大跨度膜結(jié)構(gòu)屋面安裝施工技術(shù)

黃祺合 蘆繼忠 陶富錄 陳學(xué)良 周汝貴

廣西建工集團(tuán)第五建筑工程有限責(zé)任工程公司 廣西 柳州 545001

1 工程概況

貴港體育中心位于廣西貴港市港北區(qū)荷城路與迎賓大道交界處西北面，占地面積為314 050 m2。體育場(chǎng)整個(gè)造型如蓮蓬上一顆顆突起的蓮子，西看臺(tái)建筑高度最高點(diǎn)48.0 m，東看臺(tái)建筑高度最高點(diǎn)34.4 m。體育中心建筑結(jié)構(gòu)由鋼、索、膜結(jié)構(gòu)支撐組合而成，其中屋蓋結(jié)構(gòu)的平面投影呈橢圓形（圖1）。索膜結(jié)構(gòu)的膜材料分別選用PTFE膜材和ETFE膜材。PTFE膜展開面積為12 504 m2，ETFE膜展開面積為5 656 m2。

圖1 膜結(jié)構(gòu)安裝效果圖

2 工藝原理

由鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件安裝固定形成穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)體系，將各種高強(qiáng)薄膜材料（PTFE、ETFE）、加固構(gòu)件、鋼拉索及錨固系統(tǒng)組成空間結(jié)構(gòu)形式，通過支柱與鋼在膜材中施加張力以實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的狀態(tài)，從而將優(yōu)美的膜結(jié)構(gòu)造型覆蓋在鋼結(jié)構(gòu)表面。本施工工藝具有施工精度高、結(jié)構(gòu)性能強(qiáng)、表現(xiàn)力豐富的特點(diǎn)[1-2]。

3 施工工藝流程

現(xiàn)場(chǎng)踏勘→施工人員進(jìn)場(chǎng)→起重設(shè)備進(jìn)場(chǎng)→膜面運(yùn)至現(xiàn)場(chǎng)保管、膜面安裝工具進(jìn)場(chǎng)→操作擱置平臺(tái)搭設(shè)→繩網(wǎng)拉設(shè)→膜塊就位→膜面展開→周邊固定→提升膜面→調(diào)整及張拉膜面→膜結(jié)構(gòu)驗(yàn)收

4 操作要點(diǎn)

4.1 安裝準(zhǔn)備

1）提前準(zhǔn)備膜結(jié)構(gòu)安裝過程中需要的工具。

2）施工前，施工單位應(yīng)對(duì)安裝圖紙進(jìn)行會(huì)審，完善吊裝和安裝方案，對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)操作人員就質(zhì)量要求和質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行技術(shù)交底。安裝前對(duì)原材料進(jìn)行復(fù)核，保證膜尺寸與鋼結(jié)構(gòu)部分相對(duì)尺寸相吻合。

4.2 施工平臺(tái)搭設(shè)

膜安裝用施工排架主要目的是為施工人員提供安全站立平臺(tái)，施工排架可獨(dú)立設(shè)置，通過φ16 mm鋼絲繩連成整體。施工排架自身穩(wěn)定性應(yīng)足夠且有足夠的操作空間，并不阻礙膜安裝。

4.3 安裝場(chǎng)地平面布置

1）總平面布置原則：節(jié)約用地，便利安裝，方便生產(chǎn)，便于管理。

2）安裝場(chǎng)地布置：在體育場(chǎng)看臺(tái)內(nèi)、外側(cè)設(shè)置膜單元堆放區(qū)，便于膜單元在現(xiàn)場(chǎng)的安裝和保護(hù)以及安裝過程中設(shè)備和材料的倒運(yùn)。此外，在位于結(jié)構(gòu)正下方看臺(tái)，并向外延伸30 m處，設(shè)置膜單元折疊、吊裝場(chǎng)地，場(chǎng)地須整潔、干凈，無其他專業(yè)施工。

4.4 安裝設(shè)備布置

1）汽車吊位于吊裝作業(yè)區(qū)。吊裝作業(yè)區(qū)設(shè)置在場(chǎng)內(nèi)、外，場(chǎng)地須平整、堅(jiān)實(shí)，無其他專業(yè)施工。

