CN100419196C - 建筑用织物 - Google Patents

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Abstract

本发明要求保护一种建筑用织物，其中张紧部件是条带。这些条带包括张紧部件和聚合物基体。基体优选是热塑性型式的，并优选化学粘附到用于隔膜的聚合物上。然而，并不排除条带到隔膜上的机械紧固或者化学和机械紧固的结合方式。优点在于这种条带具有更好的耐天气影响特征、提供了更好的强度重量比并具有与隔膜更大的接触表面。

Description

建筑用织物
技术领域
本发明涉及一种建筑用织物，其用于保护大的建筑物基础结构并且将其与气候条件隔离。更具体地说，其涉及一种张紧的织物结构，如气体支承结构、悬浮结构和无一定尺寸限制的结构。
背景技术
众所周知，张紧的建筑用织物结构(其可以是气体支承、悬浮结构和无一定尺寸限制的结构)可用作屋顶结构的建筑构件.这些结构包括片材形的柔性材料，其可连接到细长张紧部件的格栅上，其中，这些结构主要用于覆盖大的表面，而不必需要许多中间支撑柱(如体育场).片材形的柔性材料主要为加固的金属薄片或者帆布形式，以下称作隔膜.这些结构的共有特征是在隔膜上仅产生张力，并因此总是将其保持绷紧.通过张紧部件将这些张力朝向悬浮、连接或锚固点引导.张力能够来源于重力，如在悬浮结构的情况下，或者可来源于保持在建筑物基础结构内的过压，如在气体支承结构的情况下.张紧部件的下面的格栅图案的设计由要覆盖的区域形式来确定.例如普遍为大地(geodesic)图案型式，该图案型式因其良好的应力分布性能而特别受欢迎.在美国专利US3744191中可以得到这种图案型式的一个示例.除了大地结构之外，存在其他特别图案，以覆盖特殊地面，如美国专利US3835599中所述的用于矩形基础区域或者如美国专利US5343658中所述的用于三角形基础区域的特别图案.
对张紧部件的要求列举如下：
要求1：张紧部件必须足够坚固，以保持负载，该负载不仅由片材形的柔性材料施加，而且由能够落在屋顶上的任何物体的重量施加，如雪、雨水等；
要求2：张紧部件必须足够轻，以便不增加附加的重量，该附加重量可给张紧部件再次增加负载；
要求3：张紧部件应该具有足够的柔性，以便容许其沿着隔膜结构的形状；
要求4：张紧部件应该在负载或者在所有可能的气候条件下保持其长度；
要求5：张紧部件必须易于连接到隔膜上。
要求6：张紧部件应该在恶劣气候条件下超时释放其特性.
钢丝绳特别有利地用于实现这些结构：其具有合理的强度(要求1)，相对于其强度来说，其重量较轻(要求2)，其具有足够的柔性(要求3)，且长时间运作，也不会变得细长或者发生蠕变(要求4).然而，由于其为圆形，其不易于连接到隔膜上(要求5).多数使用情况为在隔膜顶部缝合的织物带，从而形成套筒，钢丝绳被引导穿过该套筒.通过向后折叠并再次缝合形成用于边缘钢丝绳的套筒，可以在隔膜的边缘处采用相同的工作方式.由于有风存在，绳索趋于摩擦隔膜.随着时间流逝，钢丝绳甚至能够切割穿过隔膜，因此降低了建筑用织物的使用寿命.
而且，钢丝绳也易于腐蚀，这与要求5相反.特别是在潮湿和湿润气候下(通过封闭套筒可能会改善这种情况)，甚至镀锌的绳索也易于生锈.
发明内容
本发明人找到一种消除现有技术中的缺点的方法.更具体地说，其发明了一种建筑用织物，其张紧部件更坚固、柔性更高、不会过度伸长、易于应用到接触表面大的隔膜上并且在长时间使用中经受住天气的影响.
