第六節(jié) 建筑和設(shè)施用紡織品

第六節(jié)建筑和設(shè)施用紡織品

目前紡織品被廣泛地用于一些大型建筑設(shè)施的外殼。如用于運(yùn)動(dòng)場(chǎng)、機(jī)場(chǎng)、展覽廳、體育館、陳列廳以及倉(cāng)庫(kù)等。因?yàn)楹侠w具有強(qiáng)度高、疏水(拒水)性好、耐腐爛、防霉等特性，而這些性能正是供建筑和設(shè)施用材料必不可少的。

為了2006年世界杯足球賽，柏林奧林匹克體育場(chǎng)（德國(guó)）安裝了獨(dú)特的看臺(tái)頂棚，用了62000平方米新特性涂覆玻璃纖維織物。充氣大廳休閑帳篷

紡織品用于建筑結(jié)構(gòu)材料的優(yōu)點(diǎn)有：

1．紡織品材料重量輕，可節(jié)省支撐結(jié)構(gòu)和加強(qiáng)材料，降低造價(jià)。

2．紡織品結(jié)構(gòu)材料方便建造大跨度建筑。

3．紡織品材料和常規(guī)結(jié)構(gòu)材料相比，織物外殼層的建造時(shí)間可顯著縮短。

4．織物外殼輕巧，很容易取下移置別處。

5．織物不易裂開，由于其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，外殼磨損或受撞擊產(chǎn)生的損傷只限于較小部位，損傷處修復(fù)很方便，能較好地承受地震等嚴(yán)重破壞力。

6．紡織材料結(jié)構(gòu)，方便造形設(shè)計(jì)。

建筑業(yè)中常采用膜結(jié)構(gòu)材料。膜結(jié)構(gòu)有三種類型：薄膜、網(wǎng)材和織物。薄膜是未經(jīng)涂層和層合的薄片狀透明材料。如聚酯和聚乙烯薄膜，比紡織品價(jià)廉，但耐用性不如紡織品。網(wǎng)材為多孔性織物，網(wǎng)材用作擋風(fēng)和遮陽(yáng)等遮蔽物，但不能防雨。薄膜和網(wǎng)材不能用于充氣?？椢镆话阋煤铣刹牧贤繉踊?qū)雍?，以提高?qiáng)度和抗環(huán)境侵蝕能力。

一、建筑和設(shè)施用涂層織物用于建筑和設(shè)施的紡織品，常受到風(fēng)、雨、日光等自然條件的侵蝕，因此這類紡織品必須具有一定的承受張力能力，不易變形和伸長(zhǎng)，還應(yīng)具有防水、不透氣、擋風(fēng)、抗降解、耐磨損、抗機(jī)械損傷、一定的透過(guò)或反射光線能力。根據(jù)使用要求，可以通過(guò)對(duì)基布采用特殊的涂層處理，以滿足這些要求。

(一)基布基布通常由合成纖維制成，合成纖維材料重量較輕，強(qiáng)力較大，形成載體層為結(jié)構(gòu)材料提供必要的強(qiáng)度。

1．基布所使用的原料芳綸、碳纖維、高強(qiáng)聚酯纖維、聚四氟乙烯、玻璃纖維和錦綸纖維等均可用于基布材料，這些材料各有特點(diǎn)，目前使用最多的是聚酯纖維。芳綸、碳纖維、聚四氟乙烯纖維具有優(yōu)異的性能，但價(jià)格昂貴。錦綸用于膜結(jié)構(gòu)材料，它比聚酯纖維更耐用，但價(jià)格較高，且伸長(zhǎng)較大；玻纖織物經(jīng)受張力拉伸后不再伸長(zhǎng)，不會(huì)產(chǎn)生褶皺或鼓脹，玻纖織物能反射較高比率的日曬熱量，保持結(jié)構(gòu)內(nèi)部陰涼。

短纖紗和長(zhǎng)絲均可用于基布織物，短纖紗捻度選用不能太小，以提高承受拉伸負(fù)載的能力，并防止纖維間滑移，否則紗線會(huì)過(guò)早斷裂。長(zhǎng)絲強(qiáng)度和伸長(zhǎng)特性好，能承受較大拉伸負(fù)載。長(zhǎng)絲捻度小些，織造時(shí)會(huì)壓扁，使織物覆蓋系數(shù)增大。

