膜結(jié)構(gòu)加工制作與施工技術(shù)

劉昌偉

(大連偉霖膜結(jié)構(gòu)工程有限公司,遼寧 大連 116021)

膜結(jié)構(gòu)加工制作與施工技術(shù)

劉昌偉

(大連偉霖膜結(jié)構(gòu)工程有限公司,遼寧 大連 116021)

膜結(jié)構(gòu)作為一種新型的結(jié)構(gòu)體系,在大跨度空間結(jié)構(gòu)中應(yīng)用越來越廣泛,本文依據(jù)多年的工程實(shí)踐,論述了膜結(jié)構(gòu)施工前、后的若干問題,詳細(xì)的介紹了膜結(jié)構(gòu)的加工制作方法和施工技術(shù),總結(jié)了膜結(jié)構(gòu)現(xiàn)場(chǎng)施工過程中的注意事項(xiàng),為該類型結(jié)構(gòu)的施工和制作提供了一定的依據(jù)。

膜結(jié)構(gòu);加工制作;施工技術(shù)

1 概述

膜結(jié)構(gòu)是一種由高強(qiáng)薄膜材料及加強(qiáng)構(gòu)件(鋼結(jié)構(gòu)或拉索)通過一定方式使其內(nèi)部產(chǎn)生一定的預(yù)張應(yīng)力以形成某種空間形狀,可作為覆蓋結(jié)構(gòu)并能承受一定的外荷載的空間結(jié)構(gòu)形式。膜結(jié)構(gòu)以良好的自潔性、隔熱性以及高強(qiáng)耐久、造型新穎、自重輕等優(yōu)點(diǎn)廣泛應(yīng)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(jié)構(gòu)。由于膜結(jié)構(gòu)是張力結(jié)構(gòu)的一種,只有在一定的張力作用下,膜結(jié)構(gòu)才有一定的形狀和剛度,因而膜結(jié)構(gòu)建筑表現(xiàn)了力的平衡美,是一種受力最為合理的結(jié)構(gòu)形式。采用輕質(zhì)膜材,同時(shí)輔以柔性拉索、輕型鋼桁架的結(jié)構(gòu)形式,可以很好地達(dá)到大跨度、覆蓋大空間的目的。

2002年設(shè)計(jì)制作安裝的"大連老虎灘國(guó)際劃水表演看臺(tái) 1800平方米膜結(jié)構(gòu)工程"是大連市的形象工程,被評(píng)為優(yōu)質(zhì)工程 (見圖 1所示),大連老虎灘國(guó)際劃水看臺(tái)膜結(jié)構(gòu)工程大型挑檐式鋼結(jié)構(gòu)和索、膜結(jié)構(gòu) (膜材采用法國(guó)法拉利FERARI1202T預(yù)應(yīng)力膜材)作為大型公共建筑的主要受力部分和新型屋面系統(tǒng),其建筑結(jié)構(gòu)形式和質(zhì)量直接影響到建筑物的安全和使用功能,在國(guó)內(nèi)尚屬首創(chuàng)。該工程位于虎灘樂園內(nèi),按設(shè)計(jì)展示面積 1800m2,根據(jù)地基承載力標(biāo)準(zhǔn)值160kpa,設(shè)計(jì)單弧型立梁鋼結(jié)構(gòu) (見圖 2所示),其中單弧型立梁 10支,梁長(zhǎng) 29米,總跨度 100米。該結(jié)構(gòu)經(jīng)歷了 2007年 3月 7日大連 (正月十五)特大臺(tái)風(fēng)和十年的使用洗禮,至今仍在老虎灘海岸上屹立如新,實(shí)踐證明大型挑檐膜結(jié)構(gòu)在惡劣環(huán)境下經(jīng)久實(shí)用是完全可行的。

圖 2 單弧型立梁鋼結(jié)構(gòu)

本文依據(jù)多年的工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn),對(duì)空間膜結(jié)構(gòu)的加工制作、安裝、張拉等過程中的注意事項(xiàng)和關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了介紹,并總結(jié)了施工中需要注意的一些問題。

2 膜結(jié)構(gòu)施工前的準(zhǔn)備工作

施工過程是由業(yè)主、設(shè)計(jì)、監(jiān)理、質(zhì)檢等多個(gè)單位多個(gè)部門共同合作完成的,如何協(xié)調(diào)組織各方的工作和管理,是能否保證工期與施工質(zhì)量的關(guān)鍵之一。因此,為了保證這些目標(biāo)的實(shí)現(xiàn),應(yīng)注意以下幾點(diǎn),確保將各方面的工作協(xié)調(diào)好:

