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氣膜體育館

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氣膜建築係統的內部空間中,所有因素:氣壓、溫度、濕度、新風量、照度等,皆可按需控製,提供舒適宜人的室內環境 。因此,氣膜十分適合於各種體育場館的建設。

(一)氣膜建築的基本概念

氣膜建築就是采用高強度、高柔性的薄膜材料為主要材料,利用密封空間內空氣壓力支撐原理,將膜材的外沿固定在地麵基礎或者屋麵結構周邊上,利用充氣係統將大量空氣送入氣膜內部空間,當氣膜內壓力大於氣膜外壓力時,就產生一定的氣壓差,氣膜內氣體就能將膜材支撐起來覆蓋在地麵或者屋麵上,形成大跨度的無梁無柱的建築空間。

(二)氣膜建築的產生與發展過程

早在1917年,英國人威廉·蘭切斯特(Willian lanchester)首次提出了空氣支撐式帳蓬(Air-supported camps) ,用於野戰醫院,並申請了專利,但由於當時的技術條件和生產能力等原因沒有成為現實。

直到1946年,美國的瓦爾特·勃德(Walter Bird)首次建成了一座利用氣體支撐的薄膜式穹頂,氣膜材料為尼龍纖維布,用於美國軍用雷達防護罩(Radar dome)

美國於1963年在紐約建成了世界上第一座氣膜網球館,40多年來,世界各地(主要在歐美地區)構建了數萬個不同大小的氣膜建築。

(三)氣膜建築空氣支撐原理

氣膜建築是用特殊的建築膜材做外殼,配備一套智能化的機電設備在氣膜建築內部提供空氣的正壓把氣膜建築主體支撐起來的一種建築結構係統。一套完整的氣膜建築還包括了照明係統和門禁係統, 

氣膜內外的氣壓差不僅不會對人體有任何不良的影響,相反,由於氣膜內空氣含氧量大於氣膜外空氣含氧量,因而,在氣膜建築內進行運動,其空氣環境對人們是有幫助的。

通常氣膜內外氣壓差約為250~500Pa,約0.0025~0.005個大氣壓(1大氣壓=106Pa)。

 

1、氣膜建築的安全性
氣膜結構通常內外氣壓差為250Pa,約0.0025個大氣壓(相當於正常建築1層與9層的氣壓差)
氣膜建築是采用內外氣壓差支撐的新型建築結構,在安全範圍內,氣膜內部空間的氣壓 越大,能夠抵禦的風荷載,雪荷載的能力也越高,從而氣膜建築產生形變的可能性就越小,也就越安全。
例如,氣壓在1.75英寸水柱時會跟承受每小時80英裏的風相當。如果壓力不能到達抵抗風雪的安全值,結構就有坍塌的危險 。
氣膜建築的主入口,全麵滿足人員和車輛的進出。所有出入口全部釆用模塊設計,並嚴格遵循北美規範,牢固、安全。
假若氣膜建築因不可抗拒因素發生意外導致緩慢坍塌,則氣膜屋麵下降到據地麵2米所需的時間不會少於30分鍾,保證足夠逃生時間。
建築備用入口可配旋轉門、應急門(消防出入口)、雙開門以及氣鎖式通道。當緊急情況發生時,由內部外推即可出門, 從建築物內迅速撤出,保證人員安全。
2、氣膜建築經濟性
傳統結構建築,隨著跨度的增加,單位麵積建造成本會呈幾何倍數增加;
氣膜建築恰好相反,隨著跨度的增大(最大可達180米),單位麵積建造費用呈下降趨勢。(超過30米跨度時,氣膜建築的建設成本可以比傳統建築降低50%以上。)
氣膜建築的空調和采暖能耗大大低於傳統建築。
30多年跟蹤記錄,全球超過1000個成功案例顯示,氣膜建築空調和采暖所需的能耗僅為傳統建築的 10% → 30%。氣膜建築後期基本不需要維護,為持續性高水準,低成本經營提供保障。
北美和歐洲公認綠色節能建築(LEED)
熱反射係數(SR 85%)和散熱係數性能(IE 83%)
氣膜結構密閉性
良好的保溫材料(R-Value)
3、氣膜建築舒適性
在傳統建築中,建築內部的氣壓、濕度、新風量等因素不可人為控製。
氣膜建築係統的內部空間中,所有因素:氣壓、溫度、濕度、新風量、照度等,皆可按需控製,提供舒適宜人的室內環境 。
有效的利用膜材對光的高反射率為建築內部提供均勻、無晃眼的照明效果
搭配使用透光膜(透光率25%)達到日間充分利用自然光的效果
獨特照明設計,將光源直射到內膜並形成真正的二次反射照明
懸吊式二次反光照明
整體節約30%的照明費用
提供100%的光照效果
漫射光照度均勻 無眩光
無論是網球 籃球還是對照明要求苛刻的羽毛球運動都可完全滿足它們對燈光的需要
全麵滿足各項體育比賽的照度要求
4.氣膜建築便捷性
氣膜建築係統是大型場館的建築提供最快速靈活的建築方式
現場施工不超過一周,這是任何建築結構都無法達到的,同理也為您節省工程管理的成本
建築方式的靈活可滿足客戶多種需求,對基礎要求低,自重輕可建築於原有建築之上,可隨時搬遷。

