第四节　高端建筑用纺织品应用实例

一、膜结构应用实例

我国膜结构建筑虽然起步较晚，但是发展速度非常快。1997～2001年，五年内我国建造的膜结构达37万吨；2003年建造的膜结构约为18万吨；2005年、2006年建造的膜结构分别超过33万吨和40万吨。2008年北京奥运会、2010年上海世博会和广州亚运会的举行，以及各种类型的展览馆建设，使得我国迎来了膜结构建筑的发展高峰期，这几年间我国膜结构建筑的建造规模扩张非常迅速。

目前，全世界膜结构的著名生产企业主要集中在美国、日本和德国等少数几个发达国家。其中大部分的著名生产企业都具备产品的研发、设计、生产这一产业全业务链模式经营。而作为膜结构的主要材料，目前市场上主要是以PVC膜、PVF膜、PVDF膜、PTFE膜乃至最新的ETFE膜材为主。

（一）工程实例

膜结构在中国也不乏工程实例，其中规模最大、最具影响力的膜结构要数1997年竣工的上海八万人体育场看台罩棚张拉膜结构工程。但该膜结构为美国Weidlinger公司设计制作，由此可以看出中国在该领域与国外先进国家的差距。影响中国膜结构广泛应用的主要因素有国产膜材料性能差，而进口膜材料价格高；尚无商业性的膜结构计算辅助设计系统；人们对膜结构缺乏足够的认识等。

2008年竣工的北京奥运会场馆“鸟巢”和“水立方”的膜结构采用ETFE膜材，是目前国内最大的ETFE膜材结构建筑，膜材采用进口产品。“鸟巢”采用双层膜结构，外层用ETFE防雨雪防紫外线，内层用PTFE达到保温、防结露、隔音和光效的目的。“水立方”采用双层ETFE充气膜结构，共1437块气枕，每一块都好像一个“水泡泡”，气枕可以通过控制充气量的多少，对遮光度和透光性进行调节，有效地利用自然光，节省能源，并且具有良好的保温隔热、消除回声，为运动员和观众提供温馨、安逸的环境。

目前，国内膜结构发展振奋人心，一些大型体育馆、候机大厅等建设工程的启动以及2010年上海世博会和广州亚运会等国际盛会的举办，为中国膜结构的发展带来了机遇和挑战。尤其在膜材方面，中国起步晚，技术水平低，大部分膜材还主要依靠进口。PTFE、PVC和表面改性的PVC、ETFE等膜材是市场的主流，应用比较广泛。中国已有PTFE膜材的自主知识产权，性能也基本达到国外同类产品的要求。很多公司、科研单位以及高校都在进行PVC表面涂层材料的研究，如PVDF、纳米TiO2表涂剂等的研究已初见成效，另外在表面防污自洁处理方面的研究如仿生荷叶构筑微粗糙表面也开始起步。在引进世界一流的生产设备和工艺技术的同时，加紧消化吸收并改进创新，尽快开发适合中国市场需求的膜材表面处理技术，对提升中国整个产业用纺织品产品档次和市场竞争力都具有重要意义。

我国应用建筑薄膜材料的投影面积在10000m2以上的大型体育场馆见表3-1。

表3-1　我国应用膜材料的大型体育场馆

（二）索膜结构

索膜结构是用高强度柔性薄膜材料经受其他材料的拉压作用而形成的稳定曲面，能承受一定外荷载的空间结构形式。其造型自由、轻巧、柔美，充满力量感，具有节能、使用安全等优点，因而使它在世界各地受到广泛应用。在阳光的照射下，由膜覆盖的建筑物内部充满自然漫射光，无强反差的着光面与阴影的区分，室内的空间视觉环境开阔和谐；夜晚，建筑物内的灯光透过屋盖的膜照亮夜空，建筑物的体型显现出梦幻般的效果。这种结构形式特别适用于大型体育场馆、入口廊道、公众休闲娱乐广场、展览会场、购物中心等领域。张拉膜结构是依靠膜自身的张拉应力与支撑杆和拉索共同构成机构体系，张拉整体结构（Tensegrity）是由一组连续的拉杆和连续的或不连续的压杆组合而成的自应力、自支撑的状杆系结构，其中“不连续的压杆”的含义是压杆的端部互不接触，即一个节点上只连接一个压杆。特别适合用来建造城市标志性建筑的屋顶，如体育与娱乐性场馆，需有广告效应的商场、餐厅等。城市的交通枢纽因其使用功能要求建筑物各组成单元的标志明确。这类建筑越来越多采用膜结构。优美造型的膜材、不锈钢配件和紧固件加上设计轻巧合理，表面处理严格的钢结构支撑，塑造出形式美观、设计合理的膜结构，在当今世界范围内的建筑环境设计中占有举足轻重的地位。