(1)制定設(shè)計(jì)圖紙交底、安裝與設(shè)計(jì)的配合等會(huì)審制度。施工單位的項(xiàng)目部應(yīng)組織有關(guān)技術(shù)人員配合設(shè)計(jì),充分考慮設(shè)計(jì)與施工整體安裝方案的匹配,參加業(yè)主組織的圖紙交底會(huì)審等協(xié)調(diào)工作。

(2)建立例會(huì)制度。應(yīng)定時(shí)召開業(yè)主、設(shè)計(jì)、施工、監(jiān)理等多方參加的例會(huì),商討工程施工和配合情況。制定專題討論會(huì)。對(duì)施工中的重大技術(shù)問題,各方的有關(guān)人員應(yīng)集中在一起,共同商量解決。

由于膜工程的施工技術(shù)質(zhì)量要求高,故需選擇技術(shù)熟練、責(zé)任心強(qiáng),有經(jīng)驗(yàn)的施工員、班組長(zhǎng)組織各項(xiàng)工作,并簽訂施工組承包范圍、質(zhì)量技術(shù)要求、工期進(jìn)度、安全指標(biāo)等責(zé)任書。根據(jù)工程需要,勞動(dòng)力要合理調(diào)配,杜絕窩工現(xiàn)象。

3 材料的加工制作過程

3.1 鋼結(jié)構(gòu)的加工制作

鋼結(jié)構(gòu)的主要加工流程包括[1]:進(jìn)料→開料→檢驗(yàn)→拼裝焊接→除銹→編號(hào)包裝→出廠。其中注意事項(xiàng)有:材料必須有材質(zhì)合格證書。根據(jù)設(shè)計(jì)人員所計(jì)算的每種桿件的下料長(zhǎng)度、桿件規(guī)格進(jìn)行分類堆放,以便于下一步施工。根據(jù)鋼管的相貫尺寸,考慮壁厚和坡口的影響,利用自動(dòng)切割機(jī)自動(dòng)切割相貫線。在焊接過程中,為了盡量減少節(jié)點(diǎn)處應(yīng)力集中的不良影響,支管與主管的連接焊縫應(yīng)全周連續(xù)焊接并平滑過渡,若主管出現(xiàn)對(duì)接焊縫時(shí),營(yíng)口應(yīng)刨坡口以確保焊縫焊透。由質(zhì)檢專業(yè)人員對(duì)焊縫進(jìn)行超聲波探傷檢驗(yàn),若發(fā)現(xiàn)有不合格的焊縫,應(yīng)作記號(hào),并及時(shí)通知焊工進(jìn)行返工。主桁架與次桁架要進(jìn)行預(yù)拼,組成一個(gè)單元組,并且編號(hào)。對(duì)構(gòu)件表面進(jìn)行干噴砂除銹處理,刷二遍油性防銹底漆,再涂表面面漆。

3.2 膜結(jié)構(gòu)的加工制作

膜材的主要加工流程包括:進(jìn)料→檢驗(yàn)?zāi)げ摹て铝?、編?hào)→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(fù)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(qiáng)質(zhì)量管理,保證制作精度。

膜材經(jīng)檢驗(yàn)后要運(yùn)進(jìn)已除塵的清潔車間。在下料區(qū)、編排放樣區(qū)、駁接區(qū)及三個(gè)區(qū)的連接處鋪上柔質(zhì)的板膠,避免膜片直接接觸地面,防止磨損或者弄臟膜材。進(jìn)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。

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(shí)間,駁接好后進(jìn)行雙向拉斷試驗(yàn),獲取最佳受力和外觀的駁接數(shù)據(jù),填好確定的數(shù)據(jù)貼在駁接機(jī)上進(jìn)行駁接。熱熔合方案應(yīng)根據(jù)排水方向和膜片連接節(jié)點(diǎn)確定。在正式熱合加工前,要進(jìn)行焊接試驗(yàn),確保焊接處強(qiáng)度不低于母材強(qiáng)度。高頻熱合機(jī)是在高頻電場(chǎng)的作用下對(duì)膜材高分子化合物高頻振蕩產(chǎn)生分子間的劇烈運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的熱量使其粘合。

