
2. 安装膜材：将加工好的ETFE膜材通过连接件固定在钢结构上，并逐渐加压充气，形成气枕膜结构。
3. 完成固定：固定膜材与结构之间的连接，确保整个气枕膜结构的稳定性。
ETFE双层气枕计算分析及比较
ＶＯ ７ Ｎｏ ５ Ｌ３ ． Ｓ ｐｔ ２ ０ ｅ ． ０７
Ｅ Ｆ Ｔ Ｅ双 层 气 枕 计算 分析 及 比较
刘建 明 吴 明儿 张其林
（ 同济大学 建筑 工程 系 ， 上海 ２０ ９ ） ００ ２
摘要 ： 基于 Ｕ Ｌ 格式的非线性有限单元法， ．． 编制 了Ｅ Ｆ Ｔ Ｅ双层气枕找形分析、 受荷分析的计算 程序 ， 并选 取 圆形 、 正六边形 、 三角形 、 形及 正方形 ５种 工程 中常用 的气枕 作 为计算模 型进 行 正 菱
对比分析． 在找形分析 时， 将矢高、 内压和初始张力作为控制参数进行计算并依次给出了三者之 间的相互关系． 在受荷分析时， 考虑６种给定的荷载工况 ， 计算了Ｅ Ｆ Ｔ Ｅ气枕体积、 内压 的变动 以
及膜 面 的主应力． 数值 计算结 果表 明， 状 与 圆形 相 差较 大 的双 层 气枕 其 力 学性 能 变化 明显． 形 在 气枕 的体 积和 内压变 化不大 时 ， 直接 根据 气枕 上层膜 面 的主应力 判定 气枕 的工作 状态． 可 关 键词 ： Ｔ Ｅ气枕 ； ＥＦ 找形 分析 ； 受荷分 析 ； 积 ； 体 内压
ｉ ｏ —ｉｄ ｎ ａｙ ｉ ｄ ｔ ｅ ｒ ｌｔ ｎ ｈｐ ｍｏ ｇ ｔ ｅ ｅ ｐ ｒ ｍｅｅ ｓ ａ ｅ ｇ ｖ ｎ ｂ ａ ｃ ｌｔ ｎ Ｉ ｎ ｆ ｒ ｆｎ ｉ ｇ ａ ｌ ｓ ａ ｅ ａ ｏ ｓ ｉ ｓ ａ ｎ ｓ ａ ａ ｔｒ ｇ ｉ ｅ ｙ ｃ ｌ ｕ ａ ｏ ． ｎ ｍ ｎ ｓｎ ｈ ｉ ｈ ｉ ｓ ｅ ｓ ａ ａｙ ｉ ，ｔ ｅ ｃ ａ ｇ ｓｏ ｅ ｖ ｌ ｍｅ ｄ ｔ ｅ ｉ ｔｒ ａ ｒ ｓｕ ｅ，ａ ｄ ｔ ｅ ｐ ｉ ｃｐ ｅ ｓ ｅ ｓ ｓｏ ｅ ｔ ｓ ｌ ｓｓ ｈ ｈ ｒ ｎ ｎ ｅ ｆｔ ｏ ｕ ｓａ ｎｅ ｌ ｅ ｓ ｒ ｎ ｒ ｉ ｌ ｔ ｓｅ ｆ ｈ ｎ ｈ ｎ ｐ ｈ ｎ ｒ ｈ ｔ Ｅｎ ｃ ｓ ｏ ｓａ ｅ ｃ ｃ ｌ ｔｄ ｉ ｉ ｈ ｓ ｏ ｄ ｃ ｓ ｓａｅ ｃ ｎ ｉ ｅ ｅ ．Ａｃ ｏ ｄ ｎ ｏ ｔ ｅ ｎ ｅ ｉ ａ ｅ ｕ ｈ ｎ ｒ ａ ｕ ａ ｅ ｎ ｗｈ ｃ ｉ ｌ ａ ａ ｅ ｌ ｏ ｓ ｒ ｄ ｉ ｌ ｘ ｄ ｃ ｒｉｇ ｔ ｕ ｒ ｌ ｒ— ｈ ｍ ｃ
etfe气枕膜结构
etfe气枕膜结构
《ETFE气枕膜结构》
一、什么是ETFE气枕膜结构
ETFE气枕膜结构是指由夹层ETFE膜和钢构件相结合而构成的结构，它的基础是一种新型材料——ETFE膜。
ETFE膜具有非常优良的绝热、耐腐蚀、抗紫外线、耐热、防静电、非常轻、透光率高、低质量等特点，能极大满足建筑施工的需要，因此它成为当今建筑气枕膜结构的主要材料。
二、ETFE气枕膜结构的特点
1、非常轻：ETFE膜的重量约为1/3的PVC膜，它的重量仅为传统的建筑玻璃的1/20。
2、高透光率：透光率约为丝绸的90%，即使在强光照射下也能减少辐射，具有自然采光的优势。
3、低质量：由于ETFE膜具有极轻的特性，使得其抗风压都变得更高，从而降低了建筑物的质量。
4、高强度：ETFE膜强度较高，且具有优异的耐热性，可以抵抗日常室外温度的变化。
5、防水性能：ETFE膜具有良好的防水性能，可以有效防止雨水对建筑结构的侵蚀和腐蚀。
6、安装便捷：ETFE气枕膜结构可以通过钢构件的螺钉固定，安装便捷，操作简单，降低安装成本。
三、ETFE气枕膜结构应用
ETFE气枕膜结构广泛应用于各种建筑项目，如屋面覆盖、雨水收集，屋顶花园等，可以降低建筑物的质量，提高室内采光，减少太阳辐射对建筑物的损害，减少建筑物的保养成本，提高建筑物的耐久性。
ETFE气枕膜技术施工工法(2)
ETFE气枕膜技术施工工法ETFE气枕膜技术施工工法一、前言ETFE（氟乙烯基醚）气枕膜技术是一种现代化的建筑膜材施工工法，以其独特的特点和广泛的适应范围在建筑行业中得到了广泛应用。
本文将详细介绍ETFE气枕膜技术的工法特点、适应范围、工艺原理、施工工艺、劳动组织、机具设备、质量控制、安全措施、经济技术分析以及工程实例。
二、工法特点1. 轻量化：由于ETFE膜材本身重量轻，施工后无需额外加重结构，可减轻建筑物的自重，降低建筑成本。