所设想的建筑用织物用于覆盖建筑基础结构.例如，其可用作屋顶的构件.或者其可用作建筑用织物，以将侧壁与环境影响隔离开.建筑用织物同样可很好地用作悬浮或者气体支承结构.气体支承结构能够由整个建筑物内的过压来支撑或者通过形成充气袋来支撑，格栅形成为气袋的边界。
建筑用织物包括隔膜和格栅。隔膜包括基础织物(机织物或无纺布，采用组合词“基础织物”，以便与称作“建筑用织物”的整个发明区别开来)。基础织物可由自然纤维或者人造纤维制成.人造纤维如玻璃纤维、聚酰胺、芳族聚酰胺(芳族聚酸胺纤维)、高性能聚乙烯、聚酯、碳化纤维等具有优选的强度、耐天气条件影响性以及持久性。在采用机织物的情况下，采用的织法是任何适用于这种应用的织法，如平纹、罗纹、斜纹、全景纺织(panorama)、缎纹织法等.隔膜还可作进一步处理，以使得其不可透过水.例如，可将其层压或者将其浸透以下一组聚合物中的任一种，如聚氯乙烯(PVC)或者聚酰亚胺或者聚氨酯(PUR)或者高密度聚乙烯(HDPE)或者硅氧烷或者聚四氟乙烯(PTFE)或者氟化乙烯丙烯(FEP)或者全氯烷氧基(PFA)或者乙烯基四氟乙烯(ETFE)或者任何其他聚合物，所述聚合物适于给隔膜提供所需的性能。
在不需要水不可透过的情况下，例如，在仅仅需要遮挡的情况下，不必需要浸透性.
隔膜也可仅仅只由挤出聚合物箔片组成，而不需要支撑基础织物.可以使用适用于这个目的的任何聚合物.非穷举的示例是PVC箔片或者ETFE.ETFE优选用于例如温室、游泳馆或者动物园，这是因为其具有良好的半透明度(多于95％的阳光可以透过)、UV稳定性、与低的静负荷结合的强度和耐酸液度或耐碱液度.
可以使用多于一个隔膜.例如，在建筑用织物是气袋型式时，至少需要两个隔膜，在其间维持超压力.甚至可以使用三个隔膜，如美国专利US4024679中所披露的.
为了在超大的跨度上支撑建筑用织物，需要采用张紧部件.这些张紧部件按照一定的图案设置，该图案由要覆盖的区域形状确定，设想隔膜的强度和伸展、隔膜的每平方面积上的重量、张紧部件的强度和伸长度、张紧部件单位长度的重量、用于气体支承结构中支撑建筑用织物的支柱和/或梁的位置或者锚固点的位置.因此按照这个预计算的图案设置的张紧部件形成了格栅.
根据本发明，张紧部件设置成条带形，所述条带具有一定的高度和宽度，所述高度小于宽度的一半。这个条带的横截面因此显示出这样一个方面，即，其比圆形如缆绳更便于连接到隔膜上.其横截面本身可以是具有宽度和高度的任何形状，即，可由矩形族所限定的任何形状，最终的宽度和高度为横截面积最小的矩形的高度和宽度。
条带的特征在于，其包括至少一个细长的强度部件.然而，根据本发明，更优选采用两个或多个细长的强度部件.优选地，这些强度部件相互平行设置.甚至更优选为五个或更多个相互平行设置的细长强度部件。这些细长的强度部件可具有圆形的横截面，尽管这不是本发明的先决条件：扁圆的横截面也同样适用.