（三）膜结构工程

用于膜结构建筑中的膜材是一种具有强度、柔韧性好的薄膜材料，是由纤维编织成织物基材，在其基材两面以树脂为涂层材所加工固定而成的材料，中心的织物基材分为聚酯纤维和玻璃纤维，而作为涂层材使用的树脂有聚氯乙烯树脂（PVC），硅酮（silicon）及聚四氟乙烯树脂（PTFE），在力学上，织物基材和涂层材分别影响下列的功能。织物基材影响抗拉强度，抗撕裂强度，耐热性，耐久性，防火性。涂层材影响耐候性，防污性，加工性，耐水性，耐化学品，透光性。

（四）结构应用

文化设施应用包括展览中心、剧场、会议厅、博物馆、植物园、水族馆等；体育设施应用包括体育场、体育馆、健身中心、游泳馆、网球馆、篮球馆等；商业设施应用包括商场、购物中心、酒店、餐厅、商店门头（挑檐）、商业街等；交通设施应用包括机场、火车站、公交车站、收费站、码头、加油站、天桥连廊等；工业设施应用包括工厂、仓库、科研中心、处理中心、温室、物流中心等；景观设施应用包括建筑入口、标志性小品、步行街、停车场等。

二、屋顶纺织品防水材料应用

建筑防水材料是重要的建筑功能材料，最近几十年来，纺织材料在建筑防水材料中的应用得到了飞速的发展，用量与品种逐年增加。建筑防水漏用材料广泛用于屋面、墙面、接触地面的建筑构件，以及引水渠、防洪堤、土石坝、尾矿坝、电厂灰坝、围堰、隧道、涵洞、水闸、蓄水池、蒸发池、工业废料拦蓄池或堆场、垃圾处理站、体育场地以至人造湖泊和水产养殖业等的防水渗漏工程。

目前，建筑防水用纺织材料主要应用于沥青防水卷材（油毡）的胎基、高分子防水片材的复合增强和防水涂膜的加强层等。沥青防水卷材的胎基主要采用非织造布，这种胎基与过去采用原纸、玻璃纤维等胎基相比，具有抗拉强度高，延伸性好，耐穿透，耐腐蚀，抗撕裂，对水和温度不敏感等优点。它一般以涤纶或维纶为原料，常用的纤维是线密度为0.33～0.44tex，长度为51～75mm的短纤维或长丝，采用干法成网、针刺加固法非织造布或纺丝成网非织造布为胎基材料（定量为100～150g/m2，厚度为3～8mm），将非织造布连续浸入熔融的沥青浴，沥青浴中的温度梯度保持在140℃（近非织造布表面处）和150℃（近浴底处）。非织造布由垂直方向送入浴底而斜向从浴中移出至空气中，因此，布中含的空气逐渐为沥青所代替。布从沥青浴中取出并经轧辊去除多余的沥青后逐渐冷却，因而，在布的两面即均匀地覆盖沥青，再在布的表面涂以防粘石粉，即成制品。若在非织造布上涂改性沥青，则成为沥青防水油毡中的耐久性最好、品质最高的高档防水卷材。

高分子防水片材的复合增强是采用涤纶或维纶非织造布作为增强材料，这种复合片材是由高分子片材与基布（非织造布）进行复合，以改善其尺寸稳定性和力学性能，还有一种补强复合材料，是指强度依赖补强布的复合材料。美国除生产无增强的高分子片材之外，也生产以稀疏布（或织物）内增强的高分子片材和加入纤维增强的片材，同时还生产以织物为背衬的增强复合片材。德国有涤纶稀疏布增强的PVC屋片膜，其强度特别高，且耐穿刺性能非常好。也有在非织造布表面涂覆氯丁橡胶制成防水片材，其防水性能很好，但制品价格较高，防水涂膜加强层一般是采用涤纶毡和短纤维，在现场铺设的热施工和冷施工叠层中得到越来越多的应用，它是以橡胶改性沥青作为防水剂，以涤纶毡作为增强层，这实际上是工厂生产叠层用沥青油毡在施工现场的翻版。在防水涂膜中除采用非织造布作为加强层外，也有采用机织物或针织物作为加强层的。

