新火车站采光顶及幕墙面材的安全选用

新火车站采光顶及幕墙面材的安全选用中国过去的铁路火车站没有或者很少采用采光顶和幕墙，形式单一、档次低。当前，中国铁路正在跨越式发展中推进。由传统铁路向现代铁路的过渡，无论是在策划思想、技术选择，还是在评价标准方面，都在发生深刻变化。铁路旅客车站作为连接铁路与城市的桥梁、沟通铁路与旅客的纽带、体现铁路服务社会的标志，它的建设受到各界广泛关注。中国将建设一大批现代化的铁路新火车站，2020年前将新建和改扩建1066座，2012年将要投入运营804座，铁道部提出打造“百年不朽”新火车站的思路，努力实现铁路新火车站设计理念的转变：提出了新时期规划和建设铁路新火车站的以人为本的‘五性’原则，即“功能性、系统性、先进性、文化性和经济性”，“先进性”是指铁路旅客车站的设计要有前瞻性和体现社会经济发展的进程,用先进的设计理念,通过采用适合于国情、适合于铁路运输发展的建筑形式,在新技术、新材料、新工艺、新设备的应用上体现建筑与运输发展的完美结合,使铁路旅客车站的建筑经得起时间和铁路运输发展的检验。“文化性”是要求铁路旅客车站设计应体现历史与现代、地域与环境、国家与民族的文化内涵,通过建筑美学的表现形式传承和发展中华文化,使不同区域的文化风格与建筑环境相互协调,展示出不同风格的建筑作品。建设具有世界一流水平现代化铁路新火车站，我国铁路建设史上树立起新丰碑。近年来中国铁路遵照“五性”原则,广泛借鉴世界先进建筑思想和客站建设成功经验，立足中国铁路客站建设的实践，不断提高自主创新能力，系统研究总结设计理论和设计方法，努力探索中国铁路车站设计的创新之路，结合火车站建筑的特点，大量使用采光顶和幕墙，创作出新一代适合国情特点、具有世界先进水平的铁路火车站。铁路火车客运站通常处于城市繁华地段，衔接公路、地铁等多种交通方式，是大量人流到达、出发的集散地，人流多于其它公共建筑和交通建筑，中国人口多,火车是主要交通工具,尤其是中国春节等节假日,人流更是爆满,新火车客站的采光顶和幕墙的安全更为突出，需要加以特殊重视。按照铁道部的“五性“原则,新火车客站采光顶和幕墙工程安全起码要做到下列三点::（1）安全第一。车站采光顶和幕墙设计，处处体现安全为主，美观为辅，为适应火车站安全特点，需要有别於其它公共建筑的特殊设计。（2）杜绝火车站采光顶和幕墙的事故重在提前预防。设计中充分考虑可能发生的各种危险事故，通过消除事故的发生因素来防止其发生。（3）万一发生事故，力求将车站内的生命和财产损失降低到最小。近年来的新火车站采光顶和幕墙工程实践,安全形势是好的。鉴于采光顶和和幕墙的面材直接影响车站安全，为了防微杜渐,本文对新火车站采光顶和幕墙的面材的安全选用作一些建议和探讨:(二)新火车站采光顶和幕墙可选用PTFE、ETFE膜材:2.1国内外新火车站和幕墙开始采用膜结构和PTFE、ETFE膜材:有如下案例:1)美国迈阿密采光顶采用ETFE膜材WestonWilliamson事务所设想了一座中心岛平台，两边是高架铁路的轨道，顶部是一座ETFE屋顶，能像Herzog&deMeuron公司在慕尼黑设计的安联（AllianzArena）体育场ETFE一样变换色彩。(见图15-1,图15-2)2)美国密歇根州底特律罗莎帕克斯交通中心。屋顶面积：4645平米，聚四氟乙烯（PTFE）膜结构屋顶，可以抵抗恶劣的天气；耐用，易于维护，价格低廉，独特。3）爱荷华州橙市阿纳海姆地区联合运输中心采用ETFE屋顶。这个交通运输中心将于2010年动工，2013年竣工。是一座宏伟、开放式的火车站，面积66000平方英尺，其中包含18000平方英尺的屋顶，屋顶设计得与众不同，是该地区的标志性建筑。屋顶拟选用ETFE膜，整个屋顶都将覆盖太阳能光电板，在ETFE“垫子”中加入光电装置来发电，同时还有太阳能热水系统来产生热水。争取达到美国绿色建筑协会LEED白金认证的标准。