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膜結(jié)構(gòu)范文第1篇

關(guān)鍵詞:膜結(jié)構(gòu) 風(fēng)致破壞 風(fēng)場(chǎng)特性

中圖分類號(hào):TU74文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):1007-3973(2010)06-074-03

1引言

隨著世界工業(yè)的發(fā)展和計(jì)算技術(shù)的進(jìn)步,膜結(jié)構(gòu)從臨時(shí)建筑逐漸邁入永久建筑的行列,成為充滿活力的一種新型大跨空間結(jié)構(gòu)體系。膜結(jié)構(gòu)由于其輕質(zhì)高強(qiáng)、造型新穎、施工簡(jiǎn)便、良好的抗震性和自潔性等優(yōu)點(diǎn)受到了工程師們的青睞,得到了廣泛的應(yīng)用和飛速發(fā)展,所建成的一些建筑已成為當(dāng)今現(xiàn)代化都市的重要標(biāo)志。但以膜結(jié)構(gòu)為代表的柔性空間結(jié)構(gòu)體系,跨度大、質(zhì)量輕、阻尼小、自振頻率低,對(duì)風(fēng)荷載特別敏感,而現(xiàn)今對(duì)膜結(jié)構(gòu)的抗風(fēng)設(shè)計(jì)理論研究還不充分,許多方面尚無(wú)相應(yīng)設(shè)計(jì)規(guī)范可依,特別是涉及到風(fēng)致破壞機(jī)理和防制的一些問(wèn)題至今沒(méi)有形成一套成熟的解決思路。因此對(duì)該類工程風(fēng)致破壞機(jī)理研究是一項(xiàng)緊迫而又艱巨的挑戰(zhàn)。

2膜結(jié)構(gòu)的應(yīng)用和分類

膜結(jié)構(gòu)的出現(xiàn)可以追溯到游牧民族使用的帳篷,其特性與現(xiàn)代膜結(jié)構(gòu)極為相似,只是受材料限制,其規(guī)模較小,耐久性差。最早的、真正意義上的現(xiàn)代膜結(jié)構(gòu)體系,可以認(rèn)為是1967年Frei Otto為加拿大蒙特利爾展覽會(huì)設(shè)計(jì)的德國(guó)大帳篷(圖1),它通過(guò)支撐在不同高度桅桿上的預(yù)應(yīng)力雙曲鋼索網(wǎng)覆蓋了大片平面,以輕質(zhì)透明有機(jī)織物片作為圍護(hù)結(jié)構(gòu)連接于索網(wǎng)下。從上個(gè)世紀(jì)70年代以來(lái),我國(guó)一些科研、設(shè)計(jì)單位與高等學(xué)校開(kāi)始對(duì)膜結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究,一些關(guān)鍵技術(shù)如膜結(jié)構(gòu)的找形分析、荷載分析、裁剪分析等方面的研究獲得了一定的進(jìn)展。1995年建成的北京房山游泳館與鞍山農(nóng)委游泳館是我國(guó)第一次正式應(yīng)用于工程的空氣支撐膜結(jié)構(gòu),標(biāo)志著我國(guó)開(kāi)始了膜結(jié)構(gòu)工程的建設(shè)。1997年通過(guò)引進(jìn)國(guó)外膜結(jié)構(gòu)技術(shù)建成了上海八萬(wàn)人體育場(chǎng)看臺(tái)挑棚(圖2),促進(jìn)了我國(guó)膜結(jié)構(gòu)的發(fā)展。如今,該結(jié)構(gòu)已廣泛應(yīng)用于體育館、商場(chǎng)、大面積溫室、公共建筑等土木建筑中。

膜結(jié)構(gòu)按其結(jié)構(gòu)形式可分為三種類型:充氣式膜結(jié)構(gòu)、骨架式膜結(jié)構(gòu)和張拉式膜結(jié)構(gòu)。其中充氣式膜結(jié)構(gòu)又可分為氣承式膜結(jié)構(gòu)和氣脹式膜結(jié)構(gòu)。

氣承式膜結(jié)構(gòu)(圖3)是向氣密性好的膜材所覆蓋的空間內(nèi)注入空氣,利用內(nèi)外空氣壓力差給膜以壓力,使得結(jié)構(gòu)具有一定的剛度來(lái)承受外部荷載作用。為了保持氣壓差,一般需要長(zhǎng)期不間斷的能源供應(yīng)。氣脹式膜結(jié)構(gòu)(圖4)是將膜材本身做成封閉體,向其中注入高壓力的空氣(3~7個(gè)大氣壓)使膜材產(chǎn)生張力,注入空氣的壓力要比氣承式膜結(jié)構(gòu)大得多。

骨架式膜結(jié)構(gòu)(圖5)是以膜材繃緊在剛性骨架(網(wǎng)殼、拱架等)上的結(jié)構(gòu),剛性骨架是膜結(jié)構(gòu)體系主要的承力構(gòu)件,作為覆面材料的膜材則是局部范圍內(nèi)的承力單元。骨架為自平衡體系,在整個(gè)膜結(jié)構(gòu)體系中是主承力構(gòu)件,膜體為輔助承力構(gòu)件,膜體自身強(qiáng)大的結(jié)構(gòu)作用發(fā)揮不夠。

張拉式膜結(jié)構(gòu)(圖6)是依靠膜的張力與支撐桿和拉鎖共同作用構(gòu)成的結(jié)構(gòu)體系,其形成機(jī)制與預(yù)應(yīng)力索網(wǎng)類似,呈負(fù)高斯曲率的曲面形狀,張緊在柔性或剛性的邊緣構(gòu)件上,還可以利用桅桿或立柱提供獨(dú)立的吊點(diǎn)或支點(diǎn)。這種膜結(jié)構(gòu)要通過(guò)張拉手段在結(jié)構(gòu)內(nèi)建立一定預(yù)應(yīng)力,使之具有必要的剛度。

3膜結(jié)構(gòu)的風(fēng)致破壞工程實(shí)例及分析

經(jīng)過(guò)近十幾年的研究,一些涉及到膜結(jié)構(gòu)工程設(shè)計(jì)中的基本問(wèn)題都己得到較好解決。但是膜結(jié)構(gòu)的跨度大、質(zhì)量輕、阻尼小、自振頻率低,對(duì)風(fēng)荷載特別敏感,而在膜結(jié)構(gòu)的抗風(fēng)設(shè)計(jì)理論研究方面卻一直進(jìn)展緩慢,特別是涉及到風(fēng)荷載的動(dòng)力效應(yīng)、風(fēng)致內(nèi)壓等問(wèn)題時(shí),至今沒(méi)有形成一套成熟的解決思路。加之有的工程由于設(shè)計(jì)、制作、安裝不當(dāng)給結(jié)構(gòu)留下了安全隱患。迄今,國(guó)內(nèi)外已出現(xiàn)多起膜結(jié)構(gòu)在風(fēng)荷載作用下破壞的實(shí)例。