2．基布的加工基布使用最多的是機(jī)織物，機(jī)織物堅(jiān)牢、穩(wěn)定性好，組織多以平紋、斜紋簡(jiǎn)單織物組織為主，基布也可以是針織、經(jīng)編、非織造布及縫編織物。供涂層的基布，一般布重為112~198g／㎡。高收縮長(zhǎng)絲織成基布在涂層前，一定要經(jīng)過(guò)熱定型，以免涂層時(shí)過(guò)度收縮。收縮率較小和中等收縮率的紗線織成的織物不需要進(jìn)行熱定型，用稀松織物生產(chǎn)層合織物時(shí)，基布一般不用煮練退漿，因?yàn)閷雍峡椢锟康氖菍悠g的相互粘結(jié)，而不是層片和織物之間的粘結(jié)。

3．基布的拼接因用于建筑和設(shè)施用紡織品面積較大。盡管寬幅機(jī)織物最寬可達(dá)5米，但根據(jù)結(jié)構(gòu)的形狀和大小，仍要對(duì)織物進(jìn)行裁切和拼接。拼接可以采用熱壓熔接，使風(fēng)和雨不能透過(guò)?？刹捎脤ｉT技術(shù)保證熔接良好。(二)涂層和層合涂層和層合的目的是為了使織物具有：防水性能，使基布免受陽(yáng)光和氣候影響而降解。涂層用聚合物：天然橡膠、丁苯橡膠、丁腈橡膠、氯丁橡膠、聚氯乙烯、聚四氟乙烯、聚氨酯、硅橡膠、聚氟乙烯和氟橡膠等。最常用的是聚氯乙烯和聚四氟乙烯，或具有阻燃性能的硅涂層材料。

玻纖織物常涂聚四氟乙烯材料以提高耐用性，并使其具有阻燃性。聚氯乙烯（PVC）涂層布經(jīng)聚氨酯表面處理使之具有“自清潔”功能和保護(hù)性能。層合常選用乙烯基薄膜，并把其復(fù)在聚酯或錦綸機(jī)織或針織網(wǎng)狀織物上，如聚酯織物可以用PVC涂層也可用PVC膜層合。

用于建筑和設(shè)施用涂層織物，為提高其使用壽命，常采用具有阻斷紫外線功能的涂層材料，在涂層時(shí)要把整個(gè)織物的所有組織交叉點(diǎn)都覆蓋住，涂層產(chǎn)品根據(jù)使用情況來(lái)選擇涂層劑及涂層厚度。為提高涂層產(chǎn)品的尺寸穩(wěn)定性，可在涂層前或涂層時(shí)把聚酯織物進(jìn)行預(yù)拉伸，使織物經(jīng)緯方向紗線張力特性一致。

涂層織物的特點(diǎn)是：一般比同類層合織物價(jià)格要貴一些，但其抗拉強(qiáng)度較高，耐彎曲性能較好，耐磨損性能較優(yōu)，使用壽命較長(zhǎng)。層合的特點(diǎn)是：造價(jià)便宜，具有良好的抗撕裂性能，但是在受反復(fù)彎曲和風(fēng)力勁吹的情況下容易產(chǎn)生分層現(xiàn)象。(三)建筑和設(shè)施用涂層織物的性能

1．性能要求：抗拉強(qiáng)度大、伸長(zhǎng)合適、熔點(diǎn)高、防水、韌度高、抗腐爛、防霉、耐氣候、抗老化、干濕狀態(tài)尺寸穩(wěn)定性好；抗紫外輻射、耐高低溫、阻燃、耐磨損和抗撕裂、重量輕、撓曲性好。同時(shí)要盡量降低成本。

2．建筑用涂層織物最重要的性能指標(biāo)是剩余強(qiáng)度。經(jīng)實(shí)驗(yàn)證明，聚酯和尼龍66織物涂PVC產(chǎn)品經(jīng)受載荷5年后作的拉伸試驗(yàn)，強(qiáng)力約損失10％；，用涂PVC聚酯織物充氣結(jié)構(gòu)材料經(jīng)8年后其拉伸結(jié)果，強(qiáng)力也是損失10%，而撕裂強(qiáng)度則損失更大。這是因?yàn)槭褂眠^(guò)程中織物發(fā)脆所致。涂聚四氟乙烯玻纖織物和涂PVC聚酯織物各項(xiàng)性能比較二、涂層織物在建筑結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用