2）電焊機(jī)、切割機(jī)、臺(tái)鉆等置于庫房?jī)?nèi)，以便于零星材料的加工。

3）附件布置：將膜單元安裝用的附件置于庫房?jī)?nèi)，由專人保管，待用。

4）膜單元布置：為便于膜成品在現(xiàn)場(chǎng)的保護(hù)和減少安裝過程中的倒運(yùn)次數(shù)，膜單元在鋼結(jié)構(gòu)安裝完畢并驗(yàn)收合格后，按現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際施工進(jìn)度分批進(jìn)場(chǎng)，預(yù)先將施工場(chǎng)地清潔整理，所有與膜安裝無關(guān)的材料、設(shè)備需清理干凈。

5）第1批膜單元運(yùn)至現(xiàn)場(chǎng)后，采用汽車吊，將膜及卷筒吊裝至地面，卷筒兩端放置于安裝有萬向輪的可移動(dòng)支架上，移動(dòng)鋼支架和卷筒，按組裝位置就位，以便于膜展開安裝，同時(shí)注意成品保護(hù)，現(xiàn)場(chǎng)預(yù)先制作臨時(shí)支架，便于膜單元卷筒布置、固定[3-5]。

4.5 安裝條件

1）鋼結(jié)構(gòu)主體及涂裝工程施工完成并驗(yàn)收合格。

2）保證材料運(yùn)至現(xiàn)場(chǎng)時(shí)進(jìn)出材料堆場(chǎng)的道路及二次搬運(yùn)道路通暢。

3）現(xiàn)場(chǎng)施工用電100 kVA，設(shè)置配電箱1個(gè)，配置自來水。

4）膜片吊裝作業(yè)半徑往外擴(kuò)10 m范圍，嚴(yán)禁其他專業(yè)同時(shí)施工，清理干凈吊裝區(qū)域其他專業(yè)的建筑材料、設(shè)備和建筑垃圾，杜絕因場(chǎng)地原因污染膜片的問題。

5）膜吊裝、展開區(qū)域下方嚴(yán)禁其他專業(yè)人員進(jìn)入，以免造成膜片損傷和污染或造成人員傷害。

4.6 結(jié)構(gòu)誤差控制和監(jiān)測(cè)

1）鋼結(jié)構(gòu)專業(yè)應(yīng)在土建基礎(chǔ)施工時(shí)開始跟蹤監(jiān)測(cè)，以消除因基礎(chǔ)誤差而對(duì)鋼結(jié)構(gòu)安裝產(chǎn)生的影響。

2）在鋼結(jié)構(gòu)生產(chǎn)時(shí)，應(yīng)對(duì)制作過程進(jìn)行全程跟蹤控制，特別是膜結(jié)構(gòu)安裝的相關(guān)節(jié)點(diǎn)，確保鋼構(gòu)件精度。

3）在鋼結(jié)構(gòu)安裝時(shí)應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況提出安裝誤差方案，并在安裝時(shí)全程監(jiān)控。

5 現(xiàn)場(chǎng)安裝

5.1 PTFE膜單元安裝

5.1.1 準(zhǔn)備工作

1）把鋪放膜的區(qū)域清理干凈，將突出地面的鋼筋頭、管子頭和有銳角的物件割除，同時(shí)清洗干凈地面污染物。

2）在展開膜單元區(qū)域鋪設(shè)驗(yàn)收合格的保護(hù)膜，并設(shè)置好防護(hù)繩。

3）采用人工方式，將要安裝的膜單元從膜單元堆放場(chǎng)運(yùn)至安裝位置，并在地面鋪設(shè)鋪地膜。

4）打開膜包裝，按工藝順序把膜單元鋪開（圖2），然后進(jìn)行膜單元復(fù)核，核對(duì)其四周尺寸、搭接方向、開孔位置、熱合縫是否滿足設(shè)計(jì)要求，檢查膜表面是否破損，有無瑕疵和污染情況，做好檢驗(yàn)記錄，全部合格后方可進(jìn)入下一道工序。

