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膜結構的加工制作與施工技術概述

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【摘   要】文章主要介紹了膜結構施工過程中包括施工前期準備、材料加工、安裝、運輸、吊裝、張拉等各個步驟的注意事項,供廣大工程技術人員討論參考。
  【關鍵詞】膜結構;加工制作;施工
   

      一、概述
  膜結構是一種由高強薄膜材料及加強構件(鋼結構或拉索)通過一定方式使其內部產生一定的預張應力以形成某種空間形狀,可作為覆蓋結構并能承受一定的外荷載的空間結構形式。膜結構以良好的自潔性、隔熱性以及高強耐久、造型新穎、自重輕等優點廣泛應用于各類休閑小品、輕型大跨度無柱空間或輕型屋蓋建筑結構。由于膜結構是張力結構的一種,只有在一定的張力作用下,膜結構才有一定的形狀和剛度,因而膜結構建筑表現了力的平衡美,是一種受力最為合理的結構形式。采用輕質膜材,同時輔以柔性拉索、輕型鋼桁架的結構形式,可以很好地達到大跨度、覆蓋大空間的目的。
  本文主要對空間膜結構的加工制作、安裝、張拉等過程中的注意事項和關鍵技術進行了介紹,總結了施工中需要注意的一些問題,供廣大技術人員討論參考。
  二、施工前的準備工作
  工程的施工過程是由業主、設計、監理、質檢等多個單位多個部門共同合作完成的,如何協調組織各方的工作和管理,是能否保證工期與施工質量的關鍵之一。因此,為了保證這些目標的實現,應注意以下幾點,確保將各方面的工作協調好:
  第一,制定設計圖紙交底、安裝與設計的配合等會審制度。施工單位的項目部應組織有關技術人員配合設計,充分考慮設計與施工整體安裝方案的匹配,參加業主組織的圖紙交底會審等協調工作。
  第二,建立例會制度。應定時召開業主、設計、施工、監理等多方參加的例會,商討工程施工和配合情況。
  第三,制定專題討論會。對施工中的重大技術問題,各方的有關人員應集中在一起,共同商量解決。
  第四,由于膜工程的施工技術質量要求高,故需選擇技術熟練、責任心強,有經驗的施工員、班組長組織各項工作,并簽定施工組承包范圍、質量技術要求、工期進度、安全指標等責任書。根據工程需要,勞動力要合理調配,杜絕窩工現象。
  三、建筑材料的加工制作過程
  (一)鋼結構的加工制作
  膜結構工程中,主要的建筑材料就是鋼材和膜材。對于鋼結構,其主要加工流程包括:進料→開料→檢驗→拼裝焊接→除銹→編號包裝→出廠。其中注意事項有:
  1.材料必須有材質合格證書。
  2.根據設計人員所計算的每種桿件的下料長度、桿件規格進行分類堆放,以便于下一步施工。
  3.根據鋼管的相貫尺寸,考慮壁厚和坡口的影響,利用自動切割機自動切割相貫線。
  4.在焊接過程中,為了盡量減少節點處應力集中的不良影響,支管與主管的連接焊縫應全周連續焊接并平滑過渡,若主管出現對接焊縫時,營口應刨坡口以確保焊縫焊透。
  5.由質檢專業人員對焊縫進行超聲波探傷檢驗,若發現有不合格的焊縫,應作記號,并及時通知焊工進行返工。
  6.主桁架與次桁架要進行預拼,組成一個單元組,并且編號。
  7.對構件表面進行干噴砂除銹處理,等級,刷二遍油性防銹底漆,再涂表面面漆。
  (二)膜結構的加工制作
  膜材的主要加工流程包括:進料→檢驗膜材→膜片下料、編號→膜片編排放樣→膜片初粘→駁接→包裝。由于膜材的裁剪、包裝過程都較為復雜,各種角度變化較多,且加工精度要求非常高,所以在制作過程中要加強質量管理,保證制作精度。加工時的注意事項有:
  1.膜材經檢驗后要運進已除塵的清潔車間。在下料區、編排放樣區、駁接區及三個區的連接處鋪上柔質的板膠,避免膜片直接接觸地面,防止磨損或者弄臟膜材。進入車間的人員必須穿潔凈的衣服,換上車間專用的柔軟拖鞋或只穿襪子。
  2.抽樣取20組膜片和背貼條樣品,采用60mm寬的駁接刀,確定4組不同的駁接溫度、電流、壓刀時間,駁接好后進行雙向拉斷試驗,獲取最佳受力和外觀的駁接數據,填好確定的數據貼在駁接機上,膜片駁接按此表數據進行駁接。其中熱熔合方案應根據排水方向和膜片連接節點確定。在正式熱合加工前,要進行焊接試驗,確保焊接處強度不低于母材強度。
  3.膜片下料按順序要經三道程序:讀取裁剪設計的坐標,取點;復核坐標,劃下料線;復檢坐標,落刀下料。然后貼上編號標簽,抬到放樣區。
  由于索膜結構通常均為空間曲面,裁剪就是用平面膜材表示空間曲面。這種用平面膜材擬合空間曲面的方法必然存在誤差,所以裁剪人員在膜材裁剪加工過程中加入一些補救措施是相當必要的。對已裁剪的膜片要分別進行尺寸復測和編號,并詳細紀錄實測偏差值。裁剪作業過程中應盡量避免膜體折疊和彎曲,以免膜體產生彎曲和折疊損傷而使膜面褶皺,影響建筑美觀。
  4.在放樣區,對已完成下料的膜單元的所有膜片進行放樣,核對無誤后劃騎縫線。擦拭駁接縫的膜和背貼條時要用柔軟的棉質布。
  5.上駁接機時,背貼條設在膜的下底面,膜片與駁接刀對中后,壓平壓穩膜片,使膜片在高頻駁接過程中不產生移動。

