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張拉膜的安裝設計細節(jié)

深港膜結構有限公司-專業(yè)空間膜,膜結構,張拉膜,停車棚等設計研發(fā)。

一、張拉膜概念性的設計

一種新的結構形式出現(xiàn),必然遵循一定的理論規(guī)律,也就是首先是概念性的設計,初步的規(guī)劃.整體的劃分,形成塊,再具體到細部.

　　 一、從結構方式上大致可分為骨架式、張拉式、充氣式膜結構3種形式

1.骨架式膜結構（Frame Supported Structure）
以鋼構或是集成材構成的屋頂骨架后，在其上方張拉膜材的構造形 式，下部支撐結構安定性高，因屋頂造型比較單純，開口部不易受限制， 且經(jīng)濟效益高等特點，廣泛適用于任何大，小規(guī)模的空間。

2.張拉式膜結構（Tension Suspension Structure）
以膜材、鋼索及支柱構成，利用鋼索與支柱在膜材中導入張力以達安 定的形式。除了可實踐具創(chuàng)意，創(chuàng)新且美觀的造型外，也是最能展現(xiàn)膜結 構精神的構造形式。 近年來，大型跨距空間也多采用以鋼索與壓縮材構成 鋼索網(wǎng)來支撐上部膜材的形式。因施工精度要求高，結構性能強，且具豐 富的表現(xiàn)力，所以造價略高于骨架式膜結構。

3.充氣式膜結構（Pneumatic Structure）
充氣式膜結構是將膜材固定于屋頂結構周邊，利用送風系統(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)濟效益高，但需維持進行24小時送風機運轉，在持續(xù)運行及機器 維護費用的成本上較高。|

二、膜材料用于膜結構建筑中的膜材是一種具有強度，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），在力學上織物基材及涂層材分別具有影響下列的功能性質。

織物基材——抗拉強度，抗撕裂強度，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構的膜材，依涂層材不同大致可分為PVC膜與PTEF膜，膜材的正確選定應考慮其建筑的規(guī)模大小、用途、形式，使用年限及預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，且具有材質柔軟，易施工的優(yōu)點。但在強度、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。但因為加工性、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，材料費與加工費高，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。

耐久性：涂層材的PTFE對酸、鹼等化學物質及紫外線非常安定，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　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、工程應用體育設施—體育場館、健身中心等交通設施—機場、火車站、公交車站、高速公路收費站、加油站等文化設施—展覽/會議中心、劇場、博物館、動物園、水族館等景觀設施—建筑入口、泳池小品、小區(qū)長廊、戶外廣場、公園小品、標識性建筑等商業(yè)設施—購物中心、餐廳、步行街等工業(yè)設施—工廠、倉庫、污水處理中心、物流中心、溫室等。
張拉膜結構的基本組成單元通常有：膜材、索與支承結構（桅桿、拱或其他剛性構件）。

膜材一種新興的建筑材料，已被公認為是繼磚、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，所以要使膜結構正常工作就必須引入適當?shù)念A張力。此外，要保證膜結構正常工作的另一個重要條件就是要形成互反曲面。傳統(tǒng)結構為了減小結構的變形就必須增加結構的抗力；而膜結構是通過改變形狀來分散荷載，從而獲得最小內(nèi)力增長的。當膜結構在平衡位置附近出現(xiàn)變形時，可產(chǎn)生兩種回復力：一個是由幾何變形引起的；另一個是由材料應變引起的。通常幾何剛度要比彈性剛度大得多，所以要使每一個膜片具有良好的剛度，就應盡量形成負高斯曲面，即沿對角方向分別形成“高點”和“低點”�！案唿c”通常是由桅桿來提供的，也許是由于這個原因，有些文獻上也把張拉膜結構叫做懸掛膜結構（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，索的另一個重要作用就是對桅桿等支承結構提供附加支撐，從而保證不會因膜材的破損而造成支承結構的倒塌。

膜結構設計主要包括以下內(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；這是一個反復修正的過程。
2，荷載態(tài)分析：張拉膜結構自身重量很輕，僅為鋼結構的1／5，混凝土結構的1／40；因此膜結構對地震力有良好的適應性，而對風的作用較為敏感。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，故對膜結構的設計通常采用安全系數(shù)法。
3，主要結構構件尺寸的確定，及對支承結構的有限元分析。當支承結構的設計方法與膜結構不同時，應注意不同設計方法間的系數(shù)轉換。
4，連接設計：包括螺栓、焊縫和次要構件尺寸。
5，剪裁設計：這一過程應具備必要的試驗數(shù)據(jù)，包括所選用膜材的楊氏模量和剪裁補償值（應通過雙軸拉伸試驗確定）。
膜結構在方案階段需要考慮的問題有：
1，預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，關鍵節(jié)點的設計，以避免應力集中；
5，考慮膜材的運輸和吊裝；
6，耐久性與防火考慮。
在膜結構設計階段所要考慮的要點有：
1，保證膜面有足夠的曲率，以獲得較大的剛度和美學效果；
2，細化支承結構，以充分表達透明的空間和輕巧的形狀；3，簡化膜與支承結構間的連接節(jié)點，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

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部分。
①展開膜體前，在平臺上鋪設臨時布料，以保護膜材不被損傷及膜材清潔，嚴格按確定的順序展開膜體。打開包裝前應校對包裝上的標記，確認安裝部位，并按標記方向展開，盡量避免展開后的膜體在場內(nèi)移動。在展開的膜面上行走時要穿軟底鞋，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該嚴格按設計要求安裝。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目前索膜結構吊裝較多應用多點整體提升法，是將已經(jīng)成熟的整體“提升”技術加以改造用于索膜結構這種柔性結構的施工過程中，該工藝要求整個過程必須同步。起吊過程中控制各吊點的上升速度和距離，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整體吊裝技術，整體吊裝到位。若采用整體提升技術，要求投入的設備和人員較多，施工準備期較長。采用分塊吊裝法將整個膜體分為5個作業(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，每個作業(yè)塊膜體的7個吊點同時提升。待所有膜體均到達設計高度后，再在空中將各個作業(yè)塊連接到一起，其優(yōu)越性相當明顯。在整個安裝過程中要特別注意防止膜體在風荷載作用下產(chǎn)生過大的晃動。

④張拉成型是整個膜結構工程施工的重要環(huán)節(jié)，施工項目能否取得效果，取決于張拉是否滿足設計要求。當支承結構為剛性邊界時，預應力的施加要通過特殊的構造來實施。對于柔性邊界，可通過調(diào)整撐桿的位置來調(diào)節(jié)預應力的大小。張拉索膜結構中，膜材的張拉預應力是靠索提供的。整個張拉過程實際就是將各種索按照預定的應力張拉到位。張拉時應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)整索的預應力，逐步張拉達到設計值；也可以對整體實施同步張拉。對有控制要求的張力值應作施工紀錄，對無控制要求的也要作張拉行程紀錄。