PTFE拉膜在蘇州站無站臺柱雨棚的應(yīng)用

鄭為

(中鐵第四勘察設(shè)計院集團(tuán)有限公司，湖北武漢430063)

1 雨棚概況

新蘇州站是一座集鐵路、城市軌道、城市道路交通換乘功能于一體的現(xiàn)代化大型交通樞紐。是蘇州市級中心的重要組成部分。新蘇州站站房設(shè)計充分體現(xiàn)“以人為本，以流為主”的理念及“五性”原則。采用上進(jìn)下出，通過式與等候式車站相結(jié)合的高架站房成為蘇州最大的“橋”連通古城與新區(qū)。整體連續(xù)的棱型屋頂與結(jié)構(gòu)渾然一體，覆蓋著現(xiàn)代化交通建筑的大空間，層層疊疊、縱橫交錯，延續(xù)著古城的肌理。

在整體屋蓋設(shè)計中，采用折板形深灰色金屬屋面，構(gòu)成蘇州特有的粉墻黛瓦的民居屋頂肌理，將大型現(xiàn)代交通建筑與傳統(tǒng)地域文化完美結(jié)合。站房折板檐口最高點距離地面36.68 m，站房屋面最大跨度88 m，無站臺柱雨棚距離站臺面高度15.4 m，最大跨度81.7 m。無柱雨棚采用三角形鋼管桁架主梁結(jié)構(gòu)，次梁折板屋面，共同構(gòu)成了蘇州火車站特有的層層疊疊的坡屋頂，宛如古城粉墻黛瓦建筑風(fēng)貌的現(xiàn)代詮釋(圖1)。

圖1 雨棚燈箱PTFE拉膜效果

2 雨棚燈箱PTFE拉膜效果

在蘇州站無站臺柱雨棚設(shè)計中，為了與主體站房的菱形元素相呼應(yīng)，采用了特有的菱形體燈箱懸掛在雨棚站臺端。該燈箱采用方鋼龍骨與主次桁架焊接構(gòu)成燈箱內(nèi)部骨架，表皮采用白色透光材料，栗色鋁板包邊。作為室外構(gòu)筑物，需要該燈箱自潔性好、平整、抗風(fēng)、透光的特點。

根據(jù)設(shè)計要求，比選了多種建筑材料。常規(guī)白色鋁合金板，平整性耐臟性滿足要求，但透光能力差，即使做成穿孔板形式，難以達(dá)到設(shè)計要求的發(fā)光面的效果。白色亞克力板常用做燈箱材料，但是蘇州雨棚的白色菱形燈箱面朝下，單塊尺寸達(dá)到4 m×4 m，導(dǎo)致亞克力板厚度大自重大，用在此處非常不經(jīng)濟(jì)。常用的PVC拉膜，價格便宜，但自潔性能差，耐久性能差，一般只能使用15年左右，由于燈箱位于鐵路軌道上方，不易更換維修，需要燈箱材料具有極好的耐久性與自潔性。通過反復(fù)比選，最后選擇PTFE拉膜，這種材料價格適中，重量輕、自潔性能好，耐久性能好，其透光性范圍特別適合本設(shè)計，形成蘇州站特有的白色燈箱效果，成為火車站地區(qū)夜間亮麗的風(fēng)景線(圖2)。

圖2 白色燈箱效果

3 PTFE材料介紹

PTFE膜材料的織物基材為玻璃纖維，纖維的直徑范圍在3.30～4.05μm范圍內(nèi)，重量大于150 g/m。涂層的主要材料為聚四氟乙烯樹脂，含量不低于90%，涂層的重量在應(yīng)大于400 g/m。PTFE膜材料的厚度宜大于0.5 mm。能防止化學(xué)腐蝕和紫外線侵蝕，不易老化，在雨水中具有自潔性能。在歐、美、日等國PTFE膜材料被定為A2級準(zhǔn)不燃材料。PTFE膜材料在火災(zāi)環(huán)境溫度超過250℃后，會釋放出有毒氣體，經(jīng)我國公安部防火研究所的檢測，按GB8624《建筑材料燃燒性能分級方法》被定為B1級難燃材料。

