大跨度气膜建筑是利用气膜结构为主体的建筑系统。气膜结构作为大跨度无支架建筑结构的一种, 采用高强度、耐老化柔性薄膜材料, 利用膜内外空气压力差支撑膜体来覆盖大跨度空间。其原理是将膜材密封, 固定在地面基础结构上, 利用供风系统让膜内外气压差达到一定值, 在气压差达到一定值后, 膜体就具有足以抵抗外力的张力。由于利用气压作为支撑, 无需任何梁、柱, 所以可以得到更大的净空间。经过60多年的发展, 大跨度气膜建筑已形成了一套完整的理论体系和技术标准。

虽然气膜建筑结构从产生到现在已经经历了60多年的发展, 但该类型结构进入我国并投入实际使用也就是近几年的事情, 目前气膜建筑在我国主要集中百富策略白菜网在体育场馆、煤矿仓储等领域。气膜建筑与砖混结构、钢架结构等传统建筑相比具有以下优势:

轻型建筑空间跨度更大由于膜材自重极轻, 每平方米自重3kg以下, 利用膜内外气压差支撑, 不需要内部梁、柱, 能轻松实现100m以上跨度的净空空间, 这是传统建筑结构所无法做到的。由于膜建筑结构特殊的结构原理, 导致在风载作用下, 主要受力作用为上扬力。即使在建筑物屋顶进行安装也不会增加屋顶的建筑载荷。

建筑灵活性更高膜体安装简单快捷, 可以作为临时或季节性建筑。气膜建筑结构基础处理简单, 拆装方便, 容易形成季节性建筑。解决露天场地因为雨、雪、冷、晒等天气因素造成无法使用的问题。

施工过程更环保在膜体制作和施工过程中均没有建筑垃圾输出, 现场无噪声, 无环境污染。

通风效果优异通风系统沿用了科学的地面通风设计, 采用置换通风原理, 通风效能系数大大高于普通通风。在改善室内空气质量的同时, 向内部提供超静气流。完整的气膜建筑系统将建筑充气、室内通风及空调进行一体化设计, 不需要另设内部管道, 不仅有效节约能源, 还可以根据建筑内的用途设定通风次数, 每小时8～26次的通风次数保证膜内空气的绝对新鲜度。

安全性突出气膜结构通常内外气压差为250～350Pa, 约0.0025～0.0035个大气压 (相当于正常建筑1层与9层或12层的气压差) 。气膜建筑是采用内外气压差支撑的新型建筑结构, 在安全范围内, 气膜内部空间的气压越大, 能够抵御的风荷载、雪荷载的能力也越高, 气膜建筑产生形变的可能性就越小, 越安全。

由斜向网状钢缆系统与膜材构成的气膜主体结构, 可以抵御250kg/m2的雪荷载和32m/秒 (12级以上台风) 。气膜建筑为柔性建筑, 对高烈度地震有与生俱来的抵抗能力。采用中等强度的膜材, 其抗拉强度极高, 且损坏的膜材很容易修补。

供风系统机电设备“一用一备”, 功能齐备, 在最恶劣的情况下也能保证建筑的正常运转。如果气膜建筑因不可抗拒因素发生意外导致缓慢坍塌, 则气膜屋面下降到距地面2m所需的时间不会少于30分钟, 可保证足够逃生时间。

智能化建筑由PC自动维护系统控制气膜建筑正常运行各项指标。中央控制系统根据外界风、雪环境变化自动调节建筑内部压力。人性化设计, 新风、温度、湿度等根据内部使用变化进行调节。

透光性好采用美国技术生产的透明夹网膜材与几乎不透明的PVC夹网膜材相结合, 根据使用的目的调节透明材料的使用面积与部位, 使膜结构具有良好的透光性和热吸收性, 较大程度地保证了阳光进入气膜建筑内部, 满足了作物光合作用的需要。

气膜建筑经济性传统结构建筑, 随着跨度的增加, 单位面积建造成本会呈几何倍数增加。气膜建筑恰好相反, 随着跨度的增大, 单位面积建造费用呈下降趋势。超过30m跨度时, 气膜建筑的建设成本可以比传统建筑降低50%以上。气膜建筑的空调和采暖能耗大大低于传统建筑。30多年跟踪记录, 全球超过1000个成功案例显示, 气膜建筑空调和采暖所需的能耗仅为传统建筑的10%～30%。气膜建筑后期基本不需要维护, 为持续性高水准、低成本经营提供保障。

气膜建筑舒适性在传统建筑中, 建筑内部的气压、湿度、新风量等因素不可人为控制。气膜建筑系统的内部空间中, 气压、温度、湿度、新风量、照度等可按需控制, 提供舒适宜人的室内环境。有效利用膜材对光的高反射率为建筑内部提供均匀、无晃眼的照明效果。

