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摘要：張拉式索膜是一種富于表現力、結構性能強、施工精度要求高的結構體系。通過對高強度膜材進行有順序、有控制的預應力張拉，形成完美的空間曲面結構，從而體現設計者完美的設計意圖，在滿足使用功能的前提下給人們以藝術美的享受。張拉索膜結構中膜曲面通過預應力維持自身形狀，膜既是建筑物的圍護體又作為結構來抵抗外部荷載效應。...

張拉膜結構屋面施工技術

劉崇華  李永祥  李  華  許永紅  顧麗萍

(云南建工第四建設有限公司  云南昆明  530227)

    使用簡單的膜結構(如天然枝條、獸皮等)來建造居所的活動自古有之，現代膜結構也已經發展了幾十年，與發達國家相比，膜結構在我國還算得上是新鮮事物，但隨著國民經濟的持續發展和人們審美意識的提高，膜結構以其獨特的建筑造型和風格贏得了人們的青睞。備受推崇的北京奧運會游泳館“水立方”，周身上下布滿的大大小小的“氣泡”，就是充分利用了膜結構的柔韌和密封性能優良的特點，在兩層膜材間充氣達成的夢幻效果， 云南省煙草昆明市公司科研及業務配套用房位于昆明市區，主體為框架結構，屋面為膜結構。膜結構縱向位于②～⑤軸，長度為28.4m，橫向位于B～H軸，長度為36.6m，面積為1039.44m²。膜結構下方為室內網球場．凈高l5.9m。

    支承結構采用管桁架，桁架間距為7.6m、9.8m、7.8m、11.4m、14.2m等。圍護及裝飾采用剛性邊界膜結構，該工程位于昆明市北京路525號，周邊建筑物密集，施工場地極其狹窄，加上管理人員沒有膜結構施工的相關經驗，給組織施工帶來了一定的困難。在施工過程中，通過技術創新和組織創新，不僅順利完成了工程施工任務，而且還摸索、總結出一套張拉膜結構的施工技術，為以后類似工程的施工積累了施工經驗。

1.材料與設備

    1.1材料

    1)膜材是氟塑料表面涂層與織物布基按照特定的工藝粘合在一起的薄膜材。

    2)根據表面涂層和織物基材不同，膜材料分為三大類：A類膜材，是在玻璃纖維布基上敷聚四氟乙烯樹脂(PTFE)；B類膜材，是玻璃纖維布基上敷硅酮涂層； C類膜材，是聚酯長絲布基上涂聚氯乙烯樹脂(PVC)。

    3)常用的氟塑材料涂層有PTFE(聚四氟乙烯)、PVDF(聚偏氟乙烯)、 PVC(聚氯乙烯)等；織物布基主要用聚酯長絲0滌綸PES)和玻璃纖維兩種。

    4)云南省煙草昆明市公司科研及業務配套用房膜結構使用的膜材是一種具有氟化樹脂涂層的聚酯纖維布，規格為FR900／H5573，生產廠家為德國米樂／海德斯。膜材性能見表l。

    1.2設備

    1)膜材制作設備見表2。

    2)膜結構安裝設備見表3。

表1膜材性能表

表2膜材制作沒備一覽表

表3膜結構安裝的主要設備一覽表

2.施工工藝流程和操作要點

    2.l膜材的加工、運輸及保管

    2.1.1施工工藝流程

    膜材裁剪出圖"審圖"膜材加工技術交底"檢驗"放樣"裁剪"拼裝"膜材熱熔合"邊緣加工"成型尺寸復核"清洗"包裝"出廠、運輸、卸貨"保管。

    2.1.2操作要點

    1)膜裁剪出圖的過程，指根據設計要求的支承結構進行裁剪分析，并確定膜材的下料圖。裁剪分析包含三個步驟，即空間膜面剖分成空間膜條"空間膜面條展開成平面膜片"應力狀態轉化到無應力狀態�？臻g膜面在剖分成空間膜條時，要充分考慮膜條的邊線即熱合縫對美觀的影響．同時應保證織物的經、緯方向與曲面上的主應力方向盡可能一致，此外，還應做到用料最省、縫線最短的要求�？臻g膜面條展開成平面膜片，即將膜條的三維數據轉化為相應的二維數據。但如果膜條本身是個不可展曲面，應得將膜條再剖分成多個單元，采用適當方法將其展開。膜結構是在預應力狀態下工作的，而平面膜材的下料是在無應力狀態下進行的，所以操作中膜片展開所得尺寸僅為理論結構凈尺寸，實際下料圖尺寸要充分考慮膜材連接方式，節點邊界情況以及施丁縮量等后確定。