6.超重的膜單元,駁接時再細分,最后駁接縫用小型起重車搬移膜塊,折疊包裝。在包裝前,應根據膜體特性、施工方案等確定完善的包裝方案。如聚四氟乙烯為涂層的是玻璃纖維為基層的膜材料可以以卷的方式包裝,其中卷芯直徑不得小于100mm;對于無法卷成筒的膜體可以在膜體內襯填軟質填充物,然后折疊包裝。包裝完成后,在膜體外包裝上標記包裝內容、使用部位及膜體折疊與展開方向。
  四、現場施工的關鍵技術
  (一)鋼結構的拼裝與吊裝
  對于鋼結構,可根據構件的長度、重量選用合適的車輛運輸。注意在車輛上的支點要合理,捆扎要牢固,保證在運輸過程中鋼構件不產生變形,不損傷涂層。
  鋼結構運抵現場后,施工安裝順序一般為:分段拼裝→吊裝→安裝其它構件→拆臨時支撐鋼塔架。對于一些大型的鋼桁架,吊裝時可利用幾臺汽車式吊車,分別在場內、外把主桁架及主預應力索吊到作業面上,有支承段的放在砼柱旁,并在業面上設置若干個支座。然后根據廠內預拼裝情況進行焊接,焊縫質量經檢驗合格后涂油漆,再進行吊裝;斜柱拼裝后,用臨時備用索固定安裝斜拉桁架索,通過頂升斜柱來拉緊斜拉索,并在索上安裝可調法藍調節斜拉索的松緊。由于鋼結構安裝誤差的大小直接影響到結構內的預應力分布,嚴重者甚至還影響結構的安全性,所以在安裝支承鋼結構前,應按規范和設計要求對鋼結構基礎的頂面標高、軸線尺寸做嚴格的復測,并作復測紀錄。
  (二)膜結構的安裝與張拉
  在膜材運輸過程中要盡量避免重壓、彎折和損壞。同時在運輸時也要充分考慮安裝次序,盡量將膜體一次運送到位,避免膜體在場內的二次運輸,減少膜體受損的機會。
  膜體安裝包括膜體展開、連接固定、吊裝到位和張拉成形四個部分。
  1.打開膜體前,在平臺上鋪設臨時布料,以保護膜材不被損傷及膜材清潔,嚴格按確定的順序展開膜體。打開包裝前應核對包裝上的標記,確認安裝部位,并按標記方向展開,盡量避免展開后的膜體在場內移動。在展開的膜面上行走時要穿軟底鞋,不得佩帶硬物,以防止刺穿膜材。
  2.打開膜體后,用夾板將膜材與索連接固定。夾板的規格及夾板間的間距均應該嚴格按設計要求安裝。對一次性吊裝到位的膜體,也必須一次將夾板螺栓、螺母擰緊到位。
  3.目前索膜結構吊裝較多應用多點整體提升法,是將已經成熟的整體“提升”技術加以改造用于索膜結構這種柔性結構的施工過程中,該工藝要求整個過程必須同步。起吊過程中控制各吊點的上升速度和距離,確保膜面的傳力均勻。亦可采用分塊吊裝的方法,將膜體按平面位置分為若干作業塊,每塊膜體同樣采用多點整體吊裝技術,整體吊裝到位。
  4.未張緊的膜材在風載下容易鼓起造成破壞,所以在整個安裝過程中要特別注意防止膜體在風荷載作用下產生過大的晃動,施工時應盡量在無風情況下進行。該階段的任務是使膜布張緊不再松弛以承受載荷,操作上特別要注意避免由于張拉不均造成膜面皺褶。預應力的大小由設計人員根據材料、形狀和結構的使用荷載而定,要求其最低值不能使膜面在基本的荷載工況組合(風吸力或者雪荷載)下出現局部松弛,一般常見的膜結構預應力水平在1~4kN/m,施工中通過張拉定位索或頂升支撐桿實現。對傘形膜單元,一般先在底部周邊張拉到位,然后升起支撐桿在膜面內形成預應力;馬鞍形單元則要對角方向同步或依次調整,逐步加至設定值;而對于由一列平行桁架支撐的膜結構,慣常作法是當膜布在各拱架兩側初步固定的情況下,首先沿膜的緯線方向將膜布張拉到設計位置。在施工過程中應注意無論張拉是否能順利到位,均不應輕易改變預先設定的張拉位置。若確定懷疑是設計問題,則應經結構工程師研究同意后方可作出修正。
  總之,安裝質量的總體要求是:膜面無滲漏,無明顯褶皺,不得有積水;膜面顏色均勻,無明顯污染串色;連接固定節點牢固,排列整齊;縫線無脫落;無超張拉;膜面無大面積拉毛蹭傷。
  五、結語
  膜結構在國內還算是一種比較新穎的結構形式,大家對這種結構還不是非常熟悉,因此施工時更應小心謹慎,以保證工程質量與施工安全。本文敘述了膜結構施工前后若干需要注意的問題,可供廣大工程技術人員參考。

【參考文獻】
  [1]中國鋼結構協會空間結構分會,等主編.膜結構技術規程:2004[M].北京:中國計劃出版社,2004.
  [2]陳驥.鋼結構穩定理論與設計(第二版)[M].北京:科學出版社,2003.
  [3]錢若軍,楊聯萍.空間結構系列叢書——張力結構的分析、設計、施工[M].南京:東南大學出版社,2003.


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