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ETFE膜材特征以及广州南站的应用

        广州南站位于广州市番禺区,是全国四大客运枢纽之一。广州南站东西宽222m,南北长468m,建筑总面积达56x104㎡,屋盖投影面积为21x104㎡(其中屋面ETFE膜结构面积达到24500㎡,分1187个单元)成为亚洲最大的火车站。

       广州南站建筑造型立意于“绿叶花街”,由一片片的芭蕉叶为基本单元。通过中央采光带的串联,形成极具特色的建筑形态。屋面系统由两大部分组成,一部分为直立锁边的铝镁锰合金板构成的金属屋面,覆盖车站的候车区部分,属于静态空间对应的区域,形似绿叶:中间部分意喻花街的采光带成为建筑的核心,既要展现交通建筑的特色,又要为旅客提供一种全新的空间感受,其形式、选材直接关系到建筑的成败。

ETFE膜材特征以及广州南站的应用
广州南站鸟瞰

       中央采光带面积约2000㎡,结构形式采用大跨度的预应力网壳结构,网壳的结构跨度为68×64m,最大处跨度96m,由断面为600 × 400的方钢管编制成薄壳,壳体网格尺寸约4.2×4.6m。壳体呈由东向西逐渐升高,断面由大变小再变大的形状。

ETFE膜材特征以及广州南站的应用

       站房中央采光区域采用双层ETFE的气枕,位于整个车站工程的中部,面积约为16000平方米,共有气枕1182个,气枕的几何形状主要为菱形。气枕正常工作内压约为300Pa,为保证气枕内维持稳定的气压,为该项目配置5台功率为3KW的供气设备。气枕上下层将采用不同矢高进行设计,上层膜矢跨比为10~12%,下层膜矢跨比约为5%。根据建筑及结构需要,气枕上层采用250μm透明打点ETFE,下层采用250μm蓝色ETFE。

ETFE膜材特征以及广州南站的应用
屋面膜结构分布图
ETFE膜材特征以及广州南站的应用
ETFE气枕实例

        站房东西方向的进站口大罩棚及南北方向的罩棚角部均采用单层ETFE结构,面积约5000平方米。选用250μm透明打点ETFE与不锈钢锁支撑的结构。

ETFE膜材特征以及广州南站的应用
东西罩棚ETFE单膜实例

       节点设计:根据项目特点在膜与膜交接部位采用了加设天沟的节点样式。膜材通过专用铝型材卡紧固定于天沟上表面。在铝型材下部设置了一个EPDM凝水槽,用于电化学绝缘,冷桥隔绝,接排铝合金侧边的冷凝水及上部少量可能的渗水。同时天沟的使用使膜材安装及后期维护变得更便利。

ETFE膜材特征以及广州南站的应用
膜型材实样
ETFE膜材特征以及广州南站的应用
膜节点实样

       双层ETFE膜由无数个菱形的气枕组成,各气枕间通过供气管道连接,由供气设备提供的气压来维持气枕的受力。这使得每个气枕均要与供气管道连接,为避免管道外露影响美观效果,设计时考虑将管道放置于结构的纵横网壳上部采用支撑天沟的小方管夹紧固定,且供气软管调整为透明色。

ETFE膜材特征以及广州南站的应用
气枕与管道连接效果图
ETFE膜材特征以及广州南站的应用
供气软管实样

        单层膜材在天沟部位的处理基本同双层膜材,但受力形式上不同于双层膜。而是采用不锈钢钢丝绳与膜材整体受力,在一块菱形单元内间距800mm左右的膜材上焊接一条150mm宽的ETFE膜,主膜与外贴膜就形成了一个“口袋”,钢索穿于“口袋”之内,从而可以同膜材协同工作,抵抗外荷载。

ETFE膜材特征以及广州南站的应用
单层膜实样

        施工:中央采光带采用的结构形式为网壳拉索结构。整个网壳由纵横方向的钢方管组成无数个菱形单元。一个菱形单元即为一个膜单元。但由于每个单元均不共面,使得连接各个单元间的排水天沟在每个菱形单元的交点均布共面,这对施工提出了极高的要求。在交点焊接部位异常复杂,既要确保焊接的强度又要保证节点的防水性及施工的精度。

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拉索膜单元实景
ETFE膜材特征以及广州南站的应用
膜单元交点完成实景

ETFE膜材特征

        膜结构是一种建筑与结构完美结合的结构体系。它是用高强度柔性薄膜材料与支撑体系相结合形成具有一定刚度的稳定曲面,能承受一定外荷载的空间结构体系。广州南站所采用的ETFE膜(气垫型双层膜及小部分单层膜)结构具有如下特征:

        1)ETFE膜强度高、化学性能稳定。ETFE是一种含氟高分子(fluoropolymer)热塑型(thermosplastic)材料,加工型及机械性都有大幅改善,机械强度高;具有良好的电气特性与抗化学性,几乎对所有的化学品不反应,直接曝露于阳光、雨水或废气中没有损耗或变形,长时间曝露于户外特性并无改变。ETFE膜使用寿命至少为25a~35a,是用于永久性多层可移动屋顶结构的理想材料。

ETFE膜材特征以及广州南站的应用

       2)自洁能力强。ETFE膜的特有抗黏着表面使其具有高抗污,易清洗的特点。通常雨水即可清除主要污垢。

       3)耐热性、耐燃性好。防火等级ETFE膜达到B1、DIN4102防火等级标准,燃烧时也不会滴落。且该膜质量很轻,每平方米只有0.15kg~0.35kg。这种特点使其即使在由于烟、火引起的膜融化情况下也具有相当的优势。

       4)具有良好的采光节能效果。ETFE膜的透光率可高达95%,以保证建筑内部自然光线。另外ETFE膜表面可以进行印刷,调整透光率,通过添加剂及表面涂层的方法,ETFE膜可有效地防止有害紫外线光线的透射。

ETFE膜材特征以及广州南站的应用

         5)配合建筑照明设计,ETFE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,这是其它透明材料很难做到的,广州南站成功应用了这种技术。

         ETFE膜材作为以含氟树脂为原料,兼备多种优异特点,高透光性、耐候性、优异的机械强度和良好的阻燃性能,已成为建筑师设计各种不同造型的良好选择。

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