膜片下料按順序要經(jīng)三道程序:讀取裁剪設(shè)計(jì)的坐標(biāo),取點(diǎn);復(fù)核坐標(biāo),劃下料線;復(fù)檢坐標(biāo),落刀下料。然后貼上編號(hào)標(biāo)簽,抬到放樣區(qū)。

由于索、膜結(jié)構(gòu)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(bǔ)救措施是相當(dāng)必要的。對(duì)已裁剪的膜片要分別進(jìn)行尺寸復(fù)測(cè)和編號(hào),并詳細(xì)紀(jì)錄實(shí)測(cè)偏差值。裁剪作業(yè)過程中應(yīng)盡量避免膜體折疊和彎曲,以免膜體產(chǎn)生彎曲和折疊損傷而使膜面褶皺,影響建筑美觀[2]。

在放樣區(qū),對(duì)已完成下料的膜單元的所有膜片進(jìn)行放樣,核對(duì)無誤后劃騎縫線。擦拭駁接縫的膜和背貼條時(shí)要用柔軟的棉質(zhì)布。

上駁接機(jī)時(shí),背貼條設(shè)在膜的下底面,膜片與駁接刀對(duì)中后,壓平壓穩(wěn)膜片,使膜片在高頻駁接過程中不產(chǎn)生移動(dòng)。超重的膜單元,駁接時(shí)再細(xì)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(yīng)根據(jù)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(duì)于無法卷成筒的膜體可以在膜體內(nèi)襯填軟質(zhì)填充物,然后折疊包裝。包裝完成后,在膜體外包裝上標(biāo)記包裝內(nèi)容、使用部位及膜體折疊與展開方向。

4 現(xiàn)場(chǎng)施工的關(guān)鍵技術(shù)

4.1 鋼結(jié)構(gòu)的拼裝與吊裝

對(duì)于鋼結(jié)構(gòu),可根據(jù)構(gòu)件的長(zhǎng)度、重量選用合適的車輛運(yùn)輸。注意在車輛上的支點(diǎn)要合理,捆扎要牢固,保證在運(yùn)輸過程中鋼構(gòu)件不產(chǎn)生變形,不損傷涂層。

鋼結(jié)構(gòu)運(yùn)抵現(xiàn)場(chǎng)后,施工安裝順序一般為:分段拼裝→吊裝→安裝其它構(gòu)件→拆臨時(shí)支撐鋼塔架。對(duì)于一些大型的鋼桁架,吊裝時(shí)可利用幾臺(tái)汽車式吊車,分別在場(chǎng)內(nèi)、外把主桁架及主預(yù)應(yīng)力索吊到作業(yè)面上,有支承段的放在砼柱旁,并在業(yè)面上設(shè)置若干個(gè)支座。然后根據(jù)廠內(nèi)預(yù)拼裝情況進(jìn)行焊接,焊縫質(zhì)量經(jīng)檢驗(yàn)合格后涂油漆,再進(jìn)行吊裝;斜柱拼裝后,用臨時(shí)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(diào)法藍(lán)來調(diào)節(jié)斜拉索的松緊。由于鋼結(jié)構(gòu)安裝誤差的大小直接影響到結(jié)構(gòu)內(nèi)的預(yù)應(yīng)力分布,嚴(yán)重者甚至還影響結(jié)構(gòu)的安全性,所以在安裝支承鋼結(jié)構(gòu)前,應(yīng)按規(guī)范和設(shè)計(jì)要求對(duì)鋼結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)的頂面標(biāo)高、軸線尺寸做嚴(yán)格的復(fù)測(cè),并作復(fù)測(cè)紀(jì)錄。

4.2 膜結(jié)構(gòu)的安裝與張拉

在膜材運(yùn)輸過程中要盡量避免重壓、彎折和損壞。同時(shí)在運(yùn)輸時(shí)也要充分考慮安裝次序,盡量將膜體一次運(yùn)送到位,避免膜體在場(chǎng)內(nèi)的二次運(yùn)輸,減少膜體受損的機(jī)會(huì)。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(gè)部分。