3.1強(qiáng)風(fēng)作用下膜材撕裂

膜結(jié)構(gòu)在強(qiáng)風(fēng)作用下出現(xiàn)膜材撕裂的現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生,日本的出云穹頂和云母穹頂屢遭強(qiáng)風(fēng)破壞;美國(guó)的佐治亞穹頂在1995年的一次強(qiáng)風(fēng)大雨襲擊下,四片薄膜被撕裂,撕裂長(zhǎng)度達(dá)10余米;2005年臺(tái)風(fēng)達(dá)維在我國(guó)海南省登陸,造成三亞市的標(biāo)志性建筑“美麗之冠”頂部膜材嚴(yán)重撕裂(圖7)。該類破壞的原因有以下幾點(diǎn):

(1)膜面過(guò)于扁平或預(yù)張力不足,或因膜材徐變松弛后未及時(shí)二次張拉,致使膜面整體剛度很低,在強(qiáng)風(fēng)作用下出現(xiàn)大幅度的擺動(dòng),導(dǎo)致膜材被撕裂或在擺動(dòng)過(guò)程中撞擊其他物件而破壞。

(2)連接部位的松動(dòng)或脫落,或因節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)不合理、不恰當(dāng)而限制節(jié)點(diǎn)的轉(zhuǎn)動(dòng)自由度,也可造成膜材在強(qiáng)風(fēng)作用下被撕裂。

3.2風(fēng)力作用下門(mén)窗被打開(kāi)或者破壞

1999年9月,日本熊本穹頂在臺(tái)風(fēng)中由于旋轉(zhuǎn)門(mén)被風(fēng)沖開(kāi),導(dǎo)致上拉索和節(jié)點(diǎn)板破斷,內(nèi)外膜面撕裂破壞。

這一破壞的原因與風(fēng)致內(nèi)壓有很大的關(guān)系,突然開(kāi)孔(窗戶在大風(fēng)中突然受損或門(mén)在大風(fēng)中突然被吹開(kāi)的瞬間)會(huì)造成初期瞬時(shí)脈動(dòng)風(fēng)壓的激劇增加。脈動(dòng)風(fēng)壓衰減過(guò)程的機(jī)理比較復(fù)雜,會(huì)否引起薄膜結(jié)構(gòu)共振取決于多種因素,與來(lái)流風(fēng)速、開(kāi)孔位置與大小、建筑物內(nèi)部形狀以及薄膜結(jié)構(gòu)屋面自振頻率等參數(shù)有關(guān)。

3.3風(fēng)致殘片或其他物體將膜割破或者砸破

日本熊本穹頂在臺(tái)風(fēng)中破壞的另一原因是窗戶被吹破后玻璃碎片將膜材割破,另外國(guó)內(nèi)也出現(xiàn)了不少膜結(jié)構(gòu)由于燈具,裝飾物,懸掛物等物品在大風(fēng)情況下墜落而砸破膜面的情況。具體原因有如下幾點(diǎn):

(1)膜材雖有較高的抗拉強(qiáng)度,足以承受徑向、緯向所受的張力,但其抗撕裂強(qiáng)度僅為抗拉強(qiáng)度的1/8至1/7。

(2)局部膜材被破壞后,造成了其余膜片受力不均,進(jìn)而發(fā)生破壞。

(3)該類破壞情況同樣造成了突然開(kāi)孔,導(dǎo)致了結(jié)構(gòu)內(nèi)壓的變化。

3.4邊界處損壞造成的結(jié)構(gòu)破壞

國(guó)內(nèi)某膜結(jié)構(gòu)工程在2008年的一場(chǎng)大風(fēng)中由于連接件斷裂造成了角部膜材撕裂(圖8),這一破壞情況與設(shè)計(jì)師對(duì)邊界位置處連接件強(qiáng)度考慮不周有關(guān)。此外,在一些膜結(jié)構(gòu)工程中由于膜材在邊界處與鐵件(索、連接件等)發(fā)生微振摩損,磨損后膜材的強(qiáng)度降低,最終造成了結(jié)構(gòu)的破壞。

4膜結(jié)構(gòu)風(fēng)致破壞原因

4.1空氣作用力的復(fù)雜性

結(jié)構(gòu)繞流特性復(fù)雜,膜結(jié)構(gòu)又多為復(fù)雜的三維空間曲面,對(duì)膜結(jié)構(gòu)表面繞流特性的確定特別是涉及到風(fēng)荷載的脈動(dòng)特性時(shí)異常復(fù)雜。此外,由于膜結(jié)構(gòu)沿水平方向的跨度通常遠(yuǎn)大于結(jié)構(gòu)高度,因此結(jié)構(gòu)表面的風(fēng)壓分布不但與來(lái)流的脈動(dòng)特性有關(guān),還會(huì)更多的受到結(jié)構(gòu)自身特征湍流(即由于結(jié)構(gòu)形狀影響所產(chǎn)生的漩渦脫落、分離和再附等現(xiàn)象)的影響,這就使得膜結(jié)構(gòu)的風(fēng)振分析很難像高層和橋梁那樣建立一種普遍適用的陣風(fēng)荷載系數(shù)。

4.2結(jié)構(gòu)的動(dòng)力特性和幾何非線性

現(xiàn)代膜結(jié)構(gòu)均具有質(zhì)量輕、柔性大、阻尼小等特點(diǎn),結(jié)構(gòu)自振周期與風(fēng)速的長(zhǎng)卓越周期較為接近, 因而風(fēng)荷載成為控制膜結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的主要荷載。結(jié)構(gòu)在風(fēng)荷載作用下的動(dòng)力響應(yīng)是一個(gè)十分復(fù)雜的問(wèn)題。另外,膜結(jié)構(gòu)是典型的大變形柔性體系,不具有彎曲剛度,其剛度主要由預(yù)張力和負(fù)高斯曲面所構(gòu)成的幾何剛度來(lái)提供,表現(xiàn)出明顯的幾何非線性特點(diǎn)。

4.3開(kāi)敞和開(kāi)孔結(jié)構(gòu)的風(fēng)致效應(yīng)