4）广州南站采光顶采用ETFE膜材从以上案例可看出,采用膜结构屋面和膜结构幕墙现代风格的新火车站，一扫古典风格繁冗、沉重、空间昏暗的弊端，带来一股清新简洁的风气。由于膜材有很多优良性能,所以国内外一些新火车站的采光顶和幕墙开始采用膜结构和膜材.本文对膜材作一些简介:2.2膜材的分类：用于幕墙和屋面的膜材有织物膜材和箔片膜材两大类。织物膜材：根据编织不同可分为平织、曲织；根据纤维材质可分为聚酯织物、玻璃织物；根据涂层可分为单边涂层、双边涂层。目前织物涂层膜材是主流材料。2.2.1织物膜材：织物膜材是一种具有高强度、柔韧性好的薄膜材料；是由织物基材（玻璃纤维、聚酯长丝）和涂层（PTEE、PVC）复合而成的涂层织物。具有轻质、柔韧、厚度小、重量轻、透光性好；对自然光有反射、吸收和透射能力；它不燃、难燃或阻燃；具有耐久、防火、气密良好等特性；表面景氟素处理（涂覆PVF、EFTF、PVDF）的膜材、自身不发粘、有很好的自洁性能。常用织物膜材包括:(1)PVC膜材：聚氯乙烯（PVC）涂层和聚酯纤维基层复合物(2)PTFE膜材：聚四氟乙烯（PTFE）涂层和玻璃纤维基层复合物。(3)加面层的PVC膜材：在PVC膜材表面涂覆聚偏氟乙烯或聚氟乙烯。力学性能：中等强度的PVC膜：其厚度仅0.61mm，但它的拉伸强度相当于钢材的一半。中等强度的PTFE膜：其厚度仅0.8mm，但它的拉伸强度已达到钢材的水平。膜材的弹性模量较低，这有利于膜材形成复杂的曲面造型。光学性能：膜材料可滤除大部分紫外线，防止内部物品褪色。其对自然光的透射率可达35%，透射光在结构内部产生均匀的漫射光，无阴影，无眩光，具有良好的显色性，夜晚在周围环境光和内部照明的共同作用下，膜结构表面发出自然柔和的光辉。声学性能：一般膜结构对于低于60Hz的低频几乎是透明的，对于有特殊吸音要求的结构可以采用具有FABRASORB装置的膜结构，这种组合比玻璃具有更强的吸音效果。防火性能：膜材料能满足对于防火的需求。保温性能：单层膜材料的保温性能优于玻璃。同其他材料的建筑一样，膜建筑内部也可以采用其他方式调节其内部温度。例如：内部加挂保温层，运用空调采暖设备等。自洁性能：PTFE膜材和经过特殊表面处理的PVC膜材具有很好的自洁性能，雨水会在其表面聚成水珠流下，使膜材表面得到自然清洗。2.2.2ETFE箔片膜材：ETFE是一種含氟高分子（fluoropolymer）熱塑型材料，中文名为乙烯-四氟乙烯共聚物。其化學結構如下：ETFE与PTFE和FEP相近的電氣特性與抗化學性，但加工性及機械性都有大幅改善，1）ETFE膜材的厚度通常小于0.20mm，是一种透明膜材(图12)，透光率可高达95%。不阻挡紫外线等光的透射，通过表面印刷，透明度可进一步降低到50%，ETFE膜材常做成气垫应用于膜结构中。作为一种充气后使用的材料，它可以通过控制充气量的多少，对遮光度和透光性进行调节，根据需要满足通风透气、自然采光的需求。在提供了良好的透光度的同时，也兼有保温隔热性能；设计优良其K值最高可达2.0W/m2K。耗能指数以一个三层印刷的膜为例可达到0.77。2）防火性能达到DIN4102B1标准，燃烧时不滴落。3）ETFE膜质量很轻，每平方米只有0.15-0.35公斤。这种膜材制成的屋面和墙体，质量轻，只有同等大小的玻璃质量的1％；成本合理，覆盖层加上结构的费用可能只有玻璃的2/34）ETFE對所有的化學品不反應；直接曝露於陽光、雨水或廢氣中沒有損耗或變形，長時間曝露於戶外特性並無改變。5）具有良好的声学性能，可有效消除回声避免了玻璃层顶产生的噪音；具有的自清洁功能，使灰尘不易附在其表面。可在现场预制成薄膜气泡，方便施工和维修；6）ETFE膜几乎不需日常保养。可对其由于机械损坏的屋顶进行简单检查（一年一次为宜），并根据需要就地维修。同时也可检查通风系统，更换过滤装置。ETFE膜完全为可再循环利用材料，可再次利用生产新的膜材料，或者分离杂质后生产其它ETFE产品。