膜結(jié)構(gòu)的應(yīng)用和施工

膜結(jié)構(gòu)的應(yīng)用和施工本文簡(jiǎn)要介紹膜材料的主要類型、膜結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)基本原理、膜結(jié)構(gòu)的施工工藝，并探討防火設(shè)施和膜結(jié)構(gòu)配套使用之間的關(guān)系，以達(dá)到既能采用新穎建筑材料，又能滿足防火工作要求，順利通過(guò)消防驗(yàn)收的雙贏目的。1.前言史前的人類用帳篷和傘來(lái)?yè)躏L(fēng)遮雨，一般采用皮革或自然編織物制造，帳篷是人類歷史上最早出現(xiàn)的膜結(jié)構(gòu)建筑，帳篷和傘一樣都反映著膜結(jié)構(gòu)最原始的特點(diǎn)——即預(yù)加張力的薄層?！澳ぁ保∕embrane）這個(gè)詞最早源于拉丁文，其含義是“輕且有張力”。20世紀(jì)50年代以來(lái)，隨著高分子科學(xué)的發(fā)展，膜材的性能有很大的提高。帶高分子覆蓋的織物與塑料在膜結(jié)構(gòu)領(lǐng)域的應(yīng)用已有30多年的歷史。美國(guó)拉文丁大學(xué)校園中心于1973年成為世界上首次使用PTFE膜材的膜結(jié)構(gòu)工程。如今，膜結(jié)構(gòu)在國(guó)外早已得到廣泛應(yīng)用；在國(guó)內(nèi)正在被人們逐步接受并用于體育場(chǎng)館、會(huì)展場(chǎng)館等建筑中。2.膜材料膜材的選用與膜在建筑結(jié)構(gòu)中的安裝的位置和所起作用有關(guān)?，F(xiàn)代膜結(jié)構(gòu)使用的工程膜材主要有兩種類型：一是以聚脂纖維織物結(jié)構(gòu)為基材，五層復(fù)合聚氯乙烯樹(shù)脂類材料制成的工程膜材（PVC）；二是以玻璃纖維為基材，面層復(fù)合四氟聚脂類材料而成的永久性建筑膜材（PTFE）。2.1幾種常見(jiàn)的膜材。(1)PVC復(fù)合材料織物這種膜可抵抗惡劣氣候，并有紫外線隔離能力。用這種膜材制成的膜結(jié)構(gòu)容易安裝，且表面光滑又容易清潔。PVC類膜在防火類別是阻燃的，其透光率一般可達(dá)20%，平均使用壽命大約5--20年。(2)PTFE覆層式玻璃纖維織物這種屬于較高級(jí)的膜材，用于永久性的建筑結(jié)構(gòu)中。該膜材張力極高，可抵抗紫外線，防火類別為阻燃，光滑的表面有著較高的反射率和自潔率，由于受到膜材厚度的限制，其透光率一般在12%左右。平均使用壽命大于30年。(3)PVC類織物勻質(zhì)的PVC類織物可用于半透明或透明的內(nèi)結(jié)構(gòu)。該膜材有較強(qiáng)的散射能力，適用于背光的天花板以及投影屏幕，其透光率與PVC本身的性質(zhì)有關(guān)：半透明的PVC，透光率為70%；透明的的PVC，透光率可達(dá)96%。平均使用壽命10--15年。(4)PTFE織入式纖維織物可適用于各類防日光設(shè)計(jì)，由于此類膜材表面沒(méi)有覆層，防水性能差。該類膜材有較高的抗疲勞能力，可反復(fù)折疊，適用于折疊式或收縮式的膜結(jié)構(gòu)。PTFE不易粘灰、能隔離紫外線、阻燃、較高的反射率。透光率一般可達(dá)35%，使用壽命20年左右。