張拉膜的安裝設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)
深港膜結(jié)構(gòu)有限公司-專業(yè)空間膜,膜結(jié)構(gòu),張拉膜,停車棚等設(shè)計(jì)研發(fā)。
一、張拉膜概念性的設(shè)計(jì)
一種新的結(jié)構(gòu)形式出現(xiàn),必然遵循一定的理論規(guī)律,也就是首先是概念性的設(shè)計(jì),初步的規(guī)劃.整體的劃分,形成塊,再具體到細(xì)部. 一、從結(jié)構(gòu)方式上大致可分為骨架式、張拉式、充氣式膜結(jié)構(gòu)3種形式 1.骨架式膜結(jié)構(gòu)（Frame Supported Structure） 以鋼構(gòu)或是集成材構(gòu)成的屋頂骨架后，在其上方張拉膜材的構(gòu)造形 式，下部支撐結(jié)構(gòu)安定性高，因屋頂造型比較單純，開口部不易受限制， 且經(jīng)濟(jì)效益高等特點(diǎn)，廣泛適用于任何大，小規(guī)模的空間。 2.張拉式膜結(jié)構(gòu)（Tension Suspension Structure） 以膜材、鋼索及支柱構(gòu)成，利用鋼索與支柱在膜材中導(dǎo)入張力以達(dá)安 定的形式。除了可實(shí)踐具創(chuàng)意，創(chuàng)新且美觀的造型外，也是最能展現(xiàn)膜結(jié) 構(gòu)精神的構(gòu)造形式。 近年來，大型跨距空間也多采用以鋼索與壓縮材構(gòu)成 鋼索網(wǎng)來支撐上部膜材的形式。因施工精度要求高，結(jié)構(gòu)性能強(qiáng)，且具豐 富的表現(xiàn)力，所以造價(jià)略高于骨架式膜結(jié)構(gòu)。 3.充氣式膜結(jié)構(gòu)（Pneumatic Structure） 充氣式膜結(jié)構(gòu)是將膜材固定于屋頂結(jié)構(gòu)周邊，利用送風(fēng)系統(tǒng)讓室內(nèi)氣 壓上升到一定壓力后，使屋頂內(nèi)外產(chǎn)生壓力差，以抵抗外力，因利用氣壓 來支撐，及鋼索作為輔助材，無需任何梁，柱支撐，可得更大的空間，施工 快捷，經(jīng)濟(jì)效益高，但需維持進(jìn)行24小時(shí)送風(fēng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，在持續(xù)運(yùn)行及機(jī)器 維護(hù)費(fèi)用的成本上較高。| 二、膜材料用于膜結(jié)構(gòu)建筑中的膜材是一種具有強(qiáng)度，柔韌性好的薄膜材料，是由纖維編織成織物基材，在其基材兩面以樹脂為涂層材所加工固定而成的材料，中心的織物基材分為聚酯纖維及玻璃纖維，而作為涂層材使用的樹脂有聚氯乙烯樹脂（PVC），硅酮（silicon）及聚四氟乙烯樹脂（PTFE），在力學(xué)上織物基材及涂層材分別具有影響下列的功能性質(zhì)。 織物基材——抗拉強(qiáng)度，抗撕裂強(qiáng)度，耐熱性，耐久性，防火性。 涂 層 材——耐候性，防污性，加工性，耐水性，耐品，透光性。 三、膜材的正確選定用于建筑膜結(jié)構(gòu)的膜材，依涂層材不同大致可分為PVC膜與PTEF膜，膜材的正確選定應(yīng)考慮其建筑的規(guī)模大小、用途、形式，使用年限及預(yù)算等綜合因素后決定。 PVC膜（PVC-Coated Polyester） PVC膜材在材料及加工上都比PTFE膜便宜，且具有材質(zhì)柔軟，易施工的優(yōu)點(diǎn)。但在強(qiáng)度、耐用年限、防火性等性能上較PTFE膜差。PVC膜材是由聚脂纖維織物加上PVC涂層（聚氯乙烯）而成，一般建筑用的膜材，是在PVC涂層材的表面處理上，涂以數(shù)micron厚的壓克力樹脂（acrylic），以改善防污性。但是，經(jīng)過數(shù)年之后就會變色、污損、劣化。一般PVC膜的耐用年限，依使用環(huán)境不同在5~8年。為了改善PVC膜材的耐侯性，近年來已研發(fā)出以氟素系樹脂于PVC涂層材的表面處理上做涂層，以改善其耐侯性及防污性的膜材。 PVDF PVDF是二氟化樹脂（Polyvinylidene Fluoride）的略稱，在PVC膜表面處理上加以PVDF樹脂涂層的材料稱為PVDF膜。PVDF膜與一般的PVC膜比較，耐用年限改善至7~10年左右。 PVF PVF是一氟化樹脂（Polyvinyl Fluoride）的略稱。