(五)膜材

1、膜材簡介

用於氣膜建築的膜材是一種具有高強度、柔韌性好的薄膜材料,是由纖維編織成織物基材,再在基材兩麵以樹脂為塗層材料加工固定而成的材料。薄膜中心的織物基材分為聚脂纖維和玻璃纖維兩種,而作為塗層使用的樹脂有聚氯乙烯樹脂(PVC)和聚四氟乙烯樹脂(PTFE),在物理、力學性能上,織物基材和塗層分別影響氣膜建築的下列功能:

1)織物基材影響:抗拉強度、抗撕裂強度、耐熱性、耐久性、防火性等;

2)塗層材料影響:耐候性、防汙性、加工性、耐水性、透光性等。             

2、膜材的選擇   

可用於氣膜建築的膜材主要有PVC膜(含PVDF膜)和PTEF膜。膜材的選擇要考慮建築規模大小、用途、形式、使用年限、經費預算等綜合因素。

1)PVC膜(PVC-Coated Polyester

PVC膜材在材料和加工性能方麵比PTFE膜材便宜,且具有材質柔軟、易加工的優點。但是,在強度、耐用年限、防火性等性能方麵都比PTFE膜材差。PVC膜材是由聚脂纖維織物加上PVC塗層(聚氯乙烯)而成。一般建築用的膜材是在PVC塗層材料的表麵處理上,塗以數微米厚的亞克力樹脂(Acrylic),以改善其防汙性。但是,這樣的材料經過數年以後就會變色、汙損、強度下降。一般PVC膜材的耐用年限,依據環境的不同,在5~8年之間。為了改善PVC膜材的耐候性,近年來已經研究出一種新的表麵處理工藝,就是用氟素係樹脂在PVC塗層材料的表麵處理上做塗層,以改善其耐候性和防汙性。

比如,在PVC膜材的表麵處理上,用PVDF(二氟化樹脂,Polyvinglidene Fluoride)樹脂做塗層進行表麵處理,生成的膜材叫PVDF膜。PVDF膜材與一般的PVC膜材相比,耐用年限可以改善至7~10年。

2)PTFE膜材(PTFE -Coated Fiberglass

PTFE膜材是在超細玻璃纖維織物上塗以聚四氟乙烯樹脂而成的薄膜材料。它的最大的特征就是耐久性、防火性、防汙染性高。但與PVC膜材相比,材料費與加工費都高,且柔軟性低,在施工上為了避免玻璃纖維被折斷,必須采用專門的施工技術和專用工具。

耐久性:PTFE塗層材料對酸堿等化學物質及紫外線非常安定,不易發生變色和破裂。玻璃纖維經過長期使用後,不會發生強度劣化或張力降低問題。膜材顏色一般為白色、透光率高,耐久性在30年以上。

防汙性:塗層材料聚四氟乙烯樹脂表麵摩擦係數低,所以不易被汙染,並可以借助雨水洗淨。

防火性:PTFE膜材符合所有國家的防火材料試驗標準,可以代替其他屋麵材料做同樣的使用用途。

3、膜材聲學、保溫、采光特性

1)聲學特性

單層膜材的隔音能力隻有10dB(分貝),因此,單層膜的氣膜建築隻適用於對隔音要求不太高的活動場所。雙層膜的氣膜建築隔音能力可以提高到30dB(分貝)。如果在膜體內加裝吸音棉或者對內襯采用聲學吸音結構設計,則可以進一步提高其隔音能力。

2)保溫特性

單層膜材料氣膜建築的保溫性能大致相當於夾層玻璃的保溫性,雙層膜氣膜建築的保溫性能比單層的提高了45%。如果在兩層膜材之間加裝保溫棉,其保溫效果基本上與傳統建築的保溫效果相同。

3)采光特性

膜材本身透光而不透明,在白天,可以將直接照射的太陽光柔化為漫射光照亮室內,使得室內采光均勻、柔和、不產生眩光,如果加裝保溫棉或者避光材料,可以完全屏蔽外界的光線。

(六)配套係統

1、基礎錨固與連接係統

氣膜建築膜體的下沿與基礎梁的連接,用專用的鋼質夾具壓邊,用鏍栓連接到基礎梁中預埋的錨杆上,再將鋼纜穩定(應力控製)係統連接到錨杆上。

2、新風調節係統

一般配備兩台主風機,室內需要新風時,兩台風機同時運轉,保證新風量的供應,滿足室內人員呼吸新鮮空氣的需要;室內沒有人活動時,隻開一台主風機,提供足夠的內外氣壓差,保證氣膜建築正常工作,同時,為用戶盡量節省電能。另外配備一台備用風機,當主風機發生故障時,啟動備用風機。

