膜結(jié)構(gòu)的應(yīng)用和施工

膜結(jié)構(gòu)的應(yīng)用和施工本文簡要介紹膜材料的主要類型、膜結(jié)構(gòu)設(shè)計基本原理、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，順利通過消防驗收的雙贏目的。1.前言史前的人類用帳篷和傘來擋風遮雨，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——即預加張力的薄層。“膜”（Membrane）這個詞最早源于拉丁文，其含義是“輕且有張力”。20世紀50年代以來，隨著高分子科學的發(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。美國拉文丁大學校園中心于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)在國外早已得到廣泛應(yīng)用；在國內(nèi)正在被人們逐步接受并用于體育場館、會展場館等建筑中。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)。現(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，五層復合聚氯乙烯樹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幾種常見的膜材。(1)PVC復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，由于此類膜材表面沒有覆層，防水性能差。該類膜材有較高的抗疲勞能力，可反復折疊，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35%，使用壽命20年左右。2.2膜材的基本質(zhì)量要求和力學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（或m壤m(xù)險）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輔卻膜材的抗拉強喘度標準值峰強度（標準值揭）壩正常覺潮濕怎高溫什抗拉強炮度慘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、潮濕是指把擴試件完全浸泡盈于水作中適72慢h鄰后的抗拉強度譽；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度標先準值那強度（標準值毛）井正常槽潮濕砌高溫咳機械縫連接三其他連接方法筒抗拉強墊度蘇F驕C化K幟蟲樂（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罪后的抗拉強度匠；列說2錫、高溫是指環(huán)腰境溫度，即組耳合錯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。這里主要簡泊述施工比較簡姨單的骨架式膜永結(jié)構(gòu)。課3.2巨壟膜結(jié)構(gòu)設(shè)計的悟基本原理伯(1)涉掏設(shè)計荷載組合些設(shè)計荷載的組幻合應(yīng)包括結(jié)構(gòu)消內(nèi)部所有自重停和預應(yīng)力，可料作為每種荷載遼組合的切入點盟；謀荷載組框合斗⒈四梨災(zāi)預應(yīng)玩力語+橡自重荷載腥荷載組士合烏⒉醉聚趴預應(yīng)鍛力未+側(cè)自重荷夜載器+些風荷載勵荷載組彩合皺⒊弄故轉(zhuǎn)預應(yīng)稈力然+否自重荷楊載時+紫雪荷載賴(2)喚婚設(shè)計基本原理樸膜結(jié)構(gòu)是通過躍施加預應(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、風延與雪的荷載進歪行膜、索及鋼予構(gòu)的整體計算暈，從而評價結(jié)博構(gòu)強度、剛度癢、穩(wěn)定性。張座拉膜曲面的穩(wěn)蔬定性是依靠經(jīng)異向和緯向兩個況主軸方向反向懷的曲率來保障械的：即其中一捧個方向的曲率逐如果是下凹的軋，另一個方向魯就是上凸的，慣并且膜材纖維威的排列與這兩娛個主軸方向是炕一致的。以張拉曲面中兩研個主軸方向的筍內(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w說/R蔬w室耕）防—筋（劉f尾f牲/R來f厲）父撤式臺中瓦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，其俯中一個主軸方悼向的內(nèi)應(yīng)力將促抵抗外荷載，習另外一個主軸揀方向的內(nèi)應(yīng)力激將對曲面起到掃平衡作用。棕在膜結(jié)構(gòu)的設(shè)腔計中，應(yīng)認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)點力表示，狹三角形膜單元垮所屬面積由其簡周邊的單元來傍決定。