對(duì)于開(kāi)敞式膜結(jié)構(gòu), 膜材上下表面都受到風(fēng)力作用, 而設(shè)計(jì)時(shí)需要的是膜材上下表面的風(fēng)壓差, 即凈風(fēng)壓。一般來(lái)說(shuō)膜材上表面常受負(fù)風(fēng)壓, 而下表面受正風(fēng)壓, 凈風(fēng)壓應(yīng)大于上表面風(fēng)壓, 所以只考慮上表面風(fēng)壓的設(shè)計(jì)偏于不安全。另外對(duì)于四周封閉膜結(jié)構(gòu)由于門(mén)窗破壞造成的突然開(kāi)孔,開(kāi)孔瞬間產(chǎn)生的脈沖內(nèi)壓值相當(dāng)大, 其上限值要比氣流穩(wěn)定后最大內(nèi)壓值高出很多, 由于通常設(shè)計(jì)沒(méi)有考慮內(nèi)壓的這一瞬間增大, 因此結(jié)構(gòu)在此時(shí)也很可能發(fā)生破壞。

4.與結(jié)構(gòu)的流固耦合效應(yīng)

在風(fēng)荷載作用下,膜結(jié)構(gòu)會(huì)產(chǎn)生較大的變形和振動(dòng),其幾何形狀的改變和振動(dòng)會(huì)影響周圍流場(chǎng)的變化,進(jìn)而改變作用在膜結(jié)構(gòu)表面的風(fēng)壓,形成風(fēng)與結(jié)構(gòu)的相互作用,即流固耦合效應(yīng)。目前國(guó)內(nèi)外已有很多學(xué)者對(duì)風(fēng)-結(jié)構(gòu)的流固耦合效應(yīng)進(jìn)行了大量的研究,研究方法包括風(fēng)洞試驗(yàn)方法、簡(jiǎn)化氣彈性模型方法和數(shù)值風(fēng)洞的方法。但由于其具有較大的理論難度,至今尚未很好的解決。

5結(jié)語(yǔ)

膜結(jié)構(gòu)是空間結(jié)構(gòu)中充滿活力的一種結(jié)構(gòu)體系,它不僅充分發(fā)揮了結(jié)構(gòu)中各部分材料的力學(xué)性能,而且極大的豐富了空間結(jié)構(gòu)的建筑造型,具有廣闊的發(fā)展前景。然而由于試驗(yàn)手段和分析理論的限制,對(duì)膜結(jié)構(gòu)風(fēng)致破壞模式和機(jī)理研究的不充分,很多方面還是空白。

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膜結(jié)構(gòu)范文第2篇

關(guān)鍵詞：膜結(jié)構(gòu)；曲面有限單元；膜材；設(shè)計(jì)；施工

Abstract: Tensioned membrane structure architecture (Tensioned Membrane structure), is building fabric, including membrane material tensioning structure system for main body, composed together with the support member or cable, with its unique architectural style, good mechanical characteristic, become one of the main forms of large span space structure. As a kind of new building structure, it combines architecture, structural mechanics, fine chemical engineering and materials science, computer technology, as a whole, with high technical content. In this paper the use of membrane structure in practical engineering are introduced, through the solution of the problems concerned in design and construction, analysis and discussion of membrane structure and performance.

Key words: surface membrane structure; finite element; membrane material; design; construction

中圖分類號(hào)：TU2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A文章編號(hào)：

1工程概況

某體育場(chǎng)看臺(tái)為二層框架結(jié)構(gòu)，二層看臺(tái)面積1616.5㎡，建筑高度9.15m?？磁_(tái)的膜結(jié)構(gòu)在中間主席臺(tái)由一個(gè)在中央的雙圓錐結(jié)構(gòu)構(gòu)成，在兩側(cè)看臺(tái)各一組六個(gè)雙圓錐結(jié)構(gòu)組成的。整個(gè)結(jié)構(gòu)向后傾斜。雨水將流向背后。兩邊的雙圓錐結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)成鋸齒狀。

2膜結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)

2．1曲面有限單元建立的膜結(jié)構(gòu)理論分析

膜結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)總體思路為：先找出一個(gè)初始平衡形狀，然后進(jìn)行各種荷載組合下的力學(xué)分析，最后裁剪制作。關(guān)于膜結(jié)構(gòu)的計(jì)算方法，目前以有限元法為最先進(jìn)、最普遍被采用的方法。而單元類型皆為三角形平面常應(yīng)變單元，該方法是從剛性板殼大變形理論移植過(guò)來(lái)的。

膜結(jié)構(gòu)作為只能抗拉的軟殼體是不適宜采用這種平面單元的，因?yàn)閷?duì)于剛性殼體來(lái)說(shuō)，這種平板單元可以看成平面應(yīng)力單元和平板彎曲單元的組合，其單元?jiǎng)傟嚳梢杂蛇@兩種單元?jiǎng)傟嚭喜⒍?。而膜結(jié)構(gòu)作為軟殼體是不能抗彎的，只能靠薄膜曲面的曲率變化，從而引起膜表面中內(nèi)力重分布來(lái)抵抗垂直于曲面的外荷載。如果還是采用這種只有平面內(nèi)應(yīng)力的板單元，則應(yīng)變的線性部分將不反映平面外z方向位移的影響，這導(dǎo)致單元不包含z方向節(jié)點(diǎn)反力，就每個(gè)單元來(lái)說(shuō)靜力是不平衡的。所幸的是應(yīng)變的非線性部分考慮了z向位移的影響，使得各單元合并起來(lái)的總的平衡方程通過(guò)不斷迭代能近似達(dá)到平衡，缺點(diǎn)是需要過(guò)多的平面內(nèi)位移來(lái)滿足平衡的要求，而實(shí)際情況是只需要一定的平面外和平面內(nèi)的位移及曲率變化就可以了。

考慮到以上因素，采用曲面膜單元，應(yīng)變的線性部分引入了z向位移及單元的曲率和扭率，非線性部分仍然保留z向位移的影響項(xiàng)。這樣無(wú)論是每個(gè)單元還是各單元合并后的平衡方程都能很容易滿足，迭代次數(shù)大為減少，而變形結(jié)果也更符合真實(shí)情況。而且由于單元內(nèi)各點(diǎn)應(yīng)力都不相同，據(jù)此判斷皺折是否出現(xiàn)會(huì)更為精確。最后求出的每個(gè)單元的曲率和扭率對(duì)于判斷初始找形的正誤和優(yōu)劣以及裁剪下料都能提供很多非常有用的信息。用曲面有限單元建立的膜結(jié)構(gòu)找形及內(nèi)力計(jì)算方法極小曲面具有非常完美的表面形狀和應(yīng)力狀態(tài)，是膜結(jié)構(gòu)最合理的理想初始狀態(tài)。

2．2 膜結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)模型分析

對(duì)于兩邊的膜結(jié)構(gòu)，每個(gè)架間由一片雙圓錐膜組成。中間的膜結(jié)構(gòu)仍由一片雙圓錐組成。所有的膜都將會(huì)有放射性接縫的設(shè)計(jì)，這是一種最完美的雙圓錐膜結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