PVF膜材是在PVC膜的表面處理上以PVF樹脂做薄膜狀薄片（laminate）加工，比PVDF膜的耐久性更佳，更具有防沾污的優(yōu)點(diǎn)。但因?yàn)榧庸ば�、施工性與防火性都不佳，所以使用用途受到限制。 PTFE膜（PTFE Coated Fiberglass） PTFE膜是在超細(xì)玻璃纖維織物上，涂以聚四氟乙烯樹脂而成的材料。PTFE膜最大的特微就是耐久性、防火性與防污性高。但PTFE膜與PVC膜比較，材料費(fèi)與加工費(fèi)高，且柔軟性低，在施工上為避免玻璃纖維被折斷，須有專用治工具與施工技術(shù)。 耐久性：涂層材的PTFE對酸、鹼等化學(xué)物質(zhì)及紫外線非常安定，不易發(fā)生變色或破裂。玻璃纖維在經(jīng)長期使用后，不會引起強(qiáng) 度劣化或張力減低。膜材顏色一般為白色、透光率高，耐久性在25年以上。 防污性：因涂層材為聚四氟乙烯樹脂，表面摩擦系數(shù)低，所以不易污染，可藉由雨水洗凈。 防火性：PTFE膜符合近所有國家的防火材料試驗(yàn)合格的特性，可替代其它的屋頂材料做同等的使用用途。 四、工程應(yīng)用體育設(shè)施—體育場館、健身中心等交通設(shè)施—機(jī)場、火車站、公交車站、高速公路收費(fèi)站、加油站等文化設(shè)施—展覽/會議中心、劇場、博物館、動(dòng)物園、水族館等景觀設(shè)施—建筑入口、泳池小品、小區(qū)長廊、戶外廣場、公園小品、標(biāo)識性建筑等商業(yè)設(shè)施—購物中心、餐廳、步行街等工業(yè)設(shè)施—工廠、倉庫、污水處理中心、物流中心、溫室等。 張拉膜結(jié)構(gòu)的基本組成單元通常有：膜材、索與支承結(jié)構(gòu)（桅桿、拱或其他剛性構(gòu)件）。 膜材一種新興的建筑材料，已被公認(rèn)為是繼磚、石、混凝土、鋼和木材之后的“第六種建筑材料”。膜材本身不能受壓也不能抗彎，所以要使膜結(jié)構(gòu)正常工作就必須引入適當(dāng)?shù)念A(yù)張力。此外，要保證膜結(jié)構(gòu)正常工作的另一個(gè)重要條件就是要形成互反曲面。傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)為了減小結(jié)構(gòu)的變形就必須增加結(jié)構(gòu)的抗力；而膜結(jié)構(gòu)是通過改變形狀來分散荷載，從而獲得最小內(nèi)力增長的。當(dāng)膜結(jié)構(gòu)在平衡位置附近出現(xiàn)變形時(shí)，可產(chǎn)生兩種回復(fù)力：一個(gè)是由幾何變形引起的；另一個(gè)是由材料應(yīng)變引起的。通常幾何剛度要比彈性剛度大得多，所以要使每一個(gè)膜片具有良好的剛度，就應(yīng)盡量形成負(fù)高斯曲面，即沿對角方向分別形成“高點(diǎn)”和“低點(diǎn)”�！案唿c(diǎn)”通常是由桅桿來提供的，也許是由于這個(gè)原因，有些文獻(xiàn)上也把張拉膜結(jié)構(gòu)叫做懸掛膜結(jié)構(gòu)（suspension membrane）。 索作為膜材的彈性邊界，將膜材劃分為一系列膜片，從而減小了膜材的自由支承長度，使薄膜表面更易形成較大的曲率。有文獻(xiàn)指出，膜材的自由支承長度不宜超過15米，且單片膜的覆蓋面積不宜大于500平米。此外，索的另一個(gè)重要作用就是對桅桿等支承結(jié)構(gòu)提供附加支撐，從而保證不會因膜材的破損而造成支承結(jié)構(gòu)的倒塌。 膜結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)主要包括以下內(nèi)容： 1，初始態(tài)分析：確保生成形狀穩(wěn)定、應(yīng)力分布均勻的三維平衡曲面，并能夠抵抗各種可能的荷載工況；這是一個(gè)反復(fù)修正的過程。 2，荷載態(tài)分析：張拉膜結(jié)構(gòu)自身重量很輕，僅為鋼結(jié)構(gòu)的1／5，混凝土結(jié)構(gòu)的1／40；因此膜結(jié)構(gòu)對地震力有良好的適應(yīng)性，而對風(fēng)的作用較為敏感。此外還要考慮雪荷載和活荷載的作用。由于目前觀測資料尚少，故對膜結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)通常采用安全系數(shù)法。 3，主要結(jié)構(gòu)構(gòu)件尺寸的確定，及對支承結(jié)構(gòu)的有限元分析。