最早的ETFE工程已有20余年的历史，近年在建筑幕墙和屋顶较多采用ETFE膜材料替代传统的玻璃和其它采光面材,ETFE性能表規格單位ASTM測試方法C-55AC-55AXC-88AC-88AXC-88AXM比重D-7921.741.731.741.731.73熔點。C-265258267260260抗張強度MPaD-6385252484842伸長率%D-638382414415415433耐衝擊強度(Izod)J/mD256(Notched)無破損無破損無破損無破損無破損硬度(DurometerDScale)-D-7856767676767彎曲強度MPaD-790960930910890870介電常數(102-106)-D-1502.62.62.62.62.6線性熱膨脹係數10-5/。CD-6969.39.39.49.49.4收縮率（流動方向）%-1.81.81.81.81.8抗化學性--优良优良优良优良优良ETFE并不是一种完美无缺的材料。ETFE材料的典型用法是，将它们两层或三层做成气枕需要“半连续”（semi-continuous）的空气压力，以保持它们稳定，对“气枕”内部的压力进行监控。能“注入”空气，或从里面排出空气，使其进入更多的光线，或使其更阴暗。这意味ETFE“垫子”成了建筑物的一件有活力的“充气装置”。在某些装置中，这些控制程序是利用光传感器进行的。对于小规模的项目或住宅工程，建议不要使用ETFE材料。从声学的角度来看，ETFE“气枕系统被用于屋顶时，像一面鼓可能增大雨声。开发了几种消声技术，包括在ETFE“垫子”内安放聚碳酸脂片，但使用还不广泛。ETFE膜片国内目前还不能生产。(二)新火车站采光顶和幕墙采用阳光板。2.1阳光板是一种以聚碳酸酯为原料，采取挤出成型法制造的工程塑料板材，一种新型的工程材料，学名聚碳酸酯板（ＰｏｌｙｃａｒｂｏｎａｔｅＰａｎｅｌ），简称ＰＣ板。国内商品有阳光板、耐力板等名称。，它和玻璃有相似的透光性能。但耐冲击性能是玻璃的250倍，保温性能优于玻璃，能冷成型。PC板具有良好的透光性，超强的抗冲击性,优良保温性和加工性。是较理想的采光顶和建筑幕墙安全采光材料。国内外很多火车站屋顶采用（几种采光材料的部分性能的比较见表1），表1几种采光材料的部分性能的比较：性能单位阳光板PVC板有机玻璃玻璃钢玻璃密度g/cm31.21.3-1.51.21.4-1.62.5冲击强度5非常好差差一般很差连续使用温度℃120c90100240可见光透过率%8880828690透光性能三年很好差很好差非常好紫外线透射率%00402880燃烧性能难燃可燃可燃可燃不燃2.2国外很多火车站屋顶采用。近年来中国新火车站幕墙屋面也选用阳光板。1）国外某火车站阳光板屋顶2)上海火车南站覆有直径为２５５米的阳光板透明屋顶。圆形屋顶面积约5万八千平方米，采用双层阳光板。3)南京铁路新客站总建筑面积达4万平方米，总长270米，宽63米，由1400多块大型屋面板南北向拼接而成。屋面板外圈用的是铝锰镁合金板，中间是透明阳光板，2.3火车站采光顶幕墙选用阳光板建议注意问题1、有防水要求的采光顶应采用直立式U型板、梯形飞翼板，不宜采用平板。阳光板平板热膨胀系数较大，温度变化较大时会产生很大的变形，在应用过程中经常出现漏水现象，因此工程中不推荐采用。而直立式U型板、梯形飞翼板，采用结构化防水原理，在模具设计时将两侧直立收边，并采用具有双层结构倒钩的U型多层中空结构，与U型倒钩卡件相卡接，能较好地解决防水问题，可以推广使用。硅酮密封胶和聚碳酸酯板相容性较差，因此不宜作为主要防水方法。2）阳光板板的线性膨胀系数比较高大约是玻璃的7倍，在设计时候主语预留足够的伸缩缝。板材嵌入深度及预留缝：板材嵌入深度不小于20mm,予留缝C可按图22-2取值。3、目前阳光板板与大多数的密封胶不相容。因此在防水时需选用胶条或金属搭接防水。选用密封材料应考虑其是否与阳光板相容，宜有合格相容性试验报告。此外，材料的热膨胀和耐老化性能也要与阳光板相适应。密封胶条不允许使用天然橡胶条、PVC类、丙烯类、聚丙烯类材