膜结构的应用和施工

膜结构的应用和施工本文简要介绍膜材料的主要类型、膜结构设计基本原理、膜结构的施工工艺，并探讨防火设施和膜结构配套使用之间的关系，以达到既能采用新颖建筑材料，又能满足防火工作要求，顺利通过消防验收的双赢目的。1.前言史前的人类用帐篷和伞来挡风遮雨，一般采用皮革或自然编织物制造，帐篷是人类历史上最早出现的膜结构建筑，帐篷和伞一样都反映着膜结构最原始的特点——即预加张力的薄层。“膜”（Membrane）这个词最早源于拉丁文，其含义是“轻且有张力”。20世纪50年代以来，随着高分子科学的发展，膜材的性能有很大的提高。带高分子覆盖的织物与塑料在膜结构领域的应用已有30多年的历史。美国拉文丁大学校园中心于1973年成为世界上首次使用PTFE膜材的膜结构工程。如今，膜结构在国外早已得到广泛应用；在国内正在被人们逐步接受并用于体育场馆、会展场馆等建筑中。2.膜材料膜材的选用与膜在建筑结构中的安装的位置和所起作用有关。现代膜结构使用的工程膜材主要有两种类型：一是以聚脂纤维织物结构为基材，五层复合聚氯乙烯树脂类材料制成的工程膜材（PVC）；二是以玻璃纤维为基材，面层复合四氟聚脂类材料而成的永久性建筑膜材（PTFE）。2.1几种常见的膜材。(1)PVC复合材料织物这种膜可抵抗恶劣气候，并有紫外线隔离能力。用这种膜材制成的膜结构容易安装，且表面光滑又容易清洁。PVC类膜在防火类别是阻燃的，其透光率一般可达20%，平均使用寿命大约5--20年。(2)PTFE覆层式玻璃纤维织物这种属于较高级的膜材，用于永久性的建筑结构中。该膜材张力极高，可抵抗紫外线，防火类别为阻燃，光滑的表面有着较高的反射率和自洁率，由于受到膜材厚度的限制，其透光率一般在12%左右。平均使用寿命大于30年。(3)PVC类织物匀质的PVC类织物可用于半透明或透明的内结构。该膜材有较强的散射能力，适用于背光的天花板以及投影屏幕，其透光率与PVC本身的性质有关：半透明的PVC，透光率为70%；透明的的PVC，透光率可达96%。平均使用寿命10--15年。(4)PTFE织入式纤维织物可适用于各类防日光设计，由于此类膜材表面没有覆层，防水性能差。该类膜材有较高的抗疲劳能力，可反复折叠，适用于折叠式或收缩式的膜结构。PTFE不易粘灰、能隔离紫外线、阻燃、较高的反射率。透光率一般可达35%，使用寿命20年左右。2.2膜材的基本质量要求和力学性能按照上海市工程建设规范《膜结构技术规程》（DGJ—97—2002）的规定；膨表瞧1析哥常用基材与涂始层的组合鞋组合送基材槐涂层俯1炒玻璃纤维卸聚四氟乙烯泪2煮玻璃纤维坟氟化树脂莲3俯玻璃纤维鹿聚氯乙烯兴4鄙聚脂类纤维舒聚氯乙烯肾5睛聚乙烯醇类纤但维票聚氯乙烯哑6菠聚酰胺类纤维恐聚氯乙烯迹表存2猾庄膜材的基本质呜量要求涨组合份基材湖（倘g/m侨2内）细涂层高（存g/m订2稼）歇膜材器质量工（奸g/m贤2蛾）涌厚度纪（或m壤m险）免1裹≥株150草40论0应—拐1100用≥酸550愤≥谱0.5蛮2督、供3棉≥旷150血40程0围—涌1100霞≥挣550青≥陈0.5煌4私、朱5战、颤6虾≥吓100堪40霸0供—尚1100基≥紫500锯≥狠0.5擦表也3辅却膜材的抗拉强喘度标准值峰强度（标准值揭）坝正常觉潮湿怎高温什抗拉强炮度惨F煎K字蛋侄（咳N/c剑m午）汽≥技200笋≥冷160筐≥拌140少注指：看1劝、潮湿是指把扩试件完全浸泡盈于水作中适72慢h邻后的抗拉强度誉；怒凯2闭、高温是指环膏境温度，即组把合剖1乞≥县150酸0防C欣，组龄合孤2胖—秤6际≥愿600巾0付C肾。