幕墙知识丨No.9 什么是ETFE膜?

ETFE

有一种建筑新材料跟传统材料相比

轻盈而柔韧,透光且环保

在设计师手下呈现出

令人流连忘返的梦幻美景

今天,小编就带您一起

了解这种轻薄透的屋/墙面材料:ETFE材料

国内用ETFE材料知名的案例:水立方

ETFE是目前为止最强韧的氟塑料

在保持了PTFE良好的

耐热、耐化学和电绝缘性能的同时

它的耐辐射、机械性能和加工性能

有了很大程度的改善

自上世纪九十年代开始

建筑师尼古拉斯·格林肖(NicholasGrimshaw)

创新性地将ETFE膜大规模地应用于

英国的伊甸园工程后

这种材料得到了许多建筑师的认同

它的建筑用途也日益增多起来

  01. 

ETFE材料总述

上海迪士尼乐园,创项目建筑屋面/ETFE气枕屋面

塑料聚合物一直被建筑界当作劣质建筑材料

不同于玻璃、金属等材料能够传达质感

随着技术创新推动材料发展

氟基塑料ETFE(乙烯四氟乙烯)

在水立方上的运用,引起了广泛的关注

ETFE(Ethylene Tetm nuoro Ethylene)最初是由杜邦公司(DuPont)于1970年代开发的,中文名为乙烯一四氟乙烯共聚物,俗称“软玻璃”,是一种轻质、耐热的薄膜。ETFE膜具有很多其他材料无法比拟的性能。

 ETFE膜的优势 

  • 质轻、韧性好、抗拉强度高、延展性

  • 耐候性和耐化学腐蚀性强

  • 防火安全性好,不会自燃

  • 可见光透过率高

  • 优异的自清洁功能,灰尘不易吸附在其表面

  • 适应性好,几乎可以加工成任何尺寸和形状

  • ETFE薄膜可预制成薄膜气囊,现场组装、充气、施工,维修方便

用于建筑上的ETFE气枕膜结构

ETFE层连续不断地填充来自气动系统的空气

以创建类似枕头的垫子

从而提供隔热和结构稳定性以抵抗风或雪荷载

(棱形气枕)

由于ETFE膜的透光性特别好,号称“软玻璃”

由于它具有通过UV透明性

可靠地调节建筑物内环境条件的能力

该膜可以印刷特定的图案

并分层控制太阳光的条件

以及,ETFE的低摩擦系数

防止灰尘或污垢粘附在其表面上

从而降低了维护要求

而且还可以通过变色LED点亮单个垫子

以创建独特的图案

从而使建筑立面能够反映内部情况

与可能危害健康的塑料不同

ETFE  既易于回收又持久耐用

生产具有成本效益,并且制造和运输过程能耗低

这在很大程度上归功于其重量轻

由于其弹性, ETFE 在自然灾害中表现良好

并且在发生火灾时具有自熄性

  02. 

ETFE膜的结构分类  

根据膜结构的成形方式和受力特点一般可以分为

骨架膜、张拉膜和充气膜

骨架膜结构
骨架膜结构是膜材依靠具有稳定性、完整性的钢或其他材料构成的刚性骨架,经张拉而构成的骨架式膜结构。形态有平面形、单曲面形和以鞍形为代表的双曲面形

Kehl-Sundheim车棚

骨架膜结构的显著特点在于:膜不是维持结构体系存在的必要结构单元,但膜又不仅仅是单纯地用来覆盖屋面体系,而是充分发挥了其建筑采光功能高强度受力特性。因屋顶造型比较单纯,开口部不易受限制,且经济效益高等特点,广泛适用于任何大,小规模的空间。

张拉膜结构

张拉膜结构以膜材、钢索及支柱构成,利用钢索与支柱在膜材中导入张力以达安定的形式。除了可实践具创意,创新且美观的造型外,也是最能展现膜结构精神的构造形式。大型跨距空间也多采用以钢索与压缩材构成钢索网来支撑上部膜材的形式。

▲美国驻伦敦大使馆

张拉膜结构可以根据需要制成任意复杂曲面形状,体现自然流畅之美;并有多种颜色的膜材可选,以适应周边的环境、满足建筑效果要求;而且膜结构质量轻,一般不需要太庞大的支撑结构,这是其他建筑材料无法比拟的优势所在。