2．3對(duì)膜結(jié)構(gòu)進(jìn)行以下幾種荷載工況分析：

（1） 預(yù)應(yīng)力

（2） 均布雪荷載0.4KN/sqm

（3） 均布風(fēng)壓力q＝0.4KN/sqm，Cp=0.6

（4） 均布風(fēng)吸力q＝0.4KN/sqm，Cp=1.0

（5） 風(fēng)荷載Y+Ve（正面），q＝0.4KN/sqm，Cp不定

（6） 風(fēng)荷載Y—Ve（背面），q＝0.4KN/sqm，Cp不定

（7） 風(fēng)荷載Y+Ve（側(cè)面），q＝0.4KN/sqm，Cp不定

風(fēng)荷載和雪荷載分析依據(jù)中國(guó)建筑規(guī)范要求，在負(fù)載的情況下，不會(huì)有積水產(chǎn)生。

2．4支撐結(jié)構(gòu)

支撐結(jié)構(gòu)包括一根懸臂構(gòu)架和桅桿的組合，高點(diǎn)是由短桅桿支撐在構(gòu)件上，以便膜結(jié)構(gòu)以下的空間不阻隔。使用膜結(jié)構(gòu)的反力來(lái)分析支撐結(jié)構(gòu)并且選用相應(yīng)的材料。

2．5膜材選擇

在選擇膜材時(shí)，采用國(guó)際上通用的安全系數(shù)5，無(wú)論任何工況下的最大膜應(yīng)力均可適用。參照上海膜結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)范（DGJ08-97-2002，J10209-2002）從膜應(yīng)力分布中可以看出，最大的應(yīng)力集中于高點(diǎn)位置。為了優(yōu)化材料的選擇，在這一區(qū)域使用補(bǔ)強(qiáng)片來(lái)增強(qiáng)它的強(qiáng)度。通過(guò)使用補(bǔ)強(qiáng)片，可以計(jì)算出這一部分的強(qiáng)度為通常強(qiáng)度的1.5倍。

2．6安裝程序

首先，鋼結(jié)構(gòu)將被全部安裝完成，由于膜結(jié)構(gòu)是獨(dú)立的部分，因此膜結(jié)構(gòu)的安裝可以同時(shí)進(jìn)行。對(duì)于兩邊的膜結(jié)構(gòu)，首先中間的架間將被安裝，然后再安裝兩邊，這樣可以最小限度對(duì)鋼結(jié)構(gòu)造成損害。

膜材料的裁剪制作

膜材料的裁剪拼接過(guò)程是有誤差的，這是因?yàn)槭紫扔闷矫婺て闯煽臻g曲面就一定會(huì)有誤差，其次膜布是各向異性非線性材料，在把它張拉成曲率變化多端的空間形狀時(shí)，不可避免的會(huì)與初始設(shè)計(jì)形狀有出入。所以就有可靠性、靈活性和完成時(shí)間這三個(gè)標(biāo)準(zhǔn)來(lái)判斷裁剪方法是否實(shí)用。布置膜結(jié)構(gòu)表面裁剪縫時(shí)要考慮以下幾個(gè)因素：

表面曲率。采用的是曲面膜單元分析法，得到每個(gè)單元的曲率。如果相鄰單元曲率相差很大，說(shuō)明在這個(gè)位置，曲面扭曲得很嚴(yán)重，如果裁剪縫在此處不切斷重新開(kāi)始，那么裁剪膜塊的邊界在此處就會(huì)有很大的弧形。

（2） 膜材料的幅寬。找形分析過(guò)程中的平面網(wǎng)格劃分時(shí)，就要考慮到膜材料的幅寬。盡量使一塊膜布中包含的膜單元是完整的，否則還要通過(guò)插值計(jì)算確定膜塊邊界點(diǎn)的位置。

（3） 邊界的走向。如果邊界比較平直，可以考慮用一個(gè)膜塊的長(zhǎng)邊作為這條邊界。否則只能用多個(gè)膜塊的短邊拼接成這條邊界。

（4） 美觀。

4膜結(jié)構(gòu)的安裝

4．1施工順序

（1） 鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行到一定階段時(shí)膜結(jié)構(gòu)進(jìn)場(chǎng)，并且依照施工順序來(lái)進(jìn)行膜結(jié)構(gòu)安裝。

（2） 正確卸料，膜材的每個(gè)角于出廠前都會(huì)貼上標(biāo)識(shí)注明位置，確認(rèn)所需的膜材及預(yù)安裝的位置是否符合，以避免膜材錯(cuò)裝或重復(fù)搬運(yùn)的工時(shí)浪費(fèi)。

（3） 小心拆除包裝箱，避免膜材受損，拆箱后依照膜材的展張的方式圖對(duì)膜材進(jìn)行最優(yōu)化的吊裝及展張工作，吊運(yùn)時(shí)要求多人在不同角度觀察，以避免不必要的災(zāi)害發(fā)生。

（4） 膜材安裝時(shí)，先安裝中間部分的膜材，并將膜材從中間高點(diǎn)向外延展，施工人員同時(shí)于雙向隨時(shí)與之固定。

（5） 將兩邊的膜部分固定就位，然后各點(diǎn)同步實(shí)施平均拉伸，確保膜材達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

4．2施工注意問(wèn)題

（1） 施工安裝前應(yīng)對(duì)膜體及零配件的出廠報(bào)告、產(chǎn)品質(zhì)保書(shū)、檢測(cè)報(bào)告以及品種、規(guī)格、色澤、數(shù)量進(jìn)行驗(yàn)收。安裝前檢查的項(xiàng)目有：膜體外觀質(zhì)量；膜體上所有的拼縫及結(jié)合處的質(zhì)量；螺栓、墊圈及鋁合金、不銹鋼壓條無(wú)拉傷和銹蝕；索、錨具無(wú)涂層破壞及銹蝕；纜繩無(wú)污損。

（2） 工程現(xiàn)場(chǎng)的膜體應(yīng)安放在搭設(shè)的輔助架之上，保證安全，防止膜體污損。

（3） 膜的緊固夾板再安裝前必須倒角打磨平整，不應(yīng)有銳角銳邊。螺栓不應(yīng)有飛刺，所有與膜體接觸的金屬件不應(yīng)有尖銳棱角。

（4） 膜結(jié)構(gòu)安裝時(shí)，應(yīng)在膜面上安設(shè)爬用安全網(wǎng)，作業(yè)人員在膜面上行走時(shí)應(yīng)穿軟底鞋，不應(yīng)佩帶鑰匙等硬物。不應(yīng)破壞膜面。膜面與支撐結(jié)構(gòu)間必須設(shè)隔離層，不得直接接觸。