所表女4庸醉膜材连接部位销的抗拉强度标先准值那强度（标准值毛）井正常槽潮湿砌高温咳机械缝连接三其他连接方法筒抗拉强垫度苏F骄C化K帜虫乐（故N/c劝m鉴）缸≥亩140葵≥霜160跃≥俗120脱≥吩90集注失：源1骡、潮湿是指把宫试件完全浸泡隔于水送中阻72约h罪后的抗拉强度匠；列说2锡、高温是指环腰境温度，即组耳合错1讽≥英150倘0哪C梳，组齿合眯2贿—吃6饮≥做600字0坝C抄。3.膜结构素由膜面和支撑抗结构共同组成脏的属于建筑物胃或构筑物的一蜘部分或整个结滨构称为膜结构删。尾3.1迫肾膜结构体系的搏类型置膜结构按其结慨构体系可分为名：张拉式、充糊气式、骨架式做。这里主要简泊述施工比较简姨单的骨架式膜永结构。课3.2巨垄膜结构设计的悟基本原理伯(1)涉掏设计荷载组合些设计荷载的组幻合应包括结构消内部所有自重停和预应力，可料作为每种荷载辽组合的切入点盟；谋荷载组框合斗⒈四梨灾预应玩力语+橡自重荷载腥荷载组士合乌⒉醉聚趴预应锻力未+侧自重荷夜载器+些风荷载励荷载组彩合皱⒊弄故转预应秆力然+否自重荷杨载时+紫雪荷载赖(2)唤婚设计基本原理朴膜结构是通过跃施加预应力用悠最小曲面法确愈定其初始状态斗，即为膜的找目形。然后分别张加以自重、风延与雪的荷载进歪行膜、索及钢予构的整体计算晕，从而评价结博构强度、刚度痒、稳定性。张座拉膜曲面的稳蔬定性是依靠经异向和纬向两个况主轴方向反向怀的曲率来保障械的：即其中一捧个方向的曲率逐如果是下凹的轧，另一个方向鲁就是上凸的，惯并且膜材纤维威的排列与这两娱个主轴方向是炕一致的。以张拉曲面中两研个主轴方向的笋内力可以抵抗休垂直曲面的外串荷载，其平衡偷条件可以如下诱形式表示：词冰扫酬P冒=焦（盲f负w说/R蔬w室耕）防—筋（刘f尾f牲/R来f厉）父撤式台中瓦P捆倡—拘—绝单位面积上的括外力兼矮f迟w亩科、耗遥f康f宰—西—指经、纬向单位稼长度的内力摇石R纸w纳、扁R枣f它—恼—盖经、纬向的曲箭率半径双随着外加荷载希的增加，膜面磁形状变化，其俯中一个主轴方悼向的内应力将促抵抗外荷载，习另外一个主轴拣方向的内应力激将对曲面起到扫平衡作用。棕在膜结构的设腔计中，应认为响膜材是各向异浙性的，并适用启于虎克定律。鲁作用在三角形索膜单元表面上燃的外部荷载由针节点力表示，狭三角形膜单元垮所属面积由其简周边的单元来傍决定。按照节句点荷载进行分唤析变形后的三朱角形膜单元的雷双向应力；局妥瓜σ引tx蜓=(E穴tx栋ε沈x挺)/(1灰-智ν朝x艇ν少y固)暗+筋ν狐y笛E奔ty回ε拐y穴/(1醒-准ν锐x缸ν杠y蚀)贪期报σ卖ty掘=(E娱ty睡ε哑y雅)/(1芳-讨ν项x刑ν鸽y室)课+惹ν修x决E杜tx我ε敬x职/(1讨-膛ν能x浓ν谁y掘)齐桑厚τ叉txy愧=G罩t耽γ山xy赢楼式喊中扯狱仁σ穗tx俱—域—斧X榴方向膜应健力被疲颂诵素σ秃ty剧—提—瑞Y笛方向膜应力家改浴邮τ店txy聚—锤—躬剪应力蓄罢E预tx月—凶—势X缠方向弹性模派量柔枕翅E炎ty祖—酬—纤Y随方向弹性模量诚撇辩拌ν意x坦—楚—隐X催方向泊松苍比象现锡听胖ν跌y痰—黎—披Y士方向泊松比注梦G弊t饱—火—状剪切模播量寨堡显努膨γ咬xy烦—友—状X慌Y匀面内剪应变岸由此可见，在桑膜结构的设计劳中，膜材的双藏轴拉伸特性、影弹性模量、泊串松比等参数是槐至关重要的。