充气膜结构

充气膜结构是指在以高分子材料制成的薄膜制品中充入空气后形成的结构。我们常说的的充气膜结构一般指气承式膜结构(Air-supportedMembrane Structure)

即是通过送风向建筑物内充气(常为室外气压的1.001~1.003倍),使室内外保持一定的压力差从而支撑覆盖膜体并保持其稳定的形状。

新韩国花园

另一种充气膜结构根据其外观形式也称为气肋式、气囊式膜结构,即向单个膜构件内充气(常为室外气压的2~7倍),使其保持足够的内外压差。

新韩国花园

构件单个或组合在一起作为类似于梁、拱、平板等受力结构构件。这种结构对膜材自身的气密性要求很高,需不断地向膜构件内充气以保持必要的内压。

▲德国慕尼黑安联足球场

典型外墙构造详图,图源:飞雨膜结构(ID:feiyumojegou

中国北京水立方(ETFE气枕)的灯光效果

水立方墙面局部节点详图  图源:飞雨膜结构(ID:feiyumojegou

  03. 

案例欣赏

– 哈德逊艺术中心 – 

地点:美国纽约
设计:Diller Scofidio + Renfro
面积:17000平方英尺
年份:2019

在哈德逊码头上,全新的跨界“棚屋”艺术中心(The Shed)于2019年4月5日对外开放。

艺术中心由著名建筑公司 Diller Scofidio+Renfro 和 Rockwell 集团合作设计,打造了覆盖着ETFE气枕膜材料的120英尺的伸缩式外壳,能够通过滚轮将建筑延伸至“棚屋”的户外广场,营造更开阔的半户外空间,旨在创建世界上最具灵活性的文化机构。

 – 英国“伊甸园” – 

地点:英国康沃尔郡
设计:Grimshaw
面积:15公顷
年份:2015

“伊甸园”项目位于英国的康沃尔郡,是在废弃的矿山上建的全球最大的生态温室。主要由8个充满未来主义色彩的巨大蜂巢式穹顶建筑构成,其中每4座穹顶状建筑连成一组。

“伊甸园”的穹顶穹顶架由钢管构成,拼成尺寸9米大小的六角形天窗,天窗中间铺设半透明的ETFE薄膜材料。在形态上像放大了无数倍的“大水泡”。”大水泡”里培育着原产于非洲、亚洲、欧洲、大洋洲和美洲的热带植物。

 普拉森西亚礼堂和会议中心 

地点:西班牙 卡塔赫纳
设计:Selgascano
面积:80729.33平方英尺
年份:2017

这座会议中心位于普拉森西亚的郊区地带,设计团队期望最大程度地尊重土地,将被占用的土地面积尽可能地缩小,同时为未来可能的扩展区域保留出一座自然的小岛。

会议中心外皮使用了ETFE薄膜,半透明和透明之间形成了一系列视觉过渡,阳光和灯光穿过半透的膜片使建筑体外观更加耀眼,进入其中仿佛置身于梦幻的海洋之中。

– 新韩国花园 – 

地点:韩国首尔

设计:SKNYPL
面积:700平方米
年份:2019

新韩国花园采用ETFE材料制成,充满空气和轻盈的质感,也传达了「放松场域」的基本精神。

花园中所有元素都将覆盖一层夜光漆,晚上花园将通过光线和装置产生变化。这是莫斯科设计团队SKNYPL在韩国政府推行的New Korean Garden竞图活动中,构想建造的一个充气装置艺术飘浮花园。

构成整个新韩式花园故事的ETFE材料方便可回收,它是首尔历史上的一颗璀璨火花,来得快去得也快,也能轻易地脱离了城市生活。

– 德国慕尼黑安联体育场 – 

地点:韩国首尔
设计:SKNYPL
面积:700平方米
年份:2019

德国慕尼黑安联体育场以它精巧的结构壮丽的外观,成为慕尼黑以至于德国的荣耀。安联体育场是欧洲最现代化的球场,由雅克·赫尔佐格和皮埃尔·缪隆设计。

外墙体由2874个ETFE气垫膜构成,其中1056个在比赛中可以发光。当体育场中比赛的球队发生变化时,墙的颜色就可以随之改变,其奇妙之处将远超想象。慕尼黑人非常喜欢这个体育场,并亲切地将其称为“安全带”或“橡皮艇”。