在建筑和設(shè)施中用得最廣泛的紡織品材料是涂PVC的聚酯織物，涂聚四氟乙烯的玻璃纖維織物和經(jīng)硅材料涂層的玻璃纖維織物。

膜結(jié)構(gòu)可分為如下的四類：

(一)帳篷最早使用帳篷的是牧民、后來(lái)帳篷廣泛用于探險(xiǎn)、軍事、野營(yíng)旅游等，現(xiàn)在用于商貿(mào)、展覽、休閑消遣等方面。

(二)牽拉結(jié)構(gòu)所謂的牽拉結(jié)構(gòu)篷面建筑，是指必須用金屬支架、牽拉纜繩、木質(zhì)或金屬框架來(lái)支撐織物。這種結(jié)構(gòu)需要一個(gè)相對(duì)較小、但很結(jié)實(shí)的支撐系統(tǒng)，因?yàn)榭椢锍惺苤^大部分負(fù)荷?？椢锟嚨镁o緊的，因此必須具有高強(qiáng)度。牽拉結(jié)構(gòu)是曲線形的，因此篷面織物應(yīng)該具有或制成彎曲形狀來(lái)承受負(fù)荷。雖然牽拉型結(jié)構(gòu)可以設(shè)計(jì)成各種形態(tài)，但基礎(chǔ)建筑單元形狀一般都是雙曲拋物面和雙曲面。篷面織物做成相對(duì)于某一交叉點(diǎn)呈曲率相反的雙向彎曲，交叉拱截面為拋物線。篷面錨固的方式主要有兩種：插塞或夾住。

圖4—11牽拉結(jié)構(gòu)示意圖

(三)凈跨度結(jié)構(gòu)凈跨度結(jié)構(gòu)也可稱為凈跨度帳篷，使篷面下面有一個(gè)寬敞的空間，沒(méi)有支桿和其它支撐器材。多采用涂PVC聚酯織物材料，由框架拱梁上的凹槽使之繃緊，即不用支桿、撐柱等。制作良好的凈跨度篷面建筑很穩(wěn)固，它比一般的帳篷使用壽命長(zhǎng)，但比不上充氣式和牽拉結(jié)構(gòu)。和一般帳篷相比，更容易設(shè)置門戶、地板、隔熱層、電力設(shè)施和采暖、通風(fēng)、空調(diào)等裝置。(四)充氣結(jié)構(gòu)充氣結(jié)構(gòu)的建造方法有兩類：

(1)篷面下的氣壓使篷面保持鼓脹狀態(tài)，構(gòu)成所要求的造型和穩(wěn)定性。充氣系統(tǒng)的主要構(gòu)成有篷面織物、鼓脹系統(tǒng)(風(fēng)扇)、錨固系統(tǒng)(纜繩和基礎(chǔ))以及門戶和通道設(shè)施。涂PVC的聚酯織物是常用的材料。加壓充氣結(jié)構(gòu)是模塊式建筑物，幾乎可以設(shè)計(jì)制成任何曲面形狀。

(2)空氣鼓脹肋柱或空氣梁用來(lái)支撐這種結(jié)構(gòu)?？諝饬菏菈嚎s空氣鼓脹起來(lái)的管狀支撐體。

世界上具有代表性的織物建筑設(shè)施有亞特蘭大喬治亞圓頂(纜繩支撐)、加里福尼亞的小公牛百貨商店、印第安納玻里斯充氣結(jié)構(gòu)圓頂。對(duì)需要大跨度的場(chǎng)所如體育場(chǎng)頂篷和機(jī)場(chǎng)候機(jī)室等，牽拉結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)更受歡迎。例如沙特阿拉伯吉達(dá)國(guó)際機(jī)場(chǎng)哈吉候機(jī)室建筑，它是世界上最大的牽拉結(jié)構(gòu)篷面建筑，使用涂聚四氟乙烯的玻璃纖維織物材料制成?？椢锩娣e超過(guò)50萬(wàn)平方米。最新的牽拉結(jié)構(gòu)篷面建筑是丹佛新國(guó)際機(jī)場(chǎng)候機(jī)室，它用雙層涂特氟隆玻纖織物篷面作頂。篷面設(shè)計(jì)成可透過(guò)光線，使整個(gè)場(chǎng)所都有足夠的光照，頂篷由鋼制栓柱和纜繩吊住，面積為2萬(wàn)平方米。(五)涂層織物設(shè)計(jì)建筑用織物上的三種主要應(yīng)力是：作用于繃緊織物上的負(fù)載產(chǎn)生的拉伸應(yīng)力；懸掛織物的自身重量；風(fēng)、雨、雪等自然力產(chǎn)生的應(yīng)力。膜結(jié)構(gòu)建筑可用于短期使用結(jié)構(gòu)和長(zhǎng)期使用結(jié)構(gòu)，短期或暫時(shí)使用的結(jié)構(gòu)通?？捎矛F(xiàn)成的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格織物。對(duì)長(zhǎng)期和永久性的使用場(chǎng)合，首先要考慮使用條件和環(huán)境，結(jié)構(gòu)的尺寸大小、使用期限、使用目的、活動(dòng)的還是錨固于堅(jiān)牢的結(jié)構(gòu)上、成本、消防要求、負(fù)荷等，然后根據(jù)使用條件，選用織物原料、織物加工方法、涂層物質(zhì)（或?qū)雍衔铮?、涂層方法等?/p>