3、備用電源

為了保證氣膜建築全天候地工作,配備一台功率相匹配的燃油發電機組。當市電停電時,由控製係統(或者人工)啟動。

4、製冷與供暖係統

根據用戶對製冷、供暖的不同需要和氣膜建築麵積的大小,靈活配備中央空調係統或者分體空調係統,北方地區還可以利用地熱、用鍋爐自燒熱水等方式供暖。

5、照明係統

根據用戶不同的使用目的,設計懸吊二次反射式照明係統(無眩光)或者懸吊直射式照明係統(有眩光)。

6、門禁係統

根據氣膜建築的不同用途,在人員入口處配置旋轉門或者氣鎖門,在設備入口處配置氣鎖門,另外配置1~3個應急疏散門(簡稱應急門)。旋轉門和氣鎖門均采用高強度的鋁合金材料或者不鏽鋼材料製作而成,既堅固耐用又氣派堂皇。氣鎖門是雙層門,有一個壓力平衡室,還采用了自動電磁閉合裝置,有效地防止了氣體的泄漏。

7、智能控製係統

智能控製係統將新風調節係統、製冷與供暖係統、備用發電機組、室內外環境監測係統集成於一體,對氣膜建築進行全方位的智能化控製,如果能配備一台PC機,還可以實現無人值守的遠程控製。可以根據內部溫度、外部風速等參數,對風機的速度、製冷和供暖量進行調節。在節能的前提下,達到最佳的舒適狀態。

 

三、氣膜建築的應用

氣膜建築的應用範圍很廣,主要有:

體育產業:網球館、羽毛球館、綜合訓練館、遊泳館、高爾夫練習館;

旅遊文化:演藝館、婚慶喜宴館、會議中心、兒童樂園、博物館、展覽館;

工業環保:垃圾及汙染物處理場、建築工地無塵施工、密封的無塵車間、需要收集氣體的化工車間;

其他:軍事設施、倉儲等

 

 

 

 

 

由於氣膜體育館的特殊結構形式,以及照明特點,一般選用內膜時頂部部分一定是使用白色的,這樣燈光反射時,亮度最高,照明效果也最好,但是打羽毛球時盡管可以達到見光不見燈的照明燈具的設計要求,但是還是會產生擊球時找球的困難。

 排燈的氣膜羽毛球館

因而在靠近地的四周氣膜羽毛球館的內膜顏色一定要做深化的調整,並且其高度越高越好,一般內膜反色膜材的設置高度使用比較多的尺寸是離地麵4-5米,大約為體育館總高度一半距離,這一高度比例,最好與體育館的最高點同比例進行調整,比如整體體育館最高點如果達到 13 米的情況下,反色膜材的尺度能設計到 6 米最好。當然具體高度也要考慮燈光反射照度的均勻性。目前氣膜羽毛球館的照度設計大都是依照傳統建築標準設計,沒有考慮燈光反射的照度損耗因而整體燈光照度的測算和差異還比較,各個公司設計和安裝的燈具多少還是差異非常大。很多氣膜羽毛球館的照度不能完全達到照度要求。

排燈具的氣膜羽毛球館

燈具的吊掛高度也差異很大,盡量將燈具的吊掛高度保持在 8 米以上,專業的球館要求吊掛高度在 15 米以上。

由於氣膜羽毛球館為拱形建築形式,經常會看到靠近氣膜館牆體一側的場地照度較弱的現象,如果要保持非常好的照度要求,可以考慮吊掛燈具和燈柱式燈具相結合的形式保持整體照明的均衡。

另外的氣膜羽毛球館的細節問題是通風問題,由於氣膜羽毛球館一般采用下進下出的方式進行通風和供暖,即使使用測風儀在整個體育館的正中心位置測不到風速流動,而靠近送風口位置的羽毛球場地還是會受到不均衡的風速擾動從而影響擊球效果。如何使氣膜羽毛球館的送風更均勻就需要考慮多點送風的方式保持整個氣膜羽毛球館的整體結構平衡。

一般的氣膜羽毛球館為了達到整體高度超過 9 米的基本要求,一般設計為兩個羽毛球場地並排橫向排列的形式,這樣一個氣膜羽毛球館的寬度將為 38 米以上,這樣保證中間和場地周邊都有四米的人行通道,部分地段還可以擺放供休息用的座椅等。

還可以采用加高預製結構梁的辦法使整個空間擴大,靠近牆體的部位的也會比較利於排放物品,也可防止人員在運動時碰撞氣膜館的膜體,即擴大了空間也保護了膜體安全、送風的風道的設置方式也比較好處置和預埋,一舉多得。當然氣膜羽毛球館大多是作為群眾娛樂的場館,作為專業球館還比較少,但是隨著大家運動水平的提高,對場地的要求也越來越高,建設氣膜羽毛球館還是要選擇專業的團隊來設計和施工,還有就是目前很多氣膜羽毛球館的室內空氣質量很差,在這樣的空間中進行鍛煉會對身體上造成傷害,所以選擇和建設氣膜羽

毛球館時,一定選擇有室內空氣淨化裝置氣膜館生產和加工廠家更為重要,而且最好將能夠實際檢測的指數顯示給運動人員。

最後,對於運營氣膜球館的商家來說,場地設置的數量最好能超過 16 塊,這樣氣膜羽毛球館的經濟性會好些,而且也方便經營。

 

 

 

 

 

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