當(dāng)支承結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法與膜結(jié)構(gòu)不同時(shí)，應(yīng)注意不同設(shè)計(jì)方法間的系數(shù)轉(zhuǎn)換。 4，連接設(shè)計(jì)：包括螺栓、焊縫和次要構(gòu)件尺寸。 5，剪裁設(shè)計(jì)：這一過程應(yīng)具備必要的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，包括所選用膜材的楊氏模量和剪裁補(bǔ)償值（應(yīng)通過雙軸拉伸試驗(yàn)確定）。 膜結(jié)構(gòu)在方案階段需要考慮的問題有： 1，預(yù)張力的大小及張拉方式； 2，根據(jù)控制荷載來確定膜片的大小和索的布置方式； 3，考慮膜面及其固定件的形狀以避免積水（雪）； 4，關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)，以避免應(yīng)力集中； 5，考慮膜材的運(yùn)輸和吊裝； 6，耐久性與防火考慮。 在膜結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)階段所要考慮的要點(diǎn)有： 1，保證膜面有足夠的曲率，以獲得較大的剛度和美學(xué)效果； 2，細(xì)化支承結(jié)構(gòu)，以充分表達(dá)透明的空間和輕巧的形狀；3，簡化膜與支承結(jié)構(gòu)間的連接節(jié)點(diǎn)，降低現(xiàn)場施工量。
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二、安裝張拉膜是必須要注意的事項(xiàng)
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。 ①展開膜體前，在平臺上鋪設(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)校對包裝上的標(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內(nèi)移動(dòng)。在展開的膜面上行走時(shí)要穿軟底鞋，不得佩帶硬物，以防膜體受到刮傷。 ②在平臺上展開膜體后，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。 ③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，確保膜面的傳力均勻。
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。若采用整體提升技術(shù)，要求投入的設(shè)備和人員較多，施工準(zhǔn)備期較長。采用分塊吊裝法將整個(gè)膜體分為5個(gè)作業(yè)塊，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，每個(gè)作業(yè)塊膜體的7個(gè)吊點(diǎn)同時(shí)提升。待所有膜體均到達(dá)設(shè)計(jì)高度后，再在空中將各個(gè)作業(yè)塊連接到一起，其優(yōu)越性相當(dāng)明顯。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)。 ④張拉成型是整個(gè)膜結(jié)構(gòu)工程施工的重要環(huán)節(jié)，施工項(xiàng)目能否取得效果，取決于張拉是否滿足設(shè)計(jì)要求。當(dāng)支承結(jié)構(gòu)為剛性邊界時(shí)，預(yù)應(yīng)力的施加要通過特殊的構(gòu)造來實(shí)施。對于柔性邊界，可通過調(diào)整撐桿的位置來調(diào)節(jié)預(yù)應(yīng)力的大小。張拉索膜結(jié)構(gòu)中，膜材的張拉預(yù)應(yīng)力是靠索提供的。整個(gè)張拉過程實(shí)際就是將各種索按照預(yù)定的應(yīng)力張拉到位。張拉時(shí)應(yīng)確定分批張拉的順序、量值，控制張拉速度，并根據(jù)材料的特性確定超張拉量值。張拉過程可以是分批、分級調(diào)整索的預(yù)應(yīng)力，逐步張拉達(dá)到設(shè)計(jì)值；也可以對整體實(shí)施同步張拉。對有控制要求的張力值應(yīng)作施工紀(jì)錄，對無控制要求的也要作張拉行程紀(jì)錄。
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