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索膜结构在工程中的应用摘要：索膜结构作为一种建筑体系所具有的特性主要取决于其独特的形态及膜材本身的性能。具有质轻、透光性良好等特点，可广泛应用于体育设施、商业设施、文化设施、交通设施、工业设施、景观设施等领域。关键词：索膜结构昆明新机场中水回用工程CASS反应池1.前言膜结构一改传统建筑材料而使用膜材，其重量只是传统建筑的三十分之一。而且膜结构可以从根本上克服传统结构在大跨度（无支撑）建筑上实现时所遇到的困难，可创造巨大的无遮挡的可视空间。其造型自由轻巧、阻燃、制作简易、安装快捷、节能、使用安全等优点，因而使它在世界各地受到广泛应用。另外值得一提的是，在阳光的照射下，由膜覆盖的建筑物内部充满自然漫射光，无强反差的着光面与阴影的区分，室内的空间视觉环境开阔和谐。夜晚，建筑物内的灯光透过屋盖的膜照亮夜空，建筑物的体型显现出梦幻般的效果。2.工法特点索膜结构作为一种建筑体系所具有的特性主要取决于其独特的形态及膜材本身的性能。恰由于此，用膜结构可以创造出传统建筑体系无法实现的设计方案。22.1轻质：张力结构自重小的原因在于它依靠预应力形态而非材料来保持结构的稳定性。从而使其自重比传统建筑结构的小得多，但却具有良好的稳定性。可以利用其轻质大跨的特点设计和组织结构细部构件，将其轻盈和稳定的结构特性有机地统一起来。2.2透光性：透光性是现代膜结构最被广泛认可的特性之一。膜材的透光性可以为建筑提供所需的照度，这对于建筑节能十分重要。对于一些要求光照多且亮度高的商业建筑等尤为重要。通过自然采光与人工采光的综合利用，膜材透光性可为建筑设计提供更大的美学创作空间。2.3柔性：张拉膜结构不是刚性的，其在风荷载或雪荷载的作用下会产生变形。膜结构通过变形来适应外荷载，在此过程中荷载作用方向上的膜面曲率半径会减小，能更有效地抵抗荷载。2.4雕塑感：张拉膜结构的独特曲面外形使其具有强烈的雕塑感。膜面通过张力达到自平衡2.5安全性：按照现有的各国规范和指南设计的的轻型张拉膜结构具有足够的安全性。轻型结构在地震等水平荷载作用下能保持很好的稳定性。由于轻型结构自重较轻，即使发生意外坍塌，其危险性也较传统建筑结构小。膜结构发生撕裂时，若结构布置能保证桅杆、梁等刚性支承构件不发生坍塌，其危险性会更小。2.6功能：由于张拉膜结构的自身特性，其可以满足从简单遮阳结构到功能复杂的大型建筑等许多不同的建筑功能要求，并且对于有些功能要求只有它才是最为适合的。32.7抵御天气的影响：膜屋面的一个重要作用就是抵御各种天气变化（如日晒、雨淋、风雪等）对其内部空间的影响，保持建筑物内部的舒适性。3.适用范围索膜结构具有现代感空间大跨曲面结构，可广泛应用于体育设施、商业设施、文化设施、交通设施、工业设施、景观设施等领域。3.1体育设施：体育场膜结构工程、体育馆膜结构、健身中心膜结构、游泳馆膜结构、网球馆膜结构、训练中心膜结构等。3.2商业设施：商场膜结构、购物中心膜结构、酒店膜结构、餐厅膜结构、商店门头膜结构、商业街膜结构等。3.3文化设施：展览中心膜结构、剧院膜结构、会议厅膜结构、博物馆膜结构、水族馆膜结构、表演中心膜结构、旅游区膜结构,度假山庄膜结构、舞台膜结构、音乐广场膜结构等。3.4交通设施：机场膜结构、火车站膜结构、公交车站膜结构、收费站膜结构、码头膜结构、加油站膜结构、停车场等膜结构。3.5工业设施：工厂膜结构、处理中心膜结构、温室膜结构、物流中心膜结构、大型车棚膜结构等。3.6景观设施：建筑入口膜结构、标志性小品膜结构、步行街膜结构、小区花园膜结构等。44.