5）將PTFE膜單元放在安裝位置正下方的鋪地膜上，組裝夾板、張拉螺桿，掛大繩。

6）為保障高空作業(yè)時(shí)施工人員的安全，在主體鋼結(jié)構(gòu)的下弦鋪設(shè)木板和掛設(shè)安全繩，作為操作人員掛設(shè)安全帶的生命線。

7）檢查、清理膜單元與鋼結(jié)構(gòu)接觸的表面，將殘留的飛濺物、尖角清除并打磨光滑。

5.1.2 PTFE膜單元臨時(shí)折疊

按展開逆向?qū)⒛卧M(jìn)行折疊或卷軸，根據(jù)PTFE膜材特性，折疊部位需加充氣軟管或塑料管，折疊或卷軸完成臨時(shí)打包后進(jìn)行吊裝。

5.1.3 PTFE膜單元吊裝

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況，選擇吊車或卷揚(yáng)機(jī)進(jìn)行吊裝，將PTFE膜單元吊裝至安裝區(qū)域（圖3）。膜單元吊運(yùn)到指定位置后，根據(jù)折疊逆向順序把膜單元展開。同時(shí)根據(jù)設(shè)計(jì)要求將膜的夾具、螺桿和膜單元連接部位進(jìn)行拼裝，拼裝結(jié)束后通過工裝夾板和鋼拱的邊界進(jìn)行臨時(shí)拉結(jié)[6-7]。

圖2 膜展開方向

圖3 吊裝示意

5.1.4 PTFE膜安裝

1）膜材為PTFE的膜屋面能承受較大的張拉應(yīng)力，安裝完成后，PTFE膜屋面可當(dāng)工人的臨時(shí)施工平臺(tái)使用，而材質(zhì)為ETFE的膜結(jié)構(gòu)不能承受較大的張拉應(yīng)力。因此，當(dāng)2種材料同時(shí)使用時(shí)，其安裝順序?yàn)橄雀吆蟮?，先中間后兩邊，先PTFE后ETFE。

2）膜單元展開和組裝時(shí)，指定專人負(fù)責(zé)統(tǒng)一指揮，操作人員到各自負(fù)責(zé)區(qū)域后，按照要求進(jìn)行組裝和安裝（圖4）。

3）吊車將膜單元提升至主體鋼結(jié)構(gòu)上的錐體標(biāo)準(zhǔn)單元上，在提升過程中，地面工作人員要用毛巾將膜片內(nèi)面的污漬清擦干凈。

4）高空作業(yè)人員將膜單元鋪平蓋在錐體鋼構(gòu)上，并用2道大繩十字交叉臨時(shí)攬住膜單元，為保證膜單元受力均衡及安裝快捷，膜單元四邊應(yīng)同時(shí)安裝。同時(shí)為保證膜片安裝位置正確，在安裝膜邊夾板、螺栓時(shí)，要先將膜邊拉伸，當(dāng)膜孔位與繃膜板的孔位對(duì)正后，再安裝鋁夾板及螺栓。

5）根據(jù)當(dāng)?shù)厥彝鉄岷蠈?shí)驗(yàn)確定熱合時(shí)間、熱合溫度并進(jìn)行蓋口封合，最終應(yīng)做到嚴(yán)密、無滲漏的標(biāo)準(zhǔn)。

6）所有上述工作完成后進(jìn)行膜單元表面清理，將PTFE膜表面上多余的膜材、橡膠繩、螺栓等雜物清理干凈，用毛巾擦掉膜片上的浮塵。

5.2 ETFE膜單元安裝

因ETFE單片面積均很小，質(zhì)量很輕，且承載力較小不能上人，故可將膜單元吊裝至高空進(jìn)行展開、組裝和安裝。

5.2.1 準(zhǔn)備工作

1）將需要安裝的ETFE膜單元，采用人工轉(zhuǎn)運(yùn)的方式從堆放場(chǎng)運(yùn)至安裝位置，鋪設(shè)工作人員高空行走及安裝安全網(wǎng)，網(wǎng)眼承受荷載應(yīng)不低于200 kg/m2。

2）檢查清理膜單元與索網(wǎng)四周接觸的表面，將殘留的飛濺物、尖角清除并打磨光滑，將鋼索穿在膜片內(nèi)。

5.2.2 ETFE膜單元安裝

1）安裝人員到各自分工的位置就位后，準(zhǔn)備好工具，用吊車將ETFE膜單元和所屬的連接索吊裝至安裝單元上并臨時(shí)放置在安全網(wǎng)上（圖5）。