一个或多个加强部件嵌入聚合物基体中.基体型式必须按照隔膜功能和/或应用功能来选择.更优选地是热塑性聚合物，如易于挤出的PUR、PVC、聚乙烯-对苯二酸盐(tereftalate)(PET).也优选采用含氟聚合物如ETFE，尽管这些难以挤出.更优选的是，用于隔膜的浸透或者层压的聚合物，或者组成隔膜的箔片可与条带的聚合物相容.相容意味着可能进行简单地胶粘或者焊接。基体优选完全包围一个或多个细长的强度部件，以便将其与大气环境密封隔开.强度部件必须粘附到聚合物基体上，以便形成复合结构.所述粘附可基于基体内的张紧部件的机械锚固或者基于张紧部件的表面和基体之间的化学粘结而形成.根据本发明，细长的加强部件可由钢制成，即，钢丝绳.钢丝绳可以是多股的，即，单根钢丝的组合件，或者其可以为绳索，即多股绳的组合件.多种可能型式的非穷举的概述在2000年1月出版的Bekaert Steelcord catalogue(从27到34页)中示出.用于本发明的钢优选具有普通碳钢成分.这种钢通常包括最小为0.4wt％C的碳含量，或者至少为0.70wt％C，但是最优选含碳量为至少0.80wt％C，最大为1.1wt％C，锰含量为0.10到0.90wt％Mn的范围内，硫和磷含量各优选保持在0.03wt％以下；也可加入附加的微量合金元素如铬(达到0.2到0.4wt％)、硼、钴、镍、钒(非穷举性列举).
通常用于张紧部件的金属丝将具有高的抗张强度，以便提高张紧部件的强度重量比(strength over weight ratio)。通常，钢丝的抗张强度为多于2650N/mm2，或者更优选高于3000N/mm2，或者甚至更优选高于4000N/mm2，后者是现有技术中现在所获得的最高的最小抗张强度。
按照惯例，涂层可以是本领域中任何型式的金属涂层，如裸层、磷酸盐化涂层、电镀涂层(电解或热浸镀)或者镀铜涂层(电解).由于非金属底涂层可促进张紧部件和聚合物基体间的粘结，优选在金属表面顶部采用非金属底涂层，所述非金属底涂层选自由有机功能硅烷、有机功能钛酸盐和有机功能锆酸盐组成的组中.
根据本发明，细长的强度部件可由合成高强度纤维制成.这种纤维的示例是芳族聚酰胺种类或者芳族聚酸胺纤维，其在现有技术中是已知的，即，其为制造纤维，其中，纤维形成材料是长链合成聚酰胺，至少85％的酰胺键-NH-CO-直接连接到两个芳族环上.已知各种商标名称，如Kevlar
Figure C20048002692100081
、Twaron
Figure C20048002692100082
、Nomex
Figure C20048002692100083
，仅仅列举出一些.其他合成高强度纤维基于定向的聚乙烯，有时称作高性能聚乙烯，已知名称为Dyneema SK60.合成的高强度纤维纺织在一起，形成丝状物，将丝状物拧在一起，从而形成绳索.绳索自身必须再次处理，以便能够粘附到聚合物基体上.
与矩形钢丝绳相比，由于条带容许与隔膜有大的相互作用表面，其分散了负载，并防止一个或多个加强部件与隔膜之间有过高的接触压力.另外，省去了在隔膜上制成引导绳索的套筒的详细方法.
根据本发明，可借助于胶水将条带连接到隔膜上.采用粘结方式意味着可以采用任何方式的固定方法，其中，化学中间体可用于将第一本体刚性地连接到第二本体上.可利用热熔粘合剂来完成所述粘结，其中，热熔粘合剂优选由与隔膜和基体聚合物的同族材料制成.或者，利用室温粘接系统来进行所述粘结，如基于聚二甲基硅氧烷(polydimethsiloxane)(硅氧烷)、甲基丙烯酸酯或者氰基丙烯酸酯的粘接系统，这并非穷举.对于所有系统来说，必须采用适当的预处理，以便获得良好的粘性.特别困难地是ETFE(已知其表面反应性极低)的粘结，这儿优选采用等离子体处理，以增加表面亲和力。也可通过双面带系统来进行所述粘结。在隔膜聚合物与张紧部件基体聚合物不是相同型式时，这是特别有用的：双面胶的一边适于胶接到隔膜上，而另一边优选胶接到张紧部件的聚合物上。
根据本发明，用于将条带连接到隔膜上的另一个方式是采用焊接方法。利用高频焊接法或者高压焊接法来进行所述焊接.对两种焊接方式来说，隔膜上的聚合物和张紧部件的热塑性是至关重要的.更优选的是，此处两种聚合物至少是同族聚合物.基体材料可能混合，以使张紧部件易于焊接到隔膜上。
根据本发明，用于将条带连接到隔膜上的另一个方式是机械紧固.此处可采取多种可能的方式，如将条带(非穷举性列举)钉、缝纫、缝合、螺栓连接或铆接到隔膜上.为了保护机械紧固，采用相对条带(counter strip)，以防止隔膜撕裂.