（5） 膜結(jié)構(gòu)安裝宜在風(fēng)力不大于四級(jí)的情況下進(jìn)行。在安裝過(guò)程中應(yīng)充分注意風(fēng)速和風(fēng)向，避免顫動(dòng)現(xiàn)象。發(fā)生強(qiáng)風(fēng)時(shí)，應(yīng)終止作業(yè)。

（6） 膜結(jié)構(gòu)的構(gòu)件施工必須嚴(yán)格按照規(guī)范、工藝標(biāo)準(zhǔn)和施工組織設(shè)計(jì)執(zhí)行。

膜結(jié)構(gòu)范文第3篇

關(guān)鍵詞：索模結(jié)構(gòu)；找形；方法；設(shè)計(jì)策略

中圖分類號(hào)：C33 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：

1 引言

對(duì)于索膜這樣的柔性結(jié)構(gòu)來(lái)說(shuō)，由于索膜材料不能承受彎距和壓力，在施加預(yù)應(yīng)力之前，其幾何外形具有不確定性，而且柔性結(jié)構(gòu)的幾何外形變化會(huì)引起結(jié)構(gòu)性能的較大變化，因而索膜結(jié)構(gòu)的承載能力與其幾何外形密切相關(guān)。索膜結(jié)構(gòu)的幾何外形、所承受的外荷載與其內(nèi)應(yīng)力三者之間以一種非線性的方式相互作用，相互影響。索膜結(jié)構(gòu)的幾何外形設(shè)計(jì)必須確定結(jié)構(gòu)的幾何外形及其預(yù)應(yīng)力，這就是所謂的找形問(wèn)題，這也是索膜結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中最基本也最為困難的問(wèn)題。[ 倪志軍.索膜結(jié)構(gòu)找形和裁剪方法研究[D].浙江大學(xué)，2005年。]找形分析的基本任務(wù)就是確定索膜結(jié)構(gòu)的初始形狀并判斷其能否張成，即曲面形狀的合適度及求出維持該曲面的特定預(yù)應(yīng)力分布并將預(yù)應(yīng)力控制于指定的范圍之內(nèi)。

2 索膜結(jié)構(gòu)找形分析的基本方法

找形過(guò)程中存在兩個(gè)未知因素：其一是結(jié)構(gòu)的初始形狀，其二是結(jié)構(gòu)的預(yù)應(yīng)力分布狀態(tài)。從而產(chǎn)生兩種找形思路：第一種是給定初始形狀，把初始預(yù)應(yīng)力作為外荷載施加到結(jié)構(gòu)上，求解達(dá)到平衡時(shí)結(jié)構(gòu)的狀態(tài)。此方法可以得到近似結(jié)構(gòu)，但會(huì)改變初始給定的預(yù)應(yīng)力分布，特別是復(fù)雜不規(guī)則的曲面的預(yù)應(yīng)力分布將很不均勻，從而給結(jié)構(gòu)施工和受力性能造成不利影響。[ 劉吉敏，歐陽(yáng)龍.索膜結(jié)構(gòu)找形分析方法研究[J].山西建筑，2007年。]第二種思路是將初始預(yù)應(yīng)力分布作為已知參數(shù)，把與之對(duì)應(yīng)的平衡形狀作為未知數(shù)來(lái)求解。為了保證得到的預(yù)應(yīng)力分布即是初始的預(yù)應(yīng)力分布，必須舍棄變形協(xié)調(diào)關(guān)系和材料本構(gòu)關(guān)系。

索膜結(jié)構(gòu)的全過(guò)程分析包括找形分析、荷載分析和裁剪分析。其中，找形分析是全過(guò)程分析的最初階段，也是荷載分析和裁剪分析的基礎(chǔ)。最早的膜結(jié)構(gòu)找形分析方法是物理模型法，包括肥皂模型法和絲網(wǎng)模型法，但是用物理模型法確定初始曲面，其設(shè)計(jì)量測(cè)極為不便，測(cè)量精度難以保證。20世紀(jì)70年代以來(lái)，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅猛發(fā)展，美國(guó)、英國(guó)、日本等外國(guó)學(xué)者提出并發(fā)展了以計(jì)算機(jī)技術(shù)為依靠的張力結(jié)構(gòu)的找形分析，逐步取代了傳統(tǒng)的模型量測(cè)法。目前所提出的有關(guān)膜結(jié)構(gòu)找形分析的方法基本上都是以力密度法、動(dòng)力松弛法和非線性有限元法為理論基礎(chǔ)的。[ 劉吉敏，歐陽(yáng)龍.索膜結(jié)構(gòu)找形分析方法研究[J].山西建筑，2007年。]

2 不同結(jié)構(gòu)形式膜結(jié)構(gòu)找形設(shè)計(jì)方法

索膜結(jié)構(gòu)按照結(jié)構(gòu)形式的不同可以分為：充氣膜結(jié)構(gòu)、骨架膜結(jié)構(gòu)、張拉膜結(jié)構(gòu)、動(dòng)力松弛格式，力密度格式和非線性有限元格式。不同結(jié)構(gòu)形式的膜結(jié)構(gòu)其找形方法也不同。

2.1 充氣膜結(jié)構(gòu)找形設(shè)計(jì)方法

充氣膜結(jié)構(gòu)的找形分析過(guò)程是尋找壓差、預(yù)應(yīng)力和形態(tài)三者間對(duì)應(yīng)關(guān)系的過(guò)程，是結(jié)構(gòu)中的預(yù)應(yīng)力尋求自平衡態(tài)的過(guò)程。其實(shí)質(zhì)是一個(gè)靜力平衡狀態(tài)的求解過(guò)程。在其找形過(guò)程中,所要確定的基本參數(shù)包括：結(jié)構(gòu)表面拓?fù)潢P(guān)系、幾何邊界條件、表面幾何形狀、膜面內(nèi)外氣壓差值、膜應(yīng)力大小及分布。在一定大小的氣壓值作用下，求解滿足平衡條件的膜曲面幾何形狀及相應(yīng)的應(yīng)力分布是充氣膜結(jié)構(gòu)找形分析中所要解決的根本問(wèn)題。

2.2 張力膜結(jié)構(gòu)找形設(shè)計(jì)方法

張力膜結(jié)構(gòu)是預(yù)先對(duì)索和膜施加一定的預(yù)應(yīng)力，使結(jié)構(gòu)在張拉力的作用下，形成具有一定幾何形狀的空間曲面來(lái)承受荷載的結(jié)構(gòu)形式。其找形設(shè)計(jì)用的最多的方法是力密度法、非線性有限元法及兩者的綜合。目前已經(jīng)研究了三角形膜單元和曲面四邊形單元張力膜結(jié)構(gòu)的找形分析。綜合分析的思想，即先采用力密度法進(jìn)行形狀確定，再以其近似解作初始值進(jìn)行非線性分析，也有著較多的應(yīng)用。

