二级专业结构辅导：张拉索膜结构体系及其施工技术

二级专业结构辅导：张拉索膜结构体系及其施工技术现代膜构造工程是集建筑学、构造力学、化工学、材料学及计算机学为一体的高科技工程”。由于它独特的性能和剧烈的视觉冲击效果，很快被人们所承受，并消失了不行阻挡的进展态势。膜构造建筑适用范围很广，可用于体育建筑、展览建筑、消遣建筑、演出建筑、机场建筑及各类海滨消遣休闲建筑及设施。

1膜构造分类

从构造形式上膜构造建筑可简洁地概括为充气式、骨架式和张拉式三大类口。

1．1充气式膜构造(AirSupportedMembraneStructure)

充气式膜构造是依靠膜曲面内外气压差来维持膜曲面的外形。这种索膜建筑历史较长，但因在使用功能上明显的局限性(如形象单一、空间要求气闭等)，使其应用面较窄；但充气式索膜体系造价较低，施工速度快，在特定的条件下又有明显优势。1970年日本大阪万国博览会的美国馆，采纳的就是这种构造，它标志着膜构造的开头。

1．2骨架式膜构造(FrameworkMembraneStructure)

骨架式索膜建筑常在某些特定的建筑中被采纳，是由于其构造形式本身的局限性(骨架体系自平衡，膜体仅为帮助物，使膜体强度高的特点发挥缺乏等)；而骨架形式与张拉形式的结合运用，常可取得更富于变化的建筑效果。骨架式索膜体系建筑表现含蓄，构造性能有肯定的局限性，造价低于张拉式体系。1996年亚特兰大奥运会主体育馆(佐治亚穹顶)为这类构造的典型工程。

1．3张拉式索膜构造(TensionedCable-MembraneStructure)

张拉式索膜建筑可谓索膜建筑的精华和代表。张拉索膜构造中膜曲面通过预应力维持自身外形，膜既是建筑物的圈护体又作为构造来反抗外部荷载效应。由于其建筑形象的可塑性和构造形式的高度敏捷性和适应性，该构造形式的应用极其广泛。张拉式索膜构造又可分为索网式、脊谷式等。这种体系富于表现力，构造性能强，但造价稍高，施工精度要求也高。这类工程最典型的是美国丹佛机场候机大楼。

2张拉索膜构造体系

张拉式索膜构造体系由膜体(膜材)、张拉索(边索、谷索、脊索和拉地索)、支承构造、锚固体系及各局部之间的连接节点等组成。

2.1膜材

膜材是由高强度的织物基材加上聚合物涂层构成的复合材料。膜材依据基材和外表涂层的不同，一般分为三大类：A种膜材(玻璃纤维基材、PTFE涂层)、B种膜材(玻璃纤维基材、硅酮涂层)、C种膜材(聚酯长丝基材、PVC涂层)。其中A种膜材多用于美洲和日本，C种膜材在欧洲较为常见，而B种膜材由于其自身性能等缘由很少采纳。

2.2索

常见膜构造中所用的索有钢丝等。依据索所处的位置和功能的不同可将索分为边索、谷索、脊索和拉地索。

2.3支承构造

膜构造都是支承在肯定的构造体系上。依据支承条件不同可将索膜构造支承体系分为三大类：刚性支承体系、柔性支承体系和混合支承体系。由于膜构造靠构造内的预应力来形成建筑的造型，故对支承构造的安装精度要求较高。在膜构造吊装前，须依据标准和设计要求对支承构造进展复测，并做复测纪录。

2.4锚固体系

属于自平衡体系的索膜构造，其索和膜的预应力是由边界构造构件来承受的，而非自平衡构造是通过抗拉锚固体系传递反抗索拉应力效应的。抗拉锚固体系可分为以下几类：重力锚固体系、抗拔桩锚固体系、阻力锚固体系(板式、蘑菇式、挡土墙式)、摩擦锚固体系和岩石锚固体系等。

2．5节点

膜构造的连接包括膜节点、膜边界、膜角点、膜脊和膜谷。膜节点是指膜裁剪片之间的连接，膜边界是指膜材与支承构造之间的连接，膜角点是指膜边界交汇的点，膜脊和膜谷是指支承构造和最低处膜的连接。节点设计是膜构造设计不行缺少的一局部，设计节点时不仅要考虑节点的功能要求，还应当满意美观的需要，且作为屋面节点还应当有良好的防水性能。

3张拉膜构造施工技术

3．1膜材裁剪、包装及运输

索膜构造体形通常都较为简单，各种角度变化较多，且加工精度要求特别高。在制作过程中要加强质量治理，保证制作精度。在膜构造制作前，需要对工程所用膜材及配件按设计和标准要求进展材质和力学性能检验，如膜材的双向拉伸试验。膜材加工制作要严格按设计图纸在专业车间由专业人员制作。由于索膜构造通常均为空间曲面，裁剪就是用平面膜材表示空间曲面。这种用平面膜材拟合空间曲面的方法必定存在误差，所以裁剪人员在膜材裁剪加工过程中参加一些补救措施是相当必要的。对已裁剪的膜片要分别进展尺寸复测和编号，并具体纪录实测偏差值。裁剪作业过程中应尽量避开膜体折叠和弯曲，以免膜体产生弯曲和折叠损伤而使膜面褶皱，影响建筑美观。膜片下料完成后再依据排水方向和膜片连接节点确定热熔合方案。在正式热合加工前，要进展焊接试验，确保焊接处强度不低于母材强度。