由于建筑用织物的条带跨越整个结构，其可方便地用于在气袋结构中分布加压空气.一个或多个细长的强度部件然后可用空气管置换.在规则的间隔内，可以预见分布孔，以便向气袋供给空气.在这种带有集成空气通路的条带安装到隔膜内部时，其也可用于分布基础结构中的新鲜空气.同样地，也在与强度部件结合的条带内挤出一连串小而轻的泡.当然，然后使用的聚合物基体必须是透明的.
本发明公开了一种在用于覆盖基础结构的建筑用织物中的条带的使用，所述织物包括格栅和至少一个隔膜，所述格栅用于承载所述至少一个隔膜，所述格栅具有适于覆盖所述基础结构的样式，所述格栅包括具有高度和宽度的横截面的条带，所述高度小于所述宽度的一半，以易于将所述条带固定到所述隔膜上，所述条带包括至少一个细长的强度部件和一个聚合物基体，所述聚合物基体粘附到所述至少一个细长的强度部件上，其中，所述条带的宽度平行于重力方向安装，从而提高建筑用织物在垂直方向上的刚度，同时保持水平方向上的柔性.
附图说明
现将参考附图更详细地叙述本发明，其中：
图1示出依照本发明的悬浮建筑用织物。
图2示出依照第一优选实施例的建筑用织物的张紧部件的截面图.
图3示出依照第二实施例的建筑用织物的张紧部件的横截面图。
图4示出依照第三实施例的建筑用织物的张紧部件的横截面图.
图5示出依照第四实施例的建筑用织物的张紧部件的横截面图。
具体实施方式
图1示出依照本发明的悬浮型式的建筑用织物。建筑用织物100包括一个隔膜113和一个张紧部件112.在交叉点，借助于连接器111，张紧部件可转动地相互连接。
图2示出依照本发明的建筑用织物200的横截面图，其具有一个隔膜213.张紧部件208包括嵌入聚合物基体210内的钢丝绳211.由于高度H远小于宽度W的一半，张紧部件因此形成了绳.双面自粘带212用于将条带紧密地粘结到隔膜上.
已经用挤出方法生产出这种条带，且这种条带具有以下特性：
表1
  绳索数   10
  绳索型式和直径   7×19/3.2
  涂层型式   热浸式电镀
  条带的宽度×高度   38mm×5mm
基体   聚氨酯Desmopan8603
条带的断裂负载(重复测量)   100406N103171N
  每米长度上的质量   500g/m
为了比较：拉动104KN的标准钢丝绳9×21F-IWRC(绳级：1570N/mm2)将具有13mm的直径，每米的质量为723g/m(用于DRAKO300T的Pfeifer Drako数据片材，用于牵引驱动升降机的9股钢芯绳索).
作为双面自粘带212，采用TESA nr.05686-00018.