2.3 三種方法的比較

動(dòng)力松弛格式，力密度格式和非線性有限元格式這三種形態(tài)分析方法均己被用于諸多成熟的薄膜結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件的計(jì)算內(nèi)核。近三十年來(lái)，這三種方法在不斷地發(fā)展和完善，有各自的適用范圍。

對(duì)力密度格式而言，只要已知了離散后結(jié)構(gòu)各桿件的幾何拓?fù)洹⒃O(shè)定的力密度值和邊界節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)，就可建立關(guān)于節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)的線性方程組。該方法計(jì)算速度快，便于對(duì)結(jié)構(gòu)方案進(jìn)行修改。但因其誤差大，更適合于結(jié)構(gòu)方案的初始確定階段使用。

動(dòng)力松弛格式是將靜力平衡問(wèn)題擬為動(dòng)力問(wèn)題進(jìn)行求解，該方法以節(jié)點(diǎn)為研究對(duì)象，在迭代計(jì)算過(guò)程中對(duì)結(jié)構(gòu)總動(dòng)能和各節(jié)點(diǎn)殘余力值進(jìn)行控制，同時(shí)也考慮了節(jié)點(diǎn)變位對(duì)節(jié)點(diǎn)平衡的影響，避免了有限元法的整體剛度矩陣組裝和相應(yīng)方程的求解。該法對(duì)于處理靜力索網(wǎng)膜和受壓松弛褶皺單元很有效，采用的計(jì)算機(jī)數(shù)值法簡(jiǎn)單，迭代技術(shù)也較為穩(wěn)定，更適合于對(duì)大型結(jié)構(gòu)的計(jì)算分析。[ 倪志軍.索膜結(jié)構(gòu)找形和裁剪方法研究[D].浙江大學(xué)，2005年。

]

3 改進(jìn)方法

在實(shí)際的膜結(jié)構(gòu)找形設(shè)計(jì)中，發(fā)現(xiàn)需要結(jié)合工程實(shí)際在原有三種基本方法的基礎(chǔ)上進(jìn)行一定的改進(jìn)。

3.1 具有T單元的力密度法

在用力密度法進(jìn)行張拉膜結(jié)構(gòu)的找形設(shè)計(jì)時(shí)，膜與邊索的預(yù)應(yīng)力值是其中的主要因素。為了確保其邊索的連續(xù)光滑，防止鋸齒形狀的出現(xiàn)，常采用T單元對(duì)邊索進(jìn)行強(qiáng)化處理。此時(shí)，可以通過(guò)對(duì)邊界索進(jìn)行T單元處理，建立索邊界主結(jié)點(diǎn)、膜網(wǎng)內(nèi)部T單元結(jié)點(diǎn)和膜網(wǎng)內(nèi)部一般結(jié)點(diǎn)的靜力平衡方程，求解這些平衡方程得到各結(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)，從而確定膜結(jié)構(gòu)的空間曲面形狀。

3.2 混合力密度法

在實(shí)際的張拉膜結(jié)構(gòu)中，膜需要拉索及壓桿張拉成形。這部分桿件是由彈性變形控制內(nèi)力的，必須滿足一定的約束條件，而這些約束條件是非線性的，所以線性的力密度法就發(fā)展成為非線性的混合力密度法?；旌狭γ芏确ň褪菍⒉糠謫卧γ芏瓤刂疲糠謫卧獜椥钥刂?，力密度控制采用線性求解，彈性控制采用非線性求解，通過(guò)迭代計(jì)算混合找形求出各結(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)。

3.3 改進(jìn)的動(dòng)力松弛法

動(dòng)力松弛法與非線性有限元法相比避免了結(jié)構(gòu)整體剛度矩陣的組裝與分解，減少了內(nèi)存的占用，加快了運(yùn)算速度，與力密度法相比提高了計(jì)算精度，能獲得更為準(zhǔn)確的初始平衡形狀。并且它可以從任愈假定的初始狀態(tài)開(kāi)始迭代得到最終的平衡狀態(tài)。因此動(dòng)力松弛法是一種求解幾何非線性結(jié)構(gòu)體系的有效數(shù)值方法，它對(duì)于大型索膜結(jié)構(gòu)的分析具有更大的優(yōu)越性。對(duì)動(dòng)力松弛法的研究，都是將膜單元轉(zhuǎn)換為三個(gè)首尾相連的直桿單元，這樣處理意味著膜單元只能沿三個(gè)邊長(zhǎng)的方向進(jìn)行伸縮變形。故這種分析僅適用于三邊單元，有很大的局限性。文獻(xiàn)采用了平面膜元改進(jìn)計(jì)算模型，解決了動(dòng)力松弛法中膜單元網(wǎng)格劃分僅限于三邊單元的缺點(diǎn)，但它需要同時(shí)設(shè)定時(shí)間增量和虛擬阻尼兩個(gè)計(jì)算參數(shù)，以致迭代運(yùn)算呈現(xiàn)較大的隨機(jī)性，甚至不收斂。對(duì)此，本文采用運(yùn)動(dòng)阻尼的概念，對(duì)一般的動(dòng)力松弛法進(jìn)行了改進(jìn)。改進(jìn)后的計(jì)算方法避免了迭代中阻尼系數(shù)的取值，并且對(duì)曲

線索單元、曲面膜單元也同樣適用。[ 王建華.索模結(jié)構(gòu)找形方法及自振性研究[D].河海大學(xué)，2005年。]

3.4 動(dòng)力松弛法與非線性有限元法的混合

這是一種將力密度法的簡(jiǎn)化形式結(jié)合到非線性有限元法中進(jìn)行找形的設(shè)計(jì)方法，它實(shí)現(xiàn)了動(dòng)力松弛法與非線性有限元法的結(jié)合。這種用動(dòng)力松弛法進(jìn)行找形，然后直接用非線性有限元法進(jìn)行荷載分析的混合法，能夠棄弊從利，在大大縮短設(shè)計(jì)周期的。同時(shí)，又保證了分析的精度，從而實(shí)現(xiàn)了工程的快速選型和下部結(jié)構(gòu)的準(zhǔn)確分析。

4 有限元軟件在找形分析中的實(shí)現(xiàn)