工艺原理索膜结构系柔性结构，可根据设计图纸任意裁剪、缝合，并利用膜结构的高强度柔性的特点，与支撑体系相结合，通过张拉，从而形成具有一定刚度的稳定曲面。5.施工工艺流程及操作要点5.1施工工艺流程施工准备→搭设脚手架→膜布准备→吊装膜材→铺膜→张拉→固定。图5.1施工工艺流程图5.2操作要点固定施工准备搭设脚手架膜布准备吊装膜材铺膜张拉5因施工现场不具备膜的裁剪、缝合等工艺所需条件，所以膜结构均在厂家按图纸加工后运输至安装现场。膜体进场安装前，应组织项目有关人员对施工方案进行评审，确定详细的安装作业与安全技术措施。先复核支承结构的各个尺寸，使每个控制点的安装误差均在设计和规范允许的范围内；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、数量进行验收；检查膜体外观是否有破损、褶皱，缝合缝是否有脱落，螺栓、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，还应根据场地条件和施工方案搭设膜体展开平台，安装安全网。对大型的张拉膜结构，要收集安装期间的气象信息。安装过程中要密切注意风向和风速，避免膜体发生颤动现象。在强风或大雨天气要及时停止施工，并采取相应的安全防护措施。5.2.1展开膜体前，在平台上铺设临时布料，以保护膜材不被损伤及膜材清洁，严格按确定的顺序展开膜体。打开包装前应校对包装上的标记，确认安装部位，并按标记方向展开，尽量避免展开后的膜体在场内移动。在展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。6图5.1膜结构在平台上展开5.2.2在平台上展开膜体后，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该严格按设计要求安装。对一次性吊装到位的膜体，也必须一次将夹板螺栓、螺母拧紧到位。5.2.3目前索膜结构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结构这种柔性结构的施工过程中，该工艺要求整个过程必须同步。起吊过程中控制各吊点的上升7速度和距离，确保膜面的传力均匀。图5.2膜结构吊装5.2.4张拉成型是整个膜结构工程施工的重要环节，施工项目能否取得效果，取决于张拉是否满足设计要求。当支承结构为刚性边界时，预应力的施加要通过特殊的构造来实施。对于柔性边界，可通过调整撑杆的位置来调节预应力的大小。张拉索膜结构中，膜材的张拉预应力是靠索提供的。整个张拉过程实际就是将各种索按照预定的应力张拉到位。张拉时应确定分批张拉的顺序、量值，控制张拉速度，并根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，逐步张拉达到设计值；也可以对整体实施同步张拉。对8有控制要求的张力值应作施工纪录，对无控制要求的也要作张拉行程纪录。6.材料与设备6.1施工材料6.1.1膜材：膜材采用PCF膜材，其特性标准及外观品质标准如下表:特性标准性能项目标准单位标准值纤维直径EC3厚度±10%mm0.8±0.1重量±10%g/m21300±130抗拉强度经度N/cm1468N以上纬度1174N以上伸长率经度%3-10纬度3-10撕裂强度经度N293N以上纬度283N以上6.1.2索：模机构的拉索采用无油镀锌钢芯钢丝绳，弹性模量不得小于1.2×105MPa。6.2设备配置9设备主要有吊车、手拉葫芦、钢丝绳紧绳器、扳手、工具包、安全带等。数量根据工程进度要求和工程量大小确定。7.