    2)在膜材制作過程中要加強技術交底及技術指導工作，同時強化質量管理，保證制作精度。

    3)膜材加工制作應在工廠內完成，要嚴格按下料圖紙由專業人員制作，對已裁剪的膜片要分別進行尺寸復測和編號，并詳細記錄實測偏差值。

    4)膜片下料完成后進行預拼裝并確定熱熔合方案，在正式熱熔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。

    5)在膜材補強及周邊處理工作完成后，進行成型尺寸復核，確保施工安裝順利。

    6)經過檢驗合格的成品膜材．在包裝前對膜材表面附著的污染物進行清洗。

    7)成品膜體在包裝前，應根據膜體特性、施工方案等確定完善的包裝方案。包裝方法一般要求：成品膜體包裝成圓筒狀放入紙筒內，其中卷芯尺寸不得小于l00mm，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。外包裝上標記包裝內容、使用部位及膜體折疊與展開方向。在卷好和填充過的成品膜體和外罩內不能有異物進入。為了避免附屬品和小型零件丟失，應將其整理好后包裝在硬性紙箱內。膜體的包裝不宜采用易掉色的彩色材料。

    8)包裝膜體出廠時要進行出廠檢查，并有出廠證明。出廠檢查發現不合格品時，要開包確認產品的異常狀況，與代理人共同協商后，根據協商結果進行處理。

    9)運輸前，應在載重卡車貨廂下部墊上紙板后再碼放包裝膜體，并罩上卡車專用外罩布后方可出廠。

    10)包裝膜體卸貨時由專人負責，并根據商標所標示的標記、數字，將包裝膜體進行組裝或存放在臺架上。在操作過程中應防止損壞包裝或膜體。

    11)包裝膜體的保管應由專人負責。金屬物品(螺栓、鋼板等)、氯丁橡膠及資料器材要分類保管。包裝膜體保管區周圍要用纜繩或采取其他措施隔開，禁止無關人員入內，防止膜材被損壞。產品保管過程中應遠離熱源、火源及腐蝕性化學物品。產品嚴禁擠壓。

    2.2支承結構安裝

    2.2.1施工工藝流程：鋼結構預埋交底"鋼結構預埋"鋼結構制作"基礎預埋復核"構什防腐涂裝"構件防火涂裝"操作架搭設"構件吊裝"安裝膜支架"構件補涂"驗收。

    2.2.2操作要點

    1)膜結構因施工場地狹窄，應先在設計部位組裝支承鋼架，再張拉膜結構。

    2)安裝的膜結構前，應搭設滿堂操作架，滿堂架立桿間距和水平桿步距均不超過1.5m，組裝桁架管部位的架子應經驗算，承載不足時應加密立桿或采取其他措施。

    3)支承結構安裝誤差的大小，不僅直接影響建筑的外觀，還影響結構內預應力的分布。嚴重者將影響結構的安全性。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。

    4)安裝過程中的焊接工作，鋼蓋頂系統中的構件聯接均采用焊接的方式，因此存在較大的現場焊接工作量，在現場焊接應采取必要的措施，一般焊接的順序為先點固焊，后用書4．Omm的焊條蓋面，并在焊接前對焊口進行徹底打磨清理，對于一些重要的對接焊縫，在焊完后應及時進行探傷。

    5)結構軸線及標高的校正：每一片結構安裝到位后，應及時進行軸線及標高的測最和調整就位，待整片結構安裝完后，應進行全方位校正，校正采用攬風繩加鏈條葫蘆牽拉，校正到位后，及時鎖住鏈條葫蘆，并在結構件之間連上臨時支承。