三、防护网的应用

（一）滑雪场保护网

根据国际滑雪协会的规定，冬季滑雪场应安装保护网，以最大程度地保证安全。在这方面，拉舍尔无结经编网显示了其最大优势，其表面光滑，滑雪者撞到网上也不会受伤。各种危险地段，如悬崖、隧道口、桅杆边等可使用这种保护网。

（二）防落石保护网

用于斜坡、堤坝、矿井和隧道中防止落石，将这些防腐性的防护网横贯斜坡悬吊起来，就能接住落石，保护道路；矿井中松动的岩石和矿石也能被保护网接住，使得采矿工的安全得以保障。保护网还可以进行特殊的防静电处理。

（三）高尔夫球场防护网

高尔夫球场四周安置的防护网安全地挡住击飞的高尔夫球，使这些球不致于对附近区域构成危害，同时也便于寻找高尔夫球。因为使用防护网隔开球场，减小了相邻球场的间隔，节省了空间。

四、新型建筑用纺织结构——创意建筑

（一）宏观结构类

慕尼黑技术大学（the Technical University of Munich）的Katrin Fleischer的作品——可展开的屋顶（图3-5），是一种由筒拱形可折叠支承格栅及用可弯曲板条靠张力固定的一体化膜覆盖物组成的可移动篷盖。

马德里欧洲大学（the EuropeanUniversity of Madrid）的Margarita Fernández Colombás、Miguel?ngel Maure Blesa、Raquel Ocón Ruiz和Hugo Cifre的作品——Espacio de la Nube（图3-6）。该作品以充气帐篷技术为基础，这种技术常用于有顶的网球场，完美呈现了美学、结构和空间维度的复杂性。

德国安哈尔特应用技术大学（the Anhalt University of Applied Sciences）的Ahmad Nouraldeen设计的“难民营用的帐篷安置房”（图3-7）。作品的外观和功能上，很容易让人联想起美洲印第安人的棚屋。不过，它还结合了可再生能源，并通过保温材料和通风系统来提高帐篷的居住舒适度。

（二）微观结构类

葡萄牙米尼奥大学（the University of Minho in Portugal）的Luani Costa的作品是一种“智能化外观元件”（图3-8）。这种自适应系统由三角形膜元件组成。用户可根据风、雨和日晒等天气状况单独和集体开关这些元件。

维也纳科技大学（the Technical University of Vienna）的Julia Mayer设计的“Tryplo”（图3-9），是对纺织部件组成的模块系统的重新演绎。这些积木式部件采用四面体结构，可以组合成三维结构。除了玩具等方面的应用，该系统还适合用在家具和纺织结构中。

（三）材料创新类

柏林艺术学院（the Berlin-Weissensee Academy of Arts）的Natascha Unger和Idalene Rapp设计的“石网（Stone Web）”（图3-10）。体现了轻质设计最重要的一面，是对建筑领域采用纤维基材料的突破性贡献。

柏林艺术学院的Malu Lücking, Rebecca Schedler和Jack Randol设计的作品名为“变化石（Shifting Stone）”（图3-11），这是一种预制的玄武岩组织系统，可以作为自闭式墙体结构融入外墙，是一种可透光的结构。该材料展现了最硬石头之一——玄武岩做成的纤维，与将其转化为一种柔性、自我表现系统之间奇妙的关系。

（四）复合材料及混合结构类

柏林艺术学院的Anne-Kathrin Kühner选择以混凝土纺织结构为主体设计了“水泥纺织品”（图3-12）。为了制造这种混凝土纺织结构，织物管内装有高性能混凝土。这使得柔软的长丝经过混凝土填充后可以迅速成型，织物则可以采用机织、针织以及编结的形式制成各种形状的纺织品。