图3是示出本发明的第二个优选实施例。其可用于气袋型式的建筑用织物。此处采用两面宽度都是W的绳索来保持两个隔膜312和314。张紧部件包括嵌入基体310内的五个绳索311。横截面为稍微凹入形状，以便容纳弯曲的隔膜。两面上的空气通路315和316都可以看到，以容许增压气体通过通路317和318进入气袋322和320内。在挤出过程中，通过用管来替换钢丝绳可形成通道315和316。通过将金属丝313上下缝合穿过第一隔膜312、穿过基体310、穿过第二隔膜314并返回，由此每次都将钢丝绳311缠绕，可以获得隔膜到条带上的补充固定(除焊接外).金属丝313可以是适用于此目的的任何金属丝，但是优选由抗断强度高的人造纤维制成，如芳族聚酰胺或尼龙.必须小心不能损害钢丝绳，这是由于这就将会导致水进入并随后导致钢腐蚀.而且，空气通路315和316必须不被刺破，以便不放松压力.本领域技术人员将易于理解，在条带安装在隔膜内部时，如图3所示的条带也可用于在隔膜之下分布新鲜空气.
图4示出用于建筑用织物的第三优选实施例，该建筑用织物包括相互平行的空气通道.该建筑用织物包括大的ETFE挤出套筒412和414，该两套筒通过张紧部件408相互连接.张紧部件包括基体410和五个芳族聚酰胺绳411.隔膜412和414借助于铆钉415和抗撕裂条带417和413来机械固定到张紧部件408上.另外，条带较宽的一侧平行于重力方向安装，这就改进了建筑用织物在垂直方向上的刚度，同时保持了水平方向上的柔性.
图5示出本发明的第四实施例，其中，张紧部件结合在隔膜中.单根钢丝绳511挤出到基体510内.而且，张紧部件的宽度W基本大于其高度H.张紧部件然后热焊接到基础织物513上.之后，突起512从两侧层压到织物上，因此完全将张紧部件包围.

Claims (9)

1. 一种用于覆盖基础结构的建筑用织物，其包括格栅和至少一个隔膜，所述格栅用于承载所述至少一个隔膜，所述格栅具有适于覆盖所述基础结构的样式，所述格栅包括具有高度和宽度的横截面的条带，所述高度小于所述宽度的一半，以易于将所述条带固定到所述隔膜上，其特征在于，所述条带包括至少一个细长的强度部件和一个聚合物基体，所述聚合物基体粘附到所述至少一个细长的强度部件上，所述条带还包括至少一个空气通路，该空气通路带有规则间隔的出口。
2. 如权利要求1所述的建筑用织物，其特征在于，所述条带包括至少两个细长的强度部件和一个聚合物基体，该聚合物基体粘附到所述至少两个细长的强度部件上。
3. 如权利要求1或2所述的建筑用织物，其特征在于，所述细长的强度部件是钢丝绳。
4. 如权利要求1或2所述的建筑用织物，其特征在于，所述细长的强度部件是合成的高强度纤维绳。
5. 如权利要求1所述的建筑用织物，其特征在于，所述条带部件粘接到所述隔膜上。
6. 如权利要求1所述的建筑用织物，其特征在于，所述条带焊接到所述隔膜上。
7. 如权利要求1所述的建筑用织物，其特征在于，所述条带钉到、或缝合、或缝制、或螺栓连接、或铆接到所述隔膜上。
8. 如权利要求1所述的建筑用织物，其特征在于，所述条带还包括至少一连串细小而轻的泡。
9. 在用于覆盖基础结构的建筑用织物中的条带的使用，所述织物包括格栅和至少一个隔膜，所述格栅用于承载所述至少一个隔膜，所述格栅具有适于覆盖所述基础结构的样式，所述格栅包括具有高度和宽度的横截面的条带，所述高度小于所述宽度的一半，以易于将所述条带固定到所述隔膜上，所述条带包括至少一个细长的强度部件和一个聚合物基体，所述聚合物基体粘附到所述至少一个细长的强度部件上，其特征在于，所述条带的宽度平行于重力方向安装，从而提高建筑用织物在垂直方向上的刚度，同时保持水平方向上的柔性。
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