PTFE膜材料的顏色、光線反射率與透光率宜滿足表1的要求。

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一般生產(chǎn)廠商給出膜面物理化學(xué)性能的質(zhì)量保證年限為10年。但對建成的PTFE膜面進(jìn)行超過20年的耐候試驗觀測表明，它的力學(xué)與物理化學(xué)性能無退化現(xiàn)象。

作為常用建筑膜材，ETFE、PVC和PTEF織物膜材料的部分性能比較如下:

(1)ETFE膜材是不含織物的單一的聚酯膜，只有做成氣被注入承壓氣體后才能構(gòu)成結(jié)構(gòu)承力構(gòu)件，如水立方的ETFE氣枕。

(2)PVC膜材料和PTFE膜材料是多層功能復(fù)合材料，它們的基層由纖維織物構(gòu)成，故具有較高抗徐變的能力，能夠作為結(jié)構(gòu)材料使用。

(3)ETFE膜材料與PVC和PTFE兩種常用織物膜材料的部分性能和參考價格比較見表2。

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4 PTFE拉膜的應(yīng)用前景

膜結(jié)構(gòu)是一種全新的建筑構(gòu)形式，它集建筑學(xué)、結(jié)構(gòu)力學(xué)、精細(xì)化工與材料科學(xué)、計算機(jī)技術(shù)等為一體，具有很高技術(shù)含量。其曲面可以隨著建筑師的設(shè)計需要任意變化，結(jié)合整體環(huán)境，建筑出標(biāo)志性的形象工程。在陽光的照射下，由膜覆蓋的建筑物內(nèi)部充滿自然漫射光，無強(qiáng)反差的著光面與陰影的區(qū)分，室內(nèi)的空間視覺環(huán)境開闊和諧。夜晚，建筑物內(nèi)的燈光透過屋蓋的膜照亮夜空，建筑物的體形顯現(xiàn)出夢幻般的效果。

與國內(nèi)現(xiàn)在城市中廣泛采用的PVC膜材相比，PTFE膜材是在超細(xì)玻璃纖維織物上涂上沒有化學(xué)反應(yīng)活性的PTFE樹脂而制成的。PTFE膜材的耐久性非常好:涂層材料的PTFE對酸、鹼等化學(xué)物質(zhì)及紫外線非常安定，不易發(fā)生變色或破裂。安全使用壽命可長達(dá)50年。常用的PVC膜材只能使用10～15年，不能滿足建筑物設(shè)計年限期的耐久性要求。

(1)防火性:PTFE膜符合近所有國家的防火材料試驗合格的特性，可替代其它的屋頂材料做同等的使用用途。

(2)防污性:因涂層材為聚四氟乙烯樹脂，表面摩擦系數(shù)低，所以不易污染，可藉由雨水洗凈。

(3)自潔性:膜建筑中采用具有防護(hù)涂層的膜材，可使建筑具有良好的自潔效果，同時保證建筑的使用壽命。

(4)經(jīng)濟(jì)性:由于膜材具有一定的透光率，白天可減少照明強(qiáng)度和時間，能很好地節(jié)約能源。同時夜間彩燈透射形成的絢爛景觀也能達(dá)到很好的廣告宣傳效益。

(5)工期短:膜建筑工程中所有加工和制作均在工廠內(nèi)完成，可減少現(xiàn)場施工時間，避免出現(xiàn)施工交叉。

PTFE膜材結(jié)構(gòu)的應(yīng)用范圍廣泛:如各類體育建筑;各類展覽建筑;各類娛樂建筑及收費站設(shè)施;各類劇院建筑及設(shè)施;各類機(jī)場建筑及設(shè)施;各類海濱娛樂休閑建筑及設(shè)施;各類公園、綠地建筑小品;各類通道、出入口、透光屋面等等。隨著我國國力日益增強(qiáng)，對建筑產(chǎn)品的要求日益提高，具有以上特性的PTFE建筑膜材，將取代現(xiàn)在廣泛使用的PVC膜材，為我們的建筑作品增添亮麗的元素。