    6)鋼結構的油漆工作：出廠的鋼結構均涂刷兩層防銹底漆，面漆的涂刷待安裝完成后進行，面漆的施工采用搭設滿堂腳手架的方式進行。

    2.3膜材的施工安裝

    2.3.1施工工藝流程

    安裝方案會審一復核支承結構尺寸"膜安裝技術交底"搭設安裝平臺或操作腳手架"布置繩網"鋪設保護布料"展開膜材"連接固定"安裝膜材"臨時固定膜邊角"張拉膜面"調整校正"防水處理"清洗膜面"最后檢查"(吊裝單元) "(就位固定) "驗收。(注：括號內施工流程僅適應于地面張拉的膜結構)。

    2.3.2操作要點

    1)膜體安裝前，應組織安裝相關人員對施工方案進行評審，確定詳細的安裝作業與安全技術措施，并做好交底工作。

    2)復核支承結構的各個尺寸，使每個控制點的安裝誤差均在設計和規范允許的范圍內。

    3)在組織驗收構件的同時要根據場地條件與施工方案搭設膜體安裝操作腳手架及平臺，必要時保護膜材及膜材展開作依托，要安裝繩網。若施工場無法搭設操作平臺，應用高空作  業車配合施工。

    4)膜材開卷的準備：準備好膜材端部用配件，將其安裝在膜體的長邊方向，并墊好橡膠墊。用金屬物品將短方向的膜材撐起。為防止膜材在張開時產生滑落，在長邊和短邊各間隔  處，按照圖紙要求安裝脊索的可調端，使脊索處于松弛狀態。

    5)膜材開卷：將膜材吊至鋼結構的上部．用拉緊器及面料夾板臨時固定四角自每條膜邊界中間開始固定，安裝膜材墊、膜材、塑膠條、鋁壓板及不銹鋼螺栓，然后再依次向兩邊固定。符合沒計要求后，安裝接縫處脊索，使脊索處于松弛狀態。

    6)膜材繃緊：用拉緊器將膜材下邊界向下張緊，拉力是200kg／m。對準中心線，用鋁壓板、螺栓固定邊界。

    7)調節可調套筒：調節螺栓，使活動套筒向下移動，初步張緊膜體。

    8)調緊脊索：利用可調錨頭拉緊脊索，使膜體達到設計狀態。因膜材在裁剪時已根據設計時膜的預張力狀態進行了補償，因此在將膜的各控制點張拉至預定的幾何位置時即認為膜材具備了預定的張力水平，同時結合目測膜面無皺褶，給予膜面局部一定的壓力或振動感受其剛度等手段最終確定膜體張拉就位。

    9）膜面張拉施工應采取分組分批張拉構件(包括索和膜)施工中準確控制各張拉應力點位置的張拉應力，逐步張拉到設計值，同時必須考慮分批張拉前后批次間內應變化，以及最后張拉批次構件完成后先期張拉構件的內力變化。

    10)針對不同的張拉膜構件，應根據具體工程實際制定相應的張拉順序及張拉方法，并對不同的施工方案進行優化．然后選取最優方案組織施工。

    11)膜體成型后要進行校正調整，根據設計圖紙及施工現場應力張拉情況，可對膜體局部做適當應力調整，以使膜體形式更趨于完美。

    12)膜節點部位作為膜結構的亮點及施工控制重點，膜體就位后要選擇適當的節點張拉錨件，張拉成形后要對具功能要求、美觀、防水等做重點檢查。

    13)膜體張拉工作完成后，項目質檢人員要會同監理人員對膜面張力按膜結構設計提供的膜面應力值測試部位和測試工具對膜面進行全面檢查驗收。

    14)密封條粘接：在接縫處用法拉利專用膠粘接密封條，密封條粘接后應平整。

    15)膜體清洗：用專用膜材清洗劑清洗在安裝過程中造成的膜材污染，用干凈的棉布擦干。

3.質量控制

    3.1支承鋼結構的質量控制

    3.1.1制作質量的控制

    對鋼構件的胎架劃線和搭設尺寸，鋼構件拼裝時的基準線和定位方式等進行嚴格檢查控制。鋼構件拼裝檢查應在制作焊接完成后的自由狀態下進行，應按每榀構件拼裝胎架中每一支點的三維空間位置驗收結構尺寸。