                                             

– 亚马逊总部办公楼 –

地点:美国西雅图
设计:NBBJ
面积:30万平方米
年份:2018

Amazon Spheres是项目最核心的“热带雨林”部分,由3个大的球状体组成,其中最大的球状体直径39米,高27米,共四层。据说,整个建筑使用了2,643片透明玻璃和620吨钢。

并且在玻璃下方有一层ETFE薄膜,可以过滤红外线,保持室内温度。而它最大的特点是,里面种了4万多种植物,并且都是非常珍惜的物种,分别从50多个国家采集而来,行走其间犹如漫步林中,可谓一个“室内热带雨林”。

 – 美国驻伦敦大使馆 – 

地点:英国伦敦
设计:Kieran Timberlake
面积:48128平方米
年份:2018

这座立方体形式的建筑高65米,共12层,表面为夹层玻璃,在两侧的立面笼罩着透明的ETFE薄膜,该建筑特殊的立面形式是为了减少太阳光直射的同时,仍能满足室内采光。

建筑的立面材料可以反光,其颜色根据天气和太阳照射的位置而变化。除了定向材料的使用,以及独特立面的设置,建筑师还运用了多种可持续策略。

其中包括地源热泵,建筑师声称,该建筑满足LEED白金级别标准,同时也满足BREEAM可持续性等级,这正是他们的目标。

– Schwabinger Tor车站 – 

地点:德国慕尼黑
设计:Felix Fischer Architekten
面积:2500平方米
年份:2018

Schwabinger Tor是慕尼黑市新建的城区,由Felix Fischer Architekten设计的带有弯曲檐篷的电车站成为该地区的标志性建筑,为城市的广场空间赋予了独特景观。每个顶篷的表面积均为双曲线抛物面,从而产生了一种低成本的高效静态形式。

两个顶棚均由焊接的钢梁制成,被单层平滑的 ETFE薄膜覆盖。作为双曲线形式的特殊功能,降落的雨水将自然流向地基,起到安全收集和排放的作用。

 – Kehl-Sundheim车棚 – 

设计:Seele
面积:710平方米 
年份:2017

Seele建筑工作室为Kehl-Sundheim的新洗车场实现了吸水区非凡的膜式车顶建设。屋顶结构的几何形状由蜂窝状钢结构组成,网格结构搁置在支座上。710平方米的双层ETFE薄膜可提供天气防护。

借助集成照明,屋顶提供了引人注目的效果。在夏季,ETFE薄膜的抗紫外线性能可在最大日光下提供必要的防晒效果;在冬季,由于封闭的空气量,该薄膜可平衡风和雪负荷。

 – 蛇形画廊展馆 – 

地点:英国伦敦
设计:SelgasCano
年份:2015

该设计由包裹在彩色ETFE薄板和最小钢架组成,围绕着“秘密走廊”,其灵感来自伦敦地下的多层且有时是混乱的线路网络。SelgasCano使用彩色ETFE材料使结构具有“运动性和轻便性”,塑料能够在刚性钢制框架中轻松变形,呈现出动态观感。

SelgasCano与工程师Aecom & David Glover合作,使用的ETFE塑材被印刷上了19种颜色,达到了万花筒般的效果。

 价格区间 

目前世界上能生产ETFE膜的公司较少

且设计与施工较为复杂,因此整体价格较高

单层ETFE综合完工价格约为1500每平方

双层综合完工价在3000每平方左右

(以上价格仅为市场普通中端产品价格,材料价格会因不同项目、不同品牌及定制等多方面原因会有较大浮动,仅供参考)

素材来源:

帕特里克·林奇,ETFE膜及其应用

迈丘设计(ID:metrostudio)透光“软玻璃”ETFE材料 | 建筑景观设计·8款

飞雨膜结构(ID:feiyumojegou),ETFE – 轻薄透的屋/墙面系统

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