气膜结构在新疆使用的防雪抗风性能气膜结构的弧形圆顶设计使积雪在顶部不能累计过多, 积雪会从两侧滑下。在最顶部的少量积雪会在阳光下或内部加温的融化作用下, 缓缓滑下或融化。膜结构平方米负载在300Pa内外气压差时达到30kg左右, 一般厚0.3m的积雪重量约15～30kg, 所以即便顶部有一次性厚0.3m积雪也不会影响充气膜结构的使用。比厚30cm的积雪, 即暴雪则需要人员登顶撒施融雪剂, 快速融雪。

在12级大风时, 大风产生的风压为650～920Pa, 在内外气压差350Pa的状态下, 膜结构由于是柔性结构, 会产生整体晃动, 在晃动中消解风能, 不会产生破坏作用。

面积:长度100m×跨度19m=1900m2;使用60丝左右厚度特制透明膜, 透明材料为PVC材料, 透光率为90%～92%, 撕裂强度为300kg上下;使用期15年以上。

大门、风机房附近、北墙部位高度8m以下为不透明PVC膜材, 60丝左右厚度, 撕裂强度为500kg左右。使用期15年以上。

顶部高度设计为8～9m。膜材连接为热合和金属板压接。外膜顶部用PVC钢索固定, 采用犰狳网结构, 金属卡扣连接。风压设计为300Pa。棚内换风量为每小时6～8次。功率负载10hw。

配置加湿 (加温) 配置, 加热使用专用电机鼓风, 生物原料 (作物秸秆) 为热源。生物质炉加热燃烧的烟气使用专门的烟气回收装置制作液体肥料。纯化后的二氧化碳作为气肥使用。

装配二层充气膜独立系统, 使用犰狳结构为支撑架 (木材加钢索) 。犰狳结构是建筑中采用的常规技术, 如澳大利亚标志性建筑贝壳状结构歌剧院就是典型。利用一块块特制木方打眼连接10#钢索, 可迅速形成与温室结构匹配的拱形犰狳结构拱杆, 拱杆单根负载力量30kg以上, 完全可以负载二层膜结构。

加装空间电场系统, 减少空气中病害传播。空间电场技术是物理农业技术核心, 通过在温室空间形成的电场, 极化水汽颗粒、灰尘、微生物、气溶胶物质等, 使这些颗粒物质迅速极化并向两级移动, 即清洁了空气, 也防止了病害传播, 刺激了作物生长。冬季在新疆伊犁气候条件下温度保证15℃以上。

面积以跨度40m、长度120m为宜, 高度设定16～17m, 以此跨度和高度在冬季可很好的滑掉顶部积雪。

使用优质PVC不透光膜材和透光膜材, 内外极限气压差350～400Pa, 在大风天气可抗12级大风, 顶部可以承受积雪30～40cm。冬季大雪来不及滑落时可人工通过专门通道登顶撒盐化雪。

外部使用PVC钢索菱形成网固定, 使用专用卡扣连接。

充气温室内配备空间电场装置、移动紫外灯杀菌装置、等离子发生器、环流风机等设备;温室外膜外面连接生物质炉、大型换风风机等, 确保最大每小时8～12次换风次数和4～8m/秒微风流动。以上设备确保了充气温室内作物的基本生长条件。

充气温室内配备二层膜结构, 最冷时配置三层膜结构, 这是笔者所在公司独特的专利技术, 确保最内层温度、湿度适合作物生长, 没有滴露现象。外膜透光率90%左右, 内膜均为90%～92%, 确保三层膜同时使用时整体透光率在65%～70%。二层、三层膜均有专用临时支架支撑, 方便拆卸。

二层或三层膜材设计加生物质炉配备, 可以确保冬季室外-30℃时, 里层温度为12℃以上。夜间相对湿度为50%～60%, 没有雾滴。

冬季垂钓是北方比较盈利的项目, 使用大跨度无支架的充气膜结构可以方便、舒适地进行冬季垂钓。冬季垂钓充气膜结构进行冬季垂钓时, 修建在中部的垂钓廊道, 使垂钓者在棚的最中部垂钓, 方便起杆。

冬季垂钓棚四周设计数米高专门的保温贴层, 使冬季寒气不能侵入棚内, 棚内热量不易散出。冬季垂钓和餐饮充气棚都不需要强光透入棚内, 使用专门膜材控制透光面积和透光率, 可达到即接受外部光照又不影响人在棚内的舒适度的效果。根据需要配置充气棚内的加温设备和除湿设备, 空间电场设备, 确保棚内空气清新怡人。