质量控制7.1工程质量控制标准《膜结构技术规程》CECS158-2004《热挤聚乙烯高强钢丝拉索技术条件》GB/T18365《钢丝绳》GB/T8918《不锈钢丝绳》GB/T9944《粗直径钢丝绳》YB/T50047.1工程质量控制目标膜面无渗漏，无明显褶皱，不得有积水；膜面颜色均匀，无明显污染串色；连接固定节点牢固，排列整齐；缝线无脱落；无超张拉；膜面无大面积拉毛蹭伤。7.2工程质量控制措施7.2.1认真熟悉图纸和施工方案，了解各个部位主要几何尺寸，对所需材料的规格、型号、数量与图纸认真核对，做到准确无误，并且有合格证。若无合格证或有质疑时，必须进行复验。同时应符合规范要求，并做好检验记录和标识工作。107.2.2所有材料须供出厂质量证明书，对使用的膜材、钢索等，要严格规定取样试验合格后方能使用。7.2.3为保证施工道路的畅通及本工程文明施工的需要，膜及配件、钢索集装箱运输至施工现场后直接卸放在该堆场内，卸车后不要开启箱盖，以免造成膜布、配件的损坏或遗失。为防止雨水对箱体的侵蚀，应用彩条布将包装箱覆盖。待施工时，将膜布、配件、钢索从箱内取出，按施工区域依次就位。7.2.4待货品到达现场后，应指派专人在堆放场仔细检查，保证所有物件完好，若发现缺失，不得施工。堆放场应指派专人进行值班，负责安装工具及五金件的看管工作。7.2.5吊装过程中，汽车吊必须垂直起吊，严禁拖拽尚未离地的膜材8.安全措施8.1吊装作业时，吊车司机必须与指挥人员密切配合，服从指挥人员号，操作前必须先鸣喇叭。8.2膜结构安装过程中，施工人员必须系安全带，拴带位置应高挂低用，带绳也不宜过长。8.3从事高空作业人员，凡患有严重心脏病、高血压、贫血症以及其它不适应高空作业的人，不得从事膜结构施工作业。8.4在进行高空作业时，所用材料必须放置稳妥。所用工具必须随手装入工具袋，以防坠落伤人。118.5非操作或非排除障碍的人，不得攀脚手架、起重臂、绳索和随同吊物上下。8.6脚手架必须绑扎牢固，不得超负荷使用，脚手架踏板之间不得有空隙，并要有防滑措施。9.环保措施9.1工地始终做到整洁有序、文明施工、工完料尽，垃圾和废弃物不得随意丢弃，应分类处理。工地设置污水过滤池和生活垃圾堆放场。防止污染周围环境。9.2施工中的中小机具要由专人负责，集中管理、维修，避免漏油污染结构。9.3施工现场应设立专门的废弃物临时贮存场地，废弃物应分类存放。9.4废弃物的运输确保不散撒、不混放，对可回收的废弃物做到再回收利用。10.效益分析10.1更自由的建筑形体塑造：多变的支撑结构和柔性膜材使建筑物造型更加多样化，新颖美观，同时体现结构之美，且色彩丰富，可创造更自由的建筑形体和更丰富的建筑语言。10.2更好的经济效益：膜结构屋面重量仅为常规钢屋面的1/30，12这就降低了墙体和基础的造价。同时膜建筑奇特的造型和夜景效果有明显的“建筑可识性”和商业效应，其价格效益比更高。10.3更短的施工周期：膜工程中所有加工和制作依设计均可在工厂内完成，在现场只进行安装作业。相比传统建筑的施工周期，膜结构的施工工期要快一倍以上。10.4更低的能源损耗：膜材有较高的反射性及较低的光吸收低，并且热传导性较低，这极大程度上阻止太阳能进入室内。另外，膜材的半透明性保证了适当的自然漫散射光照明室内。10.5更大跨度的建筑空间：由于自重轻，膜建筑可以不需要内部支撑面大跨度覆盖空间，这使人们可以列灵活、更有创意地设计和使用建筑空间。11.应用实例该施工工法应用在我单位承建的昆明新机场中水回用工程的CASS反应池池顶膜结构，该工法操作简单、工期合理、造价低廉，具有很好的应用前景。13图11.1膜结构的缝合缝图11.2膜结构与钢结构的链接14图11.3膜结构张拉（图一）图11.4膜结构张拉（图二）15图11.5膜结构的固定图11.7张拉完毕的膜结构16图11.6铝合金压条安装图11.8施工完毕的膜结构