按照節(jié)句點荷載進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ν銳x缸ν杠y蝕)貪期報σ賣ty掘=(E娛ty睡ε啞y雅)/(1芳-討ν項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tx月—兇—勢X纏方向彈性模派量柔枕翅E炎ty祖—酬—纖Y隨方向彈性模量誠撇辯拌ν意x坦—楚—隱X催方向泊松蒼比象現(xiàn)錫聽胖ν跌y痰—黎—披Y士方向泊松比注夢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，在桑膜結(jié)構(gòu)的設(shè)計勞中，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)要點趁(1)世假膜布的加工制參作智制作工藝流程湯：異設(shè)計冤圖暈/鉆撲裁剪磚圖窄/糾遭裁好剪放/臨眼熱熔犧合棄/雁俗成品檢油驗騾/澆責捆包出園廠饅/丹似進入施工現(xiàn)場裙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樣，然后在誘膜布上畫線裁自剪，該方法落替后且裁剪誤差督較大。二是把芹裁剪圖輸入計圍算機連線控制代鐳射自動裁剪衣機進行畫線裁鑒剪膜布，目前印這種高精度的斤自動裁剪裝置袋在我國國內(nèi)的阻極少數(shù)膜結(jié)構(gòu)掀公司采用。玻2炮）熱熔合：是時將裁剪好的膜柿布用熱熔合加姿工機進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)氏膠卷并通你過巷FE絨P清膠卷粘貼機相彩結(jié)合后，然后穴進入熱熔合加震工機熔合連接鋪。熔合質(zhì)量的嚴控制要點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)品成形過程箏檢驗看1模）膜材的物理圣性檢驗：主要追檢驗項目有重該量、厚度、寬諒度、抗拉強度律、線密度、撕販裂強度等。窄2僵）膜材的外觀座檢驗：主要是拆把膜材鋪設(shè)在辨光桌上，利用薪透過光線目測招檢驗?zāi)げ际欠衽嬖谌毕莶糠直啤Ｂ?奶）膜材熔接品既質(zhì)檢驗：在膜襲材熔接前，先芒做試件熱熔合斤試驗，得到熱檢熔合基準值，陪然后確認熔接旋設(shè)備是否可使排熔接品質(zhì)保持別在基準值之內(nèi)飯完成加工之檢傷驗。主要檢驗爸項目有剝離強烏度和剝離狀態(tài)賞。損(3)影遷膜結(jié)構(gòu)現(xiàn)場安支裝浪病旗安裝施工工藝記流程：協(xié)贊乘搭設(shè)膜面擱置距平脫臺怪/墓除安裝網(wǎng)脅繩排/全霉膜面展薪開址/扇嘆短邊固定、長幟邊臨時固睡定詳/羨堆安裝隔跨膜穗面崗/代慕長邊連洲接步/天碑膜面張軌拉醉/屯特應(yīng)力測添試陡/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，對網(wǎng)繩應(yīng)仔施以足夠的預朗應(yīng)力，作為膜末展開時的依托爆。松2租）膜面展開：挨是通過兩側(cè)拉儀動，逐步將膜棉布由中間向兩折側(cè)展開至設(shè)計它要求的位置，妹并同時安裝反索網(wǎng)繩，防止風匙的作用移動和擊對膜面的損傷奶。雖3麥）膜布邊的固毯定：用鋼絲繩蠻緊繩機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，并用臨時涌張拉螺栓作臨裁時固定。今4帖）膜面張拉：疤為補償膜面張還拉過程中以及釋使用過程中的蛙預應(yīng)力損失，泊膜面張拉的周塊期一般需經(jīng)過量三次；第一天嶺張拉至設(shè)計應(yīng)瓦力筍的騾60陽%宿，第二天張拉揚至設(shè)計應(yīng)力帽的辨100立%窩，第三天至第食五天開始逐步雨張拉至設(shè)計應(yīng)夾力針的僑110朝%蛋，在今后的使替用過程中膜面掘應(yīng)力將逐步下攤降而達到設(shè)計狀要求。陜4.樣殿膜結(jié)構(gòu)的限制浪使用范圍鬼按照我國的《霞建筑內(nèi)部裝修系設(shè)計防火規(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?；驀壹?、肆省級的展覽館社，其頂棚的裝散修材料必須廊是灰A囑級防火材料鎮(zhèn)。暢A砍級防火材料應(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宏級防火材料。綠有試驗資料證堡明膜材料的防徹火性能只能達瓣到冒B抱1敏級，也就是說丈：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，在我國搭有幾個城市的敘體育館、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