经检验合格的成品膜体，在包装前，应依据膜体特性、施工方案等确定完善的包装方案。如聚四氟乙烯为涂层的是玻璃纤维为基层的膜材料可以以卷的方式包装，其中卷芯直径不得小于100mm，对于无法卷成筒的膜体可以在膜体内衬填软质填充物，然后折叠包装。包装完成后，在膜体外包装上标记包装内容、使用部位及膜体折叠与绽开方向。在膜材运输过程中要尽量避开重压、弯折和损坏。同时在运输时也要充分考虑安装次序，尽量将膜体一次运送到位，避开膜体在场内的二次运输，削减膜体受损的时机。

膜材加工制作工艺漉程为：膜裁剪出图→审图→膜加工技术交底→检验→放样→裁剪→膜材预拼装→膜材热熔合→边缘加工→成型尺寸复核→清洗→包装→出厂。

3．2支承构造安装

张拉索膜构造的支承可分为刚性边界和柔性边界。支承构造安装误差的大小，不仅直接影响建筑的外观，还影响构造内预应力的分布，严峻者将影响构造的安全性。在安装支承钢构造前，应按标准和设计要求对钢构造根底的顶面标高、轴线尺寸做严格的复测，并作复测纪录。

支承构造安装工艺流程为：钢构造预埋交底→钢构造预埋→钢构造制作→根底预埋复核→构件防腐涂装→构件防火涂装→构件吊装。

3．3膜体安装

3．3．1预备工作

膜体进场安装前，应组织工程有关人员对施工方案进展评审，确定具体的安装作业与安全技术措施。先复核支承构造的各个尺寸，使每个掌握点的安装误差均在设计和标准允许的范围内；对膜体及配件的出厂证明、产品质量保证书、检测报告及品种、规格、数量进展验收；检查膜体外观是否有破损、褶皱，热熔合缝是否有脱落，螺栓、铝合金压条、不锈钢压条有无拉伤或锈蚀，索和锚具涂层是否破坏。

在组织验收构件的同时，还应依据场地条件和施工方案搭设膜体绽开平台，安装安。对大型的张拉膜构造，要收集安装期间的气象信息。安装过程中要亲密留意风向和风速，避开膜体发生抖动现象。在强风或大雨天气要准时停顿施工，并实行相应的安全防护措施。

3.3.2膜体安装

膜体安装包括膜体绽开、连接固定、吊装到位和张拉成形四个局部。

(1)绽开膜体前，在平台上铺设临时布料，以爱护膜材不被损伤及膜材清洁，严格按确定的挨次绽开膜体。翻开包装前应校对包装上的标记，确认安装部位，并按标记方向绽开，尽量避开绽开后的膜体在场内移动。在绽开的膜面上行走时要穿软底鞋，不得佩带硬物，以防膜体受到刮伤。

(2)在平台上绽开膜体后，用夹板将膜材与索连接固定。夹板的规格及夹板间的间距均应当严格按设计要求安装。对一次性吊装到位的膜体，也必需一次将夹板螺栓、螺母拧紧到位。

(3)目前索膜构造吊装较多应用多点整体提升法，是将已经成熟的整体“提升”技术加以改造用于索膜构造这种柔性构造的施工过程中，该工艺要求整个过程必需同步。起吊过程中掌握各吊点的上升速度和距离，确保膜面的传力匀称。

亦可采纳分块吊装的方法，将膜体按平面位置分为若干作业块，每块膜体同样采纳多点整体吊装技术，整体吊装到位。若采纳整体提升技术，要求投入的设备和人员较多，施工预备期较长。采纳分块吊装法将整个膜体分为5个作业块，第1片和第2片、第3片和第4片、第5片和第6片、第7片和第8片、第9片和第10片，每个作业块膜体的7个吊点同时提升。待全部膜体均到达设计高度后，再在空中将各个作业块连接到一起，其优越性相当明显。在整个安装过程中要特殊留意防止膜体在风荷载作用下产生过大的晃动。

(4)张拉成型是整个膜构造工程施工的重要环节，施工工程能否取得效果，取决于张拉是否满意设计要求。当支承构造为刚性边界时，预应力的施加要通过特别的构造来实施。对于柔性边界，可通过调整撑杆的位置来调整预应力的大小。张拉索膜构造中，膜材的张拉预应力是靠索供应的。整个张拉过程实际就是将各种索根据预定的应力张拉到位。张拉时应确定分批张拉的挨次、量值，掌握张拉速度，并依据材料的特性确定超张拉量值。张拉过程可以是分批、分级调整索的预应力，逐步张拉到达设计值；也可以对整体实施同步张拉。对有掌握要求的张力值应作施工纪录，对无掌握要求的也要作张拉行程纪录。

(5)膜安装