圖4 膜展開示意

圖5 膜與繩索整體提升

2）安裝人員將ETFE膜單元展開，展開的各邊與上面的膜附屬鋼結(jié)構(gòu)吻合。展開膜的過程中，應(yīng)確保膜面清潔無污染。將膜單元全部展開后，根據(jù)設(shè)計(jì)要求復(fù)核膜單元周邊尺寸、搭接方向、開孔位置、熱合縫是否達(dá)到要求，確保膜面無破損、無瑕疵及無污染，做好檢驗(yàn)記錄，全部合格后方可進(jìn)入安裝連接索工序。

3）安裝人員在天溝及鋼箱梁上將連接索安裝就位后，拆除安全網(wǎng)。根據(jù)設(shè)計(jì)要求，對(duì)膜的夾板、拉力螺釘與膜元件的連接件進(jìn)行組裝，然后依次進(jìn)行其他ETFE膜單元安裝。

4）進(jìn)行ETFE膜單元表面清理，將膜表面上多余的膜材、橡膠繩、螺栓等雜物清理干凈，用毛巾擦掉膜片上的浮塵。

5.3 膜結(jié)構(gòu)安裝保護(hù)措施

1）膜作為一種新型建筑材料，具有強(qiáng)度高、使用年限長(zhǎng)、易造型，但又易劃傷、污染的特點(diǎn)，因此施工過程應(yīng)對(duì)各個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行嚴(yán)格把控。參與膜工程施工的施工人員應(yīng)掌握各個(gè)膜單元節(jié)點(diǎn)的連接形式，并通過專業(yè)培訓(xùn)和專業(yè)安全教育后才能進(jìn)入現(xiàn)場(chǎng)。

2）在膜表面安裝之前，檢查與膜表面有關(guān)的所有連接點(diǎn)，以確保沒有飛濺、毛刺等現(xiàn)象，并用棉布覆蓋膜的周圍部分。

3）膜片打開后，必須檢查孔位是否正確，膜面有無傷痕和污染。

4）周邊螺栓固定完成后，應(yīng)逐一進(jìn)行核查，避免出現(xiàn)螺栓缺少、漏擰的現(xiàn)象。

5）當(dāng)進(jìn)行夾板安裝時(shí)，必須確保膜的邊緣接觸到上夾板的外側(cè)，如膠片線位于兩夾板的中間，應(yīng)立即停止并及時(shí)處理張力。

6）膜面的保護(hù)要貫穿從運(yùn)輸、起吊、展開到安裝的全過程。

7）充分掌握天氣預(yù)報(bào)，合理安排各膜單元的起吊時(shí)間，展開膜單元時(shí)應(yīng)臨時(shí)固定。在溫度低于4 ℃時(shí)，應(yīng)停止膜單元安裝工作。

8）安裝人員必須穿軟底鞋進(jìn)行作業(yè)，同時(shí)保證鞋底無污染物，嚴(yán)禁穿皮鞋或鞋底較硬的鞋子在膜面上行走。在膜片安裝時(shí)，不得隨意丟擲工具，以免損壞薄膜表面。固定膜邊界螺栓時(shí)，禁止使用活絡(luò)扳手進(jìn)行擰緊。所有的工具必須放在工具袋里，零散物件必須放在容器內(nèi)，以防散落。嚴(yán)禁施工人員雙手拿物體進(jìn)行上下行走，嚴(yán)禁使用有缺陷的工具[8]。

6 結(jié)語

大跨度膜結(jié)構(gòu)已被廣泛應(yīng)用于體育館等大型公共建筑，其中ETFE和PTFE膜材料更是在工程中取得了良好的應(yīng)用效果。大跨度膜結(jié)構(gòu)屋面，具有工廠集中加工、機(jī)械化施工、安裝效率高、無濕作業(yè)、無污染、較少影響屋頂以下分部工程施工的優(yōu)點(diǎn)，屬綠色施工范疇，符合當(dāng)代建筑的發(fā)展趨勢(shì)，值得廣泛推廣。