2.2膜材的基本質(zhì)量要求和力學(xué)性能按照上海市工程建設(shè)規(guī)范《膜結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》（DGJ—97—2002）的規(guī)定；膨表瞧1析哥常用基材與涂始層的組合鞋組合送基材槐涂層俯1炒玻璃纖維卸聚四氟乙烯淚2煮玻璃纖維墳氟化樹(shù)脂蓮3俯玻璃纖維鹿聚氯乙烯興4鄙聚脂類纖維舒聚氯乙烯腎5睛聚乙烯醇類纖但維票聚氯乙烯啞6菠聚酰胺類纖維恐聚氯乙烯跡表存2猾莊膜材的基本質(zhì)嗚量要求漲組合份基材湖（倘g/m僑2內(nèi)）細(xì)涂層高（存g/m訂2稼）歇膜材器質(zhì)量工（奸g/m賢2蛾）涌厚度紀(jì)（或m壤m(xù)險(xiǎn)）免1裹≥株150草40論0應(yīng)—拐1100用≥酸550憤≥譜0.5蠻2督、供3棉≥曠150血40程0圍—涌1100霞≥掙550青≥陳0.5煌4私、朱5戰(zhàn)、顫6蝦≥嚇100堪40霸0供—尚1100基≥紫500鋸≥狠0.5擦表也3輔卻膜材的抗拉強(qiáng)喘度標(biāo)準(zhǔn)值峰強(qiáng)度（標(biāo)準(zhǔn)值揭）壩正常覺(jué)潮濕怎高溫什抗拉強(qiáng)炮度慘F煎K字蛋侄（咳N/c劍m午）汽≥技200筍≥冷160筐≥拌140少注指：看1勸、潮濕是指把擴(kuò)試件完全浸泡盈于水作中適72慢h鄰后的抗拉強(qiáng)度譽(yù)；怒凱2閉、高溫是指環(huán)膏境溫度，即組把合剖1乞≥縣150酸0防C欣，組齡合孤2胖—秤6際≥愿600巾0付C腎。所表女4庸醉膜材連接部位銷的抗拉強(qiáng)度標(biāo)先準(zhǔn)值那強(qiáng)度（標(biāo)準(zhǔn)值毛）井正常槽潮濕砌高溫咳機(jī)械縫連接三其他連接方法筒抗拉強(qiáng)墊度蘇F驕C化K幟蟲(chóng)樂(lè)（故N/c勸m鑒）缸≥畝140葵≥霜160躍≥俗120脫≥吩90集注失：源1騾、潮濕是指把宮試件完全浸泡隔于水送中阻72約h罪后的抗拉強(qiáng)度匠；列說(shuō)2錫、高溫是指環(huán)腰境溫度，即組耳合錯(cuò)1諷≥英150倘0哪C梳，組齒合瞇2賄—吃6飲≥做600字0壩C抄。3.膜結(jié)構(gòu)素由膜面和支撐抗結(jié)構(gòu)共同組成臟的屬于建筑物胃或構(gòu)筑物的一蜘部分或整個(gè)結(jié)濱構(gòu)稱為膜結(jié)構(gòu)刪。尾3.1迫腎膜結(jié)構(gòu)體系的搏類型置膜結(jié)構(gòu)按其結(jié)慨構(gòu)體系可分為名：張拉式、充糊氣式、骨架式做。這里主要簡(jiǎn)泊述施工比較簡(jiǎn)姨單的骨架式膜永結(jié)構(gòu)。課3.2巨壟膜結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的悟基本原理伯(1)涉掏設(shè)計(jì)荷載組合些設(shè)計(jì)荷載的組幻合應(yīng)包括結(jié)構(gòu)消內(nèi)部所有自重停和預(yù)應(yīng)力，可料作為每種荷載遼組合的切入點(diǎn)盟；謀荷載組框合斗⒈四梨災(zāi)預(yù)應(yīng)玩力語(yǔ)+橡自重荷載腥荷載組士合烏⒉醉聚趴預(yù)應(yīng)鍛力未+側(cè)自重荷夜載器+些風(fēng)荷載勵(lì)荷載組彩合皺⒊弄故轉(zhuǎn)預(yù)應(yīng)稈力然+否自重荷楊載時(shí)+紫雪荷載賴(2)喚婚設(shè)計(jì)基本原理樸膜結(jié)構(gòu)是通過(guò)躍施加預(yù)應(yīng)力用悠最小曲面法確愈定其初始狀態(tài)斗，即為膜的找目形。然后分別張加以自重、風(fēng)延與雪的荷載進(jìn)歪行膜、索及鋼予構(gòu)的整體計(jì)算暈，從而評(píng)價(jià)結(jié)博構(gòu)強(qiáng)度、剛度癢、穩(wěn)定性。張座拉膜曲面的穩(wěn)蔬定性是依靠經(jīng)異向和緯向兩個(gè)況主軸方向反向懷的曲率來(lái)保障械的：即其中一捧個(gè)方向的曲率逐如果是下凹的軋，另一個(gè)方向魯就是上凸的，慣并且膜材纖維威的排列與這兩娛個(gè)主軸方向是炕一致的。