打開膜體前,在平臺(tái)上鋪設(shè)臨時(shí)布料,以保護(hù)膜材不被損傷及膜材清潔,嚴(yán)格按確定的順序展開膜體。打開包裝前應(yīng)核對(duì)包裝上的標(biāo)記,確認(rèn)安裝部位,并按標(biāo)記方向展開,盡量避免展開后的膜體在場(chǎng)內(nèi)移動(dòng)。在展開的膜面上行走時(shí)要穿軟底鞋。

打開膜體后,用夾板將膜材與索連接固定。夾板的規(guī)格及夾板間的間距均應(yīng)該嚴(yán)格按設(shè)計(jì)要求安裝。對(duì)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。

目前索膜結(jié)構(gòu)吊裝較多應(yīng)用多點(diǎn)整體提升法,是將已經(jīng)成熟的整體"提升"技術(shù)加以改造用于索、膜結(jié)構(gòu)這種柔性結(jié)構(gòu)的施工過程中,該工藝要求整個(gè)過程必須同步。起吊過程中控制各吊點(diǎn)的上升速度和距離,確保膜面?zhèn)髁鶆?。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(yè)塊,每塊膜體同樣采用多點(diǎn)整體吊裝技術(shù),整體吊裝到位。

未張緊的膜材在風(fēng)載下容易鼓起造成破壞,所以在整個(gè)安裝過程中要特別注意防止膜體在風(fēng)荷載作用下產(chǎn)生過大的晃動(dòng),施工時(shí)應(yīng)盡量在無風(fēng)情況下進(jìn)行。該階段的任務(wù)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(yù)應(yīng)力的大小由設(shè)計(jì)人員根據(jù)材料、形狀和結(jié)構(gòu)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(fēng)吸力或者雪荷載)下出現(xiàn)局部松弛,一般常見的膜結(jié)構(gòu)預(yù)應(yīng)力水平在 1-4KN/m,施工中通過張拉定位索或頂升支撐桿實(shí)現(xiàn)。對(duì)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(nèi)形成預(yù)應(yīng)力;馬鞍形單元?jiǎng)t要對(duì)角方向同步或依次調(diào)整,逐步加至設(shè)定值;而對(duì)于由一列平行桁架支撐的膜結(jié)構(gòu),慣常作法是當(dāng)膜布在各拱架兩側(cè)初步固定的情況下,首先沿膜的緯線方向?qū)⒛げ紡埨皆O(shè)計(jì)位置[3]。在施工過程中應(yīng)注意無論張拉是否能順利到位,均不應(yīng)輕易改變預(yù)先設(shè)定的張拉位置。若確定懷疑是設(shè)計(jì)問題,則應(yīng)經(jīng)結(jié)構(gòu)工程師研究同意后方可做出修正。

綜上所述,安裝質(zhì)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(jié)點(diǎn)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。

5 結(jié)語(yǔ)

膜結(jié)構(gòu)在國(guó)內(nèi)是一種比較新穎的結(jié)構(gòu)形式,大家對(duì)這種結(jié)構(gòu)還不是非常熟悉,因此施工時(shí)要注意其加工制作與施工技術(shù),以保證工程質(zhì)量與施工安全。本文詳細(xì)論述了膜結(jié)構(gòu)施工前、后若干需要注意的問題,可供廣大工程技術(shù)人員參考。

[1]中國(guó)鋼結(jié)構(gòu)協(xié)會(huì)空間結(jié)構(gòu)分會(huì),中國(guó)建筑科學(xué)研究院.膜結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程[S].北京:中國(guó)計(jì)劃出版社,2004.

[2]陳務(wù)軍.膜結(jié)構(gòu)工程設(shè)計(jì)[M].北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社,2005年.

[3]歐洲張力薄膜結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)指南[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2007.

Processing and Construction M ethod ofM embrane Structure

L IU Chang-wei

(DalianWeilinMembrane Structures Engineering Company,Dalian,116021,China)

Membrane structures as a new type of structural system are more and more widely applied in long-span spatial structures.In this paper,based on many years engineering practice,it discussed a number of issues during the construction of membrane structures,gave a detailed introduction about the manufacture method and construction technology ofmembrane structure,summarized some precautions in construction-site ofmembrane structures,provided a certain evidence for the construction and production ofmembrane structures.

membrane structures;processing and construction;construction technology

TU502 < class="emphasis_bold">文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):

1008-2395(2010)06-0065-03

2010-03-20

劉昌偉 (1958-),男,工程師,Email:wl1958@vip.163.com