    3.1.2鋼結構的焊接質量控制

    焊接前應檢查母材及焊材、焊接位置、焊工合格證的有效期等，對焊工進行詳細的技術交底。對于首次焊接的鋼種，必須制定相應的焊接工藝并通過評定。焊接過程中，應嚴格把住焊接接頭的質量關。焊接后．對設計及規范要求探傷的焊縫+，應對每條焊縫按比例要求進行無損探傷。

    3.1.3螺栓連接質量控制

    制作時必須注意螺栓摩擦面的加工質量及安裝前的保護，并應按標準要求對每千噸、每種規格、每種加工藝的螺栓摩擦面進行抗滑移系數試驗．檢查螺栓出廠證明、批號，對不同批號的螺栓抽做軸力試驗。對螺栓的安裝工藝，包括操作順序、安裝方法、緊固順序、初擰、終擰進行嚴格控制檢查，擰螺栓的扭力扳手應進行標定。

    3.1.4鋼結構安裝質量控制

    安裝前，施工單位應對構什的產品合格證、設計文件與預拼裝記錄進行檢查，并復驗記錄構件尺寸。鋼結構的變形、缺陷超出允許偏差時，應進行處理。鋼結構安裝前，應編制詳細的測量的矯正工藝，厚鋼板的焊接應在焊接安裝前進行模擬產品結構的工藝試驗，編制相應的施工工藝。對拼裝好的屋架應預設一定的拱度。鋼結構吊裝就位后，應對構件定位軸線、標高等設計要求控制點進行測量做好標記，對吊裝對接接頭質量進行焊前檢查。安裝好l臨時支撐及鋼索以使鋼屋架在施工過程中安全穩定。

    3.1.5鋼結構涂裝的質量控制

    涂裝前，應按照標準圖譜檢查表面預處理的清潔度和粗糙度，測定涂裝環境溫度和濕度，符合要求后方可施涂。涂層表面不得誤涂、漏涂，無脫皮和返銹，對涂層表面質量進行觀察檢查，干漆膜厚度的檢驗方法和驗收標準應符合設計及BG50205等國家規范的有關規定。防火涂料應選擇施工當地消防部門認可的產品，并經國家權威防火產品檢測機構檢測符合設計對厚度和時間的要求。

    3.2膜結構支架的質量控制

    1)膜結構支架制作質量與鋼結構類似，其最大的要求是所有鋼構件的表面必須打磨光滑，不得有尖角毛刺，以防劃傷膜面。

    2)膜結構支架安裝質量主要是幾何尺寸和焊縫表面質量。為防止膜面安裝后起皺，并保證設計所需的張力．要求膜結構的安裝尺寸誤差盡可能地小，特別是要控制支架的平行度、對角線等相關尺寸的誤差。安裝焊縫必須打磨平整，以防劃破膜面。

    3.3膜面的質量控制

    3.3.1膜材質量控制

    膜材的主要指標，如單位重量、厚度、力學性能、光學性能、防火性能及耐久性等符合要求。

    3.3.2膜面的制作質量控制

    膜面的幾何尺寸檢查必須在拼接廠完成。卸貨時外裝的保護苫布不得有破損和劃傷。安裝前和安裝過程中，必須檢查膜上是否有劃傷、破洞、褶皺。如發現問題，應分清責任，要求膜面供貨單位或膜面安裝單位進行修補或退換。

    3.3.3膜面安裝質量控制

    鋼結構安裝和膜結構安裝由不同單位施工時，應協調好相互間的進度。膜面安裝施工時應注意天氣預報，保證在整個安裝過程中無四級以上大風和大雨。當膜面安裝過程中發生膜面破損，必須立即進行修補。膜面應力張拉不可一次到位，以防主體鋼結構側向失穩，應分塊逐步張拉到位。膜面張拉到位后，應對膜面張力按照膜結構設計提供的膜面應力值、測試部位和測試工具對膜面應力進行全面檢查驗收，同時檢查壓板螺栓有無漏裝漏擰。對薄弱環節，如膜面與天溝、膜面與支承結構的結合部位進行必要的防水處理。