以張拉曲面中兩研個(gè)主軸方向的筍內(nèi)力可以抵抗休垂直曲面的外串荷載，其平衡偷條件可以如下誘形式表示：詞冰掃酬P(guān)冒=焦（盲f負(fù)w說(shuō)/R蔬w室耕）防—筋（劉f尾f牲/R來(lái)f厲）父撤式臺(tái)中瓦P捆倡—拘—絕單位面積上的括外力兼矮f遲w畝科、耗遙f康f宰—西—指經(jīng)、緯向單位稼長(zhǎng)度的內(nèi)力搖石R紙w納、扁R棗f它—惱—蓋經(jīng)、緯向的曲箭率半徑雙隨著外加荷載希的增加，膜面磁形狀變化，其俯中一個(gè)主軸方悼向的內(nèi)應(yīng)力將促抵抗外荷載，習(xí)另外一個(gè)主軸揀方向的內(nèi)應(yīng)力激將對(duì)曲面起到掃平衡作用。棕在膜結(jié)構(gòu)的設(shè)腔計(jì)中，應(yīng)認(rèn)為響膜材是各向異浙性的，并適用啟于虎克定律。魯作用在三角形索膜單元表面上燃的外部荷載由針節(jié)點(diǎn)力表示，狹三角形膜單元垮所屬面積由其簡(jiǎn)周邊的單元來(lái)傍決定。按照節(jié)句點(diǎn)荷載進(jìn)行分喚析變形后的三朱角形膜單元的雷雙向應(yīng)力；局妥瓜σ引tx蜓=(E穴tx棟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-準(zhǔn)ν銳x缸ν杠y蝕)貪期報(bào)σ賣ty掘=(E娛ty睡ε啞y雅)/(1芳-討ν項(xiàng)x刑ν鴿y室)課+惹ν修x決E杜tx我ε敬x職/(1討-膛ν能x濃ν誰(shuí)y掘)齊桑厚τ叉txy愧=G罩t耽γ山xy贏樓式喊中扯獄仁σ穗tx俱—域—斧X榴方向膜應(yīng)健力被疲頌誦素σ禿ty劇—提—瑞Y笛方向膜應(yīng)力家改浴郵τ店txy聚—錘—躬剪應(yīng)力蓄罷E預(yù)tx月—兇—?jiǎng)軽纏方向彈性模派量柔枕翅E炎ty祖—酬—纖Y隨方向彈性模量誠(chéng)撇辯拌ν意x坦—楚—隱X催方向泊松蒼比象現(xiàn)錫聽(tīng)胖ν跌y痰—黎—披Y士方向泊松比注夢(mèng)G弊t飽—火—狀剪切模播量寨堡顯努膨γ咬xy煩—友—狀X慌Y勻面內(nèi)剪應(yīng)變岸由此可見(jiàn)，在桑膜結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)勞中，膜材的雙藏軸拉伸特性、影彈性模量、泊串松比等參數(shù)是槐至關(guān)重要的。翅3.3陶蛛膜結(jié)構(gòu)施工技荒術(shù)要點(diǎn)趁(1)世假膜布的加工制參作智制作工藝流程湯：異設(shè)計(jì)冤圖暈/鉆撲裁剪磚圖窄/糾遭裁好剪放/臨眼熱熔犧合棄/雁俗成品檢油驗(yàn)騾/澆責(zé)捆包出園廠饅/丹似進(jìn)入施工現(xiàn)場(chǎng)裙1葉）裁剪：目前微的膜材裁剪采餡用二種方法，壺一是按照裁剪丸圖用紙裁剪出做實(shí)樣，然后在誘膜布上畫(huà)線裁自剪，該方法落替后且裁剪誤差督較大。二是把芹裁剪圖輸入計(jì)圍算機(jī)連線控制代鐳射自動(dòng)裁剪衣機(jī)進(jìn)行畫(huà)線裁鑒剪膜布，目前印這種高精度的斤自動(dòng)裁剪裝置袋在我國(guó)國(guó)內(nèi)的阻極少數(shù)膜結(jié)構(gòu)掀公司采用。玻2炮）熱熔合：是時(shí)將裁剪好的膜柿布用熱熔合加姿工機(jī)進(jìn)行膜布市與膜布之間的釀熔合連接。膜炎布與膜布之間嶺夾劫鋪芹FE逢P(guān)氏膠卷并通你過(guò)巷FE絨P清膠卷粘貼機(jī)相彩結(jié)合后，然后穴進(jìn)入熱熔合加震工機(jī)熔合連接鋪。熔合質(zhì)量的嚴(yán)控制要點(diǎn)是在安于熱熔合溫度纖和張拉防止熱甩變形之管理。首3饑）捆包：由于栗膜材特別旺是栗PTF銀E遣膜材在捆包時(shí)看，必須做好防帶止膜材折痕、撕折紋等損傷，起一般采用紙管窯為捆包基材。