2. 高透光性：ETFE膜具有较高的透光性，可使室内充满自然光线，提高使用效果和舒适度。
3. 耐候性强：ETFE膜具有优异的耐候性，能够长期抵御紫外线、高温和化学物质侵蚀，使用寿命长。
4. 自洁性：ETFE膜表面光滑，具有自洁功能，雨水能够自然冲洗表面污物，保持膜面清洁。
5. 可调光性：通过控制ETFE膜的空气压力，可以实现膜面的半透明和全透明变化，在不同时间段调节光线的穿透程度。
6. 简洁大气：ETFE膜结构简洁大气，能够满足现代建筑对于美观、时尚和创意的需求。
三、适应范围ETFE气枕膜技术适用于多种建筑类型，包括体育场馆、展览中心、购物中心、机场航站楼等公共建筑，以及游泳馆、温室、车站候车亭等特殊建筑，广泛应用于建筑物的屋顶、墙面、采光罩等部位。
四、工艺原理ETFE气枕膜技术通过在ETFE膜材表面形成一层薄气膜，可通过增压或减压来调节膜材的透光性和形状。
施工工法的主要原理是通过使用透明空气充填体系，使ETFE膜材具有膨胀和收缩的特性，实现膜材的变形和运动。
五、施工工艺施工工艺主要包括：膜材加工、主体结构安装、膜材固定和张拉等。
具体施工过程分为：膜件的分割和焊接、膜件的安装和固定、膜材的充气与调压等。
整个施工过程需要严格控制温度、湿度、空气压力等因素，以确保施工质量。
六、劳动组织施工时需要组织一支高素质的施工队伍，包括项目经理、技术员、焊接工、安装工、固定工和调试工等。
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ETFE薄膜双层气枕结构计算分析及试验研究本文以ETFE薄膜双层气枕结构的分析方法和结构特性以及ETFE薄膜的力学性能为研究内容,利用非线性有限单元法编制计算程序,以数值计算分析、膜材单向拉伸试验及气枕模型试验为主要研究方法,对充气膜结构的找形分析方法、气枕结构的应力分析方法、气枕结构形式的对比分析、ETFE膜材的基本力学性能以及ETFE薄膜双层气枕模型结构特性等方面进行了较为系统的研究。
本文研究了已知内压以及膨胀体积条件下的充气膜结构找形分析方法。
以膨胀体积作为约束条件,根据多元函数泰勒展开公式推导了约束条件的线性化方程,并由基于
U.L.格式的非线性有限单元法,建立了以节点位移和膜面初始张力为未知量的平衡方程,利用迭代收敛计算编制了在给定内部气压及膨胀体积情况下的找形分析程序。
作为数值算例,对球面及圆柱面充气膜结构进行了找形计算,得到的数值结果与由球面及圆柱面的矢高、内压、初始张力相互关系得到的理论解进行比较。
结果表明,数值计算结果与理论解一致,本文提出的分析方法可有效的用于充气膜结构的找形分析。
基于U.L.格式的非线性有限单元法,编制了ETFE薄膜双层气枕找形分析、受荷分析的计算程序,并选取圆形、正六边形、菱形及正方形共五种工程中常用的气枕作为计算模型进行对比分析。
在找形分析时,将矢高、内压和初始张力作为控制参数进行计算并依次给出了三者之间的相互关系。
在受荷分析时,考虑六种给定的荷载工况,计算了ETFE 薄膜气枕体积、内压的变动以及膜面的主应力。
数值计算结果表明,形状与圆形相差较大的双层气枕其力学性能变化明显。
在气枕的体积和内压变化不大时,可直接根据气枕上层膜面的主应力判定气
枕的工作状态。
本文对三种厚度的ETFE薄膜沿MD及TD方向裁取的试样进行了单向拉伸试验,得到了相应的应力-应变拉伸曲线以及抗拉强度和断裂延伸率。
通过分析试验中得到的拉伸曲线,文中给出了确定曲线上两个刚性转折点的方法,由此得到对应于转折点的屈服应力和应变。
本文给出了ETFE薄膜弹性模量的计算方法,并由拉伸曲线计算得到切线弹性模量、割线弹性模量、第二和第三弹性模量。
借助高精度数字照相方法测定了ETFE薄膜的泊松比。
试验结果表明,试验中采用的ETFE薄膜材料沿两个方向的单向拉伸特性基本相同。
为了研究ETFE薄膜气枕的结构特性,本文设计制作了两个不同矢跨比的ETFE薄膜气枕模型,进行了气枕形状测试试验、加压以及铺砂加压试验,得到了气枕形状坐标以及膜面随气压的变形量。
论文测试了模型中使用的ETFE材料的切线弹性模量和割线弹性模量,利用非线性有限元法对试验模型进行了数值分析,并将找形分析和应力分析结果与试验值进行了比较分析。
结果表明,采用割线弹性模量进行数值分析得到的膜面位移与试验值比较吻合。