翅3.3陶蛛膜结构施工技荒术要点趁(1)世假膜布的加工制参作智制作工艺流程汤：异设计冤图晕/钻扑裁剪砖图窄/纠遭裁好剪放/临眼热熔牺合弃/雁俗成品检油验骡/浇责捆包出园厂馒/丹似进入施工现场裙1叶）裁剪：目前微的膜材裁剪采馅用二种方法，壶一是按照裁剪丸图用纸裁剪出做实样，然后在诱膜布上画线裁自剪，该方法落替后且裁剪误差督较大。二是把芹裁剪图输入计围算机连线控制代镭射自动裁剪衣机进行画线裁鉴剪膜布，目前印这种高精度的斤自动裁剪装置袋在我国国内的阻极少数膜结构掀公司采用。玻2炮）热熔合：是时将裁剪好的膜柿布用热熔合加姿工机进行膜布市与膜布之间的酿熔合连接。膜炎布与膜布之间岭夹劫铺芹FE逢P氏胶卷并通你过巷FE绒P清胶卷粘贴机相彩结合后，然后穴进入热熔合加震工机熔合连接铺。熔合质量的严控制要点是在安于热熔合温度纤和张拉防止热甩变形之管理。首3饥）捆包：由于栗膜材特别旺是栗PTF银E遣膜材在捆包时看，必须做好防带止膜材折痕、撕折纹等损伤，起一般采用纸管窑为捆包基材。灭(2)酿牢产品成形过程筝检验看1模）膜材的物理圣性检验：主要追检验项目有重该量、厚度、宽谅度、抗拉强度律、线密度、撕贩裂强度等。窄2僵）膜材的外观座检验：主要是拆把膜材铺设在辨光桌上，利用薪透过光线目测招检验膜布是否批存在缺陷部分逼。露3奶）膜材熔接品既质检验：在膜袭材熔接前，先芒做试件热熔合斤试验，得到热检熔合基准值，陪然后确认熔接旋设备是否可使排熔接品质保持别在基准值之内饭完成加工之检伤验。主要检验爸项目有剥离强乌度和剥离状态赏。损(3)影迁膜结构现场安支装浪病旗安装施工工艺记流程：协赞乘搭设膜面搁置距平脱台怪/墓除安装网胁绳排/全霉膜面展薪开址/扇叹短边固定、长帜边临时固睡定详/羡堆安装隔跨膜穗面岗/代慕长边连洲接步/天碑膜面张轨拉醉/屯特应力测添试陡/冻读工序完成收尾南工作面1愚）网绳安装：前在膜面铺设前渴，完成网绳安糟装，对网绳应仔施以足够的预朗应力，作为膜末展开时的依托爆。松2租）膜面展开：挨是通过两侧拉仪动，逐步将膜棉布由中间向两折侧展开至设计它要求的位置，妹并同时安装反索网绳，防止风匙的作用移动和击对膜面的损伤奶。虽3麦）膜布边的固毯定：用钢丝绳蛮紧绳机扣住膜自布边不锈钢夹玩具逐步向安装惕在钢屋架上的肚膜结构支架牵感引，并用临时涌张拉螺栓作临裁时固定。今4帖）膜面张拉：疤为补偿膜面张还拉过程中以及释使用过程中的蛙预应力损失，泊膜面张拉的周块期一般需经过量三次；第一天岭张拉至设计应瓦力笋的骡60阳%宿，第二天张拉扬至设计应力帽的辨100立%窝，第三天至第食五天开始逐步雨张拉至设计应夹力针的侨110朝%蛋，在今后的使替用过程中膜面掘应力将逐步下摊降而达到设计状要求。陕4.样殿膜结构的限制浪使用范围鬼按照我国的《霞建筑内部装修系设计防火规范谈》怨（迈GB5022奉2暂—衬9樱5苗）宋（洁200内1破年修订版）第镇蜓条的规定：体腥育馆不论是大患于滤300漏0旋座位或是小于沸等肢于丙300娃0哀座位的建筑规歉模或国家级、肆省级的展览馆社，其顶棚的装散修材料必须廊是灰A嘱级防火材料镇。畅A砍级防火材料应劝为：天然石料蔽制品、水泥制拼品、粘土制品套、金属制品以碎及玻璃、瓷砖胸等。很显然；治膜材料不宇是聪A宏级防火材料。绿有试验资料证堡明膜材料的防彻火性能只能达瓣到冒B抱1敏级，也就是说丈：膜材料既不要能作为顶棚的雨装修材料，更粘不能用作为屋馅盖结构。蝇目前，在我国搭有几个城市的叙体育馆、展览你馆采用了膜结专构屋面已经引旋起消防械方面的重视；魄由于膜材料防解火性能士为