例如，重量較輕的聚酯織物(203～271g／㎡)可用作隔聲和隔熱襯。防水阻燃涂層帆布可用于防御寒冷的設(shè)施，織物起到保溫作用，可在最低溫度為零下40℃地區(qū)整個(gè)冬季連續(xù)使用。較重的聚酯織物材料(680～880g／㎡)用于露天長(zhǎng)期使用。玻璃纖維基布是體育場(chǎng)頂篷(包括充氣式和纜繩支撐式兩類)和其它永久性建筑的首選材料。三、遮陽(yáng)篷和雨篷用織物材料制成的遮陽(yáng)篷和雨篷是遮蔽結(jié)構(gòu)設(shè)施中最普通的型式。遮陽(yáng)篷廣泛用于商貿(mào)和家居建筑物，其主要作用是遮陽(yáng)，還可以起標(biāo)志和裝飾作用。遮陽(yáng)篷由支架和織物覆蓋層組成。遮雨篷的構(gòu)成同遮陽(yáng)篷一樣，在大多數(shù)使用情況下，織物覆蓋物同時(shí)發(fā)揮遮雨和遮陽(yáng)作用。

遮陽(yáng)篷和遮雨篷織物的性能要求主要與其使用場(chǎng)合有關(guān)，無(wú)論那一種使用情況除了要具有建筑和設(shè)施用紡織品應(yīng)具有的性能之外，還要考慮的性能因素有：防火、防霉和抗紫外輻射、透明度、清潔性、織物重量等。用于一般家居的遮陽(yáng)篷和遮雨篷，除了其裝飾作用外，更主要的是其功能性，如遮陽(yáng)防雨的有效性，耐氣候性等。例如用于沙特阿拉伯麥地那穆罕默德清真寺的傘篷，其傘面織物是用高強(qiáng)聚四氟乙烯纖維制成，耐彎曲疲勞壽命長(zhǎng)，并能抗紫外線輻射。四、纖維增強(qiáng)混凝土和纖維增強(qiáng)水泥材料

在土木工程中，經(jīng)常使用到水泥，當(dāng)以水泥為基體時(shí)，受到拉伸應(yīng)力或沖擊負(fù)荷時(shí)會(huì)產(chǎn)生脆性斷裂。為改善其機(jī)械性能和減少混凝土的破碎，可在基體中滲入少量紡織纖維，來(lái)增強(qiáng)基體的韌度或拉伸性能，用纖維增強(qiáng)的混凝土和水泥其應(yīng)用領(lǐng)域有：路面、裝飾覆面、木材代用品、薄殼屋頂、防裂加筋混凝土罐的內(nèi)防水加固、耐久性模板、盛水罐、游泳池、谷物倉(cāng)等。

當(dāng)以纖維為增加材料與水泥基體材料在一起使用時(shí)，纖維的斷裂伸長(zhǎng)和水泥顆粒的大小，將會(huì)影響到二者作用效果。紡織纖維的斷裂伸長(zhǎng)比基體損壞時(shí)的應(yīng)變量要大二至三個(gè)數(shù)量級(jí)。因此在達(dá)到纖維斷裂強(qiáng)度之前基體早已碎裂。如果纖維含量不大，纖維的彈性模量比水泥基體小，復(fù)合材料的模量和基體的模量不會(huì)相差很大。

用于增強(qiáng)混凝土和增強(qiáng)水泥的纖維材料主要分為兩類：

(1)模量比水泥基體小的纖維這類纖維有纖維素纖維、尼龍和聚丙烯。如果用這類纖維來(lái)支撐使復(fù)合材料破裂的永久性高應(yīng)力，那么隨著時(shí)間的推移，會(huì)產(chǎn)生相當(dāng)大的伸長(zhǎng)或撓曲。因此這類纖維一般用在基體不會(huì)發(fā)生