滅(2)釀牢產(chǎn)品成形過(guò)程箏檢驗(yàn)看1模）膜材的物理圣性檢驗(yàn)：主要追檢驗(yàn)項(xiàng)目有重該量、厚度、寬諒度、抗拉強(qiáng)度律、線密度、撕販裂強(qiáng)度等。窄2僵）膜材的外觀座檢驗(yàn)：主要是拆把膜材鋪設(shè)在辨光桌上，利用薪透過(guò)光線目測(cè)招檢驗(yàn)?zāi)げ际欠衽嬖谌毕莶糠直?。?奶）膜材熔接品既質(zhì)檢驗(yàn)：在膜襲材熔接前，先芒做試件熱熔合斤試驗(yàn)，得到熱檢熔合基準(zhǔn)值，陪然后確認(rèn)熔接旋設(shè)備是否可使排熔接品質(zhì)保持別在基準(zhǔn)值之內(nèi)飯完成加工之檢傷驗(yàn)。主要檢驗(yàn)爸項(xiàng)目有剝離強(qiáng)烏度和剝離狀態(tài)賞。損(3)影遷膜結(jié)構(gòu)現(xiàn)場(chǎng)安支裝浪病旗安裝施工工藝記流程：協(xié)贊乘搭設(shè)膜面擱置距平脫臺(tái)怪/墓除安裝網(wǎng)脅繩排/全霉膜面展薪開(kāi)址/扇嘆短邊固定、長(zhǎng)幟邊臨時(shí)固睡定詳/羨堆安裝隔跨膜穗面崗/代慕長(zhǎng)邊連洲接步/天碑膜面張軌拉醉/屯特應(yīng)力測(cè)添試陡/凍讀工序完成收尾南工作面1愚）網(wǎng)繩安裝：前在膜面鋪設(shè)前渴，完成網(wǎng)繩安糟裝，對(duì)網(wǎng)繩應(yīng)仔施以足夠的預(yù)朗應(yīng)力，作為膜末展開(kāi)時(shí)的依托爆。松2租）膜面展開(kāi)：挨是通過(guò)兩側(cè)拉儀動(dòng)，逐步將膜棉布由中間向兩折側(cè)展開(kāi)至設(shè)計(jì)它要求的位置，妹并同時(shí)安裝反索網(wǎng)繩，防止風(fēng)匙的作用移動(dòng)和擊對(duì)膜面的損傷奶。雖3麥）膜布邊的固毯定：用鋼絲繩蠻緊繩機(jī)扣住膜自布邊不銹鋼夾玩具逐步向安裝惕在鋼屋架上的肚膜結(jié)構(gòu)支架牽感引，并用臨時(shí)涌張拉螺栓作臨裁時(shí)固定。今4帖）膜面張拉：疤為補(bǔ)償膜面張還拉過(guò)程中以及釋使用過(guò)程中的蛙預(yù)應(yīng)力損失，泊膜面張拉的周塊期一般需經(jīng)過(guò)量三次；第一天嶺張拉至設(shè)計(jì)應(yīng)瓦力筍的騾60陽(yáng)%宿，第二天張拉揚(yáng)至設(shè)計(jì)應(yīng)力帽的辨100立%窩，第三天至第食五天開(kāi)始逐步雨張拉至設(shè)計(jì)應(yīng)夾力針的僑110朝%蛋，在今后的使替用過(guò)程中膜面掘應(yīng)力將逐步下攤降而達(dá)到設(shè)計(jì)狀要求。陜4.樣殿膜結(jié)構(gòu)的限制浪使用范圍鬼按照我國(guó)的《霞建筑內(nèi)部裝修系設(shè)計(jì)防火規(guī)范談》怨（邁GB5022奉2暫—襯9櫻5苗）宋（潔200內(nèi)1破年修訂版）第鎮(zhèn)蜓條的規(guī)定：體腥育館不論是大患于濾300漏0旋座位或是小于沸等肢于丙300娃0哀座位的建筑規(guī)歉模或國(guó)家級(jí)、肆省級(jí)的展覽館社，其頂棚的裝散修材料必須廊是灰A囑級(jí)防火材料鎮(zhèn)。暢A砍級(jí)防火材料應(yīng)勸為：天然石料蔽制品、水泥制拼品、粘土制品套、金屬制品以碎及玻璃、瓷磚胸等。很顯然；治膜材料不宇是聰A宏級(jí)防火材料。綠有試驗(yàn)資料證堡明膜材料的防徹火性能只能達(dá)瓣到冒B抱1敏級(jí)，也就是說(shuō)丈：膜材料既不要能作為頂棚的雨裝修材料，更粘不能用作為屋餡蓋結(jié)構(gòu)。蠅目前，在我國(guó)搭有幾個(gè)城市的敘體育館、展覽你館采用了膜結(jié)專構(gòu)屋面已經(jīng)引旋起消防械方面的重視；魄由于膜材料防解火性能士為