為了充分發(fā)揮支座移動(dòng)法和節(jié)點(diǎn)平衡法的優(yōu)點(diǎn)，并盡量克服它們的缺點(diǎn)，本文借助于有限元分析軟件ANSYS采用了一種效率較高的實(shí)用找形方法。該方法的基本分析過(guò)程是：先采用小彈性棋t技術(shù)，用支座移動(dòng)法進(jìn)行初步找形，得到結(jié)構(gòu)的近似平衡形狀。在此幾何位形上更新節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)釋放預(yù)應(yīng)力，然后重新設(shè)定索膜結(jié)構(gòu)真實(shí)的材料常數(shù)和預(yù)應(yīng)力分布進(jìn)行自平衡迭代求解，直至迭代求解的結(jié)果滿足給定的梢度，此時(shí)得到的幾何位形即為所求的初始平衡形狀。[ 王建華.索模結(jié)構(gòu)找形方法及自振性研究[D].河海大學(xué)，2005年。]

膜結(jié)構(gòu)范文第4篇

【關(guān)鍵詞】綠色建筑；綠色能源；紫蠶島

一、綜述

膜結(jié)構(gòu)建筑具有“輕、快、好、省、靈”五個(gè)優(yōu)異性能。自重輕、施工周期塊、抗震性能好、省地基處理、具有建筑靈性可與其他建筑形式隨意組合。它是對(duì)城市環(huán)境影響最小的建筑結(jié)構(gòu)，是綠色建筑的最高應(yīng)用形式之一。其中最先端的ETFE（乙烯-四氟乙烯共聚物）充氣式膜結(jié)構(gòu)，近年來(lái)隨著成熟技術(shù)的引進(jìn)，在諸多“高、大、上”的建筑中獲得采用。綠色能源是利用現(xiàn)代技術(shù)開(kāi)發(fā)干凈、無(wú)污染新能源，這些能源消耗之后可以恢復(fù)補(bǔ)充，無(wú)污染。綠色能源與“綠色建筑”的結(jié)合及在具體項(xiàng)目中的實(shí)際運(yùn)用，體現(xiàn)了建筑領(lǐng)域的一種發(fā)展新趨勢(shì)。

二、應(yīng)用案例

2010上海世博會(huì)是各參展國(guó)家的建筑博覽會(huì)，其中將綠色建筑與綠色能源結(jié)合的最徹底的無(wú)疑是日本國(guó)家館。它有一個(gè)可愛(ài)的中國(guó)名字“紫蠶島”。其核心設(shè)計(jì)理念是“心之和，技之和”，寓意通過(guò)科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步來(lái)創(chuàng)造和諧的生存環(huán)境。因此光、水、空氣等自然資源被最大限度利用。采用一整套相輔相成的動(dòng)態(tài)節(jié)能系統(tǒng)，將尖端科技融合入于這個(gè)會(huì)呼吸的建筑。建筑本身來(lái)說(shuō)，它一個(gè)最強(qiáng)的理念就是以大自然來(lái)使它正常的運(yùn)行。利用太陽(yáng)能，雨水，還有風(fēng)能這些元素使場(chǎng)館像一個(gè)生命體一樣可以來(lái)呼吸，可以來(lái)自動(dòng)調(diào)節(jié)體溫，同時(shí)也能自行發(fā)電供日常使用。

1、會(huì)呼吸的建筑。這是一座“會(huì)呼吸的建筑”，建筑弧形穹頂上“長(zhǎng)著”三個(gè)角、三個(gè)洞，其作用是強(qiáng)化冷暖空氣的流通，減少空調(diào)能耗。接收雨水并循環(huán)利用，引入陽(yáng)光減少照明用電。使用循環(huán)式呼吸孔道技術(shù)，保持建筑物內(nèi)的持續(xù)新風(fēng)更換。建筑物室外人員集中處設(shè)置噴霧設(shè)施，降溫卻不會(huì)濕衣。這三個(gè)角、三個(gè)洞，我們稱之為“循環(huán)式呼吸柱”是利用“光、水、風(fēng)”等自然要素的循環(huán)系統(tǒng)。光： 弧形穹頂頂部，三根向外突出的“觸角”（又稱“煙突”）和三個(gè)向內(nèi)凹陷的“鼻孔”，組成“循環(huán)呼吸柱”，它們與6根建筑內(nèi)部的垂直“循環(huán)呼吸柱”分別連通，構(gòu)成了空氣和雨水循環(huán)系統(tǒng)，呼吸柱向館內(nèi)引入太陽(yáng)光，呼吸柱的內(nèi)部與室外相連接，成為將外部陽(yáng)光引入室內(nèi)的通道，實(shí)現(xiàn)大進(jìn)深空間的自然采光、向下導(dǎo)光。白天，外部光線通過(guò)這些循環(huán)呼吸柱導(dǎo)入建筑物內(nèi)部，形成了一束束柔和的白色光柱，實(shí)現(xiàn)了建筑物中央部分室內(nèi)空間的自然采光水：利用呼吸柱作為收集雨水的通道.降落到屋面的雨水沿著呼吸柱匯集到建筑底部的蓄水池，而收集到的雨水又被送回到屋面膜外側(cè)作為夏季建筑降溫用的噴淋水，噴淋水再次通過(guò)呼吸柱收集，從而又構(gòu)成一個(gè)完整的水循環(huán)系統(tǒng). 循環(huán)呼吸柱的“鼻孔”將雨水引入展館底層的儲(chǔ)水空間，通過(guò)水的蒸發(fā)，降低館內(nèi)溫度。而柱內(nèi)匯聚的一部分雨水又可以通過(guò)場(chǎng)館外部安置的水噴系統(tǒng)對(duì)建筑物整體降溫。灑落的水會(huì)再次通過(guò)循環(huán)呼吸柱進(jìn)行循環(huán)再利用。風(fēng)：通過(guò)呼吸柱將風(fēng)引入建筑內(nèi)。建筑底部經(jīng)過(guò)冷卻的新鮮空氣利用呼吸柱的拔風(fēng)效果加速上升，向室內(nèi)送風(fēng)，降低夏季的空調(diào)負(fù)荷，而展廳內(nèi)聚集的熱空氣則通過(guò)呼吸柱頂端的開(kāi)口直接向室外排出，形成自然的空氣循環(huán)。循環(huán)呼吸柱的“觸角”則可以有效地使地板下的冷空氣上升，為館內(nèi)通風(fēng)換氣，以此降低空調(diào)負(fù)荷，還可以有效解決挑高展示廳的排風(fēng)換氣問(wèn)題。