    3.3.4鑼膜材安裝質量要求

    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。連接固定吊點牢固，排列整齊，縫線無脫落。無超張拉。膜面無大面積拉毛蹭傷。

4.安全措施

    1)由項目經理、專職安全員、班組長等組成安全施工管理領導小組，執行安全生產責任制，明確各級人員的職責。

    2)施工現場按符合防火、防風、防雷、防洪、防觸電等安全規定及安全施工要求進行布置，并完善布置各種安全標識。

    3)膜體應遠離火源和腐蝕物質。膜結構操作現場嚴禁吸煙。

    4)電纜線路應采用“三相五線”制，電氣設備和電氣線路必須絕緣良好。場內架設的電務線的高度和間距除應符合安全規定外，還應布置在專用的電桿上，不得隨地拖拉，也不得固定在鋼架上。配電柜、配電箱前要有絕緣墊，并安裝漏電保護裝置。

    5)電焊焊接前必須有良好的接地裝置。

    6)施工前應對施工人員進行安全技術交底，交底必須以書面的形式．并有所有施工人員的簽名。

    7)每天上班前班組長應組織全班人員進行班前活動，對工人進行安全意識教育。收工后進行一天中的安全施工總結，對違反安全施工紀律的行為進行懲罰并令其改正。

    8)施工過程中，所有施工人員必須戴安全帽，高處施工人員必須系安全帶。

    9)交叉施工時，下方操作人員操作前必須確定無安全隱患，并征得上方操作人員的同意后才能操作。

    10)施工過程中嚴禁場外人員穿越操作面的下方，必須穿越時，應呼應操作面相應位置的操作人員，避免墜物傷人。

    11)操作面應鋪50板、掛水平安全網繩。

    12)膜體在空中展開后必須采用牢固的臨時固定措施，每天收工前必須對未安裝完成的部分進行臨時固定。

    13)每天收工前，高空操作人員必須對隨身工具帶回地面，不得隨處亂扔。

    14)施工中若遇到四級以上大風和大雨，應立即停工，并對未安裝完成的部分進行臨時固定。

5.環保措施

    1)成立由項目經理任組長的環保施工管理領導小組，在施工過程中嚴格遵守國家和地方政府下發的有關環境保護的法律、法規利規章，加強對施工燃油、工程材料、設備、廢水、生活土產垃圾、棄渣的控制和治理，遵守防火及廢棄物處理的規章制度，認真接受城市交通管理。隨時接受相關單位的監督檢查。

    2)每天由項目環保施工管理領導小組全體或部分成員進行一次檢查．凡違反施工現場環境保護規定的及時提出整改。每月項目部應對環保工作進行兩次大檢查，在檢查中，對于不符合環境保護要求的采取“三定”原則(定人、定時、定措施)予以整改，落實后及時做好復檢工作。

    3)將施工場地和作業限制在工程建設允許的范圍內，合理布置，規范圍擋，做到標牌清楚、齊全，各種標識醒目，施工場地整潔文明。

    4)清洗膜面的水應經沉淀后有組織排放，不得無序亂排。

    5)優先選用先進的環保機械。操作面四周應適當遮擋，減少光污染。

6.實施效果

    1)由于膜材本身強度高、重量輕，從而大大減少了對支撐結構構件的強度要求，有效地降低了工程成本，其綜合成本要比傳統結構低。

    2)膜結構修理和維護費用低。

    3)膜材具有良好的透光率，建筑空問白天可以得到自然的漫散射日光，可以節約大量用于照明的電能。

參考文獻：

[1]建筑施工手冊編寫組．建筑施工手冊．中國建筑工業出版社，2003—    09(4)．

[2]膜結構技術規程．中國計劃出版社， 2004

(本文來源：陜西省土木建筑學會  文徑網絡：尚雯瀟 尹維維 編輯  文徑 審核)

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