2、會(huì)自潔的建筑。這是一座“會(huì)自潔的建筑”，首先建筑護(hù)采用雙層氣枕式ETFE（乙烯-四氟乙烯共聚物）膜結(jié)構(gòu)形式，ETFE膜材是一種耐擦傷性、耐磨性、耐高溫、耐腐蝕，絕緣性、高安全性材料。其具備超輕重量：膜材薄輕?？拐鹦詢?yōu)越，施工便利。耐久性好：氣候適應(yīng)：-200～150攝氏度，15年以上惡劣氣候，力學(xué)和光學(xué)性能不改變?？估瓘?qiáng)度高：破斷伸長(zhǎng)率達(dá)300%以上。高安全性：阻燃材料，熔后收縮但無(wú)滴落物。如遇火災(zāi)其危害性較小，冰雹氣候，即使玻璃碎了，ETFE也僅留下小小凹痕。材料表面經(jīng)過(guò)特殊處理，非常光滑，具有極佳的自潔性能，及時(shí)表面由于外周環(huán)境、氣候影響而產(chǎn)生的灰塵積累、污跡殘留等現(xiàn)象，通過(guò)雨水沖刷或自發(fā)性的清水沖洗都可去除大部分的污染，回復(fù)建筑外立面的光滑、清潔狀態(tài)。連接ETFE氣枕之間的金屬扣件上設(shè)置了許多小噴頭，能夠持續(xù)噴灑形成一層流動(dòng)的水膜，加上薄膜表面涂了一層光觸媒，在帶走熱量的同時(shí)也實(shí)現(xiàn)了自我清潔其次循環(huán)呼吸柱內(nèi)匯聚的一部分雨水又可以通過(guò)場(chǎng)館外部安置的水噴系統(tǒng)對(duì)建筑物整體清潔、沖刷表面灰塵，灑落的水會(huì)再次通過(guò)循環(huán)呼吸柱進(jìn)行循環(huán)再利用。

3、會(huì)發(fā)電的建筑。這是一座“會(huì)發(fā)電的建筑”，建筑護(hù)ETFE雙層氣枕內(nèi)采用了可彎曲的富士電機(jī)非晶硅太陽(yáng)能電池，太陽(yáng)能電池板設(shè)置在氣枕單元內(nèi)部，單個(gè)單元根據(jù)大小，設(shè)置5-2塊。共設(shè)置395塊薄膜太陽(yáng)能電池板。每塊太陽(yáng)能電池板所產(chǎn)生的電能通過(guò)匯流箱、集合轉(zhuǎn)換箱，轉(zhuǎn)換為交流電能，大約可產(chǎn)生20到30千瓦的電能，成為整個(gè)日本館供電系統(tǒng)的一部分。館內(nèi)局部通道地面設(shè)置了最新研發(fā)的人工動(dòng)能發(fā)電系統(tǒng)，俗稱發(fā)電地板。其由面積50平方厘米“發(fā)電瓷磚”組成，能把壓力轉(zhuǎn)化為能量，點(diǎn)亮周圍發(fā)光二極管燈泡。預(yù)示著在實(shí)際大面積采用后，可以將設(shè)置部位人員流動(dòng)轉(zhuǎn)化為可使用電能。

膜結(jié)構(gòu)范文第5篇

關(guān)鍵詞：鹽海神湯；膜結(jié)構(gòu)；施工技術(shù)

中圖分類號(hào)： TU74文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：

一、天樂(lè)城鹽海神湯項(xiàng)目簡(jiǎn)介

1、鹽海神湯項(xiàng)目介紹

天樂(lè)城鹽海神湯項(xiàng)目，位于山東省泰安市岱岳區(qū)石膏工業(yè)園區(qū)內(nèi)，緊鄰104省道。本項(xiàng)目建筑面積約6000平方米，建筑高度15.5米，包含鹽水漂浮體驗(yàn)館、水療養(yǎng)生館、紅花浴、黑泥療等二十余項(xiàng)養(yǎng)生保健理療項(xiàng)目。項(xiàng)目充分利用了泰山鹽化工豐富的鹵水資源，傾力打造具有放松身心、舒緩減壓等理療效果的“人造鹽海”。

2、膜結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介

該項(xiàng)目使用了PCV充氣膜結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)是通過(guò)壓力控制系統(tǒng)向膜內(nèi)充氣，是內(nèi)部產(chǎn)生一定的預(yù)張應(yīng)力，使其成為結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、簡(jiǎn)潔實(shí)用的充氣式膜結(jié)構(gòu)體系。外膜材料采用美國(guó)seman 8028品牌產(chǎn)品，膜材幅寬1.8米，投影面積4059平方米，膜頂部最大設(shè)計(jì)高度15m，膜內(nèi)容積約4萬(wàn)立方米。

二、膜結(jié)構(gòu)系統(tǒng)設(shè)計(jì)說(shuō)明

1、氣膜主體

1）外膜材料采用美國(guó)seman 8028品牌產(chǎn)品，膜材幅寬1.8米，廠家質(zhì)保10年，該材料具有高強(qiáng)、自潔、耐久、耐火等特點(diǎn)。

2）氣膜主體規(guī)格尺寸：99米(長(zhǎng))*41米（寬）*15米（高）。

2、機(jī)械單元成套設(shè)備

1）能夠滿足自動(dòng)控制的具體要求

配備手動(dòng)調(diào)壓和自動(dòng)調(diào)壓兩種調(diào)壓方式，手動(dòng)調(diào)壓是通過(guò)觸摸屏和PLC的內(nèi)部程序來(lái)實(shí)現(xiàn)；自動(dòng)調(diào)壓是通過(guò)壓差傳感器和PLC的內(nèi)部程序來(lái)實(shí)現(xiàn)。

2）程序設(shè)計(jì)的安全性：(第一道安全保障)

密閉空間內(nèi)恒壓控制，通過(guò)觸摸屏將密閉空間壓力值設(shè)定為D（280Pa-可抗12級(jí)風(fēng)），1.當(dāng)壓力高時(shí)，風(fēng)機(jī)降頻運(yùn)行；2.當(dāng)壓力低時(shí)，風(fēng)機(jī)工頻運(yùn)行；3.當(dāng)壓力為設(shè)定值D的值域范圍時(shí)（值域范圍：D±10Pa），風(fēng)機(jī)保持當(dāng)前頻率運(yùn)行。

3）硬件設(shè)備的安全性：（第二道安全保障，只有當(dāng)?shù)谝坏腊踩Ｕ鲜r(shí)才會(huì)激活）

4）運(yùn)行模式的安全性：每套系統(tǒng)設(shè)置變頻運(yùn)行、工頻運(yùn)行兩種模式，變頻發(fā)生故障，工頻啟動(dòng)；工頻發(fā)生故障，變頻運(yùn)行。

5）配備聲光報(bào)警裝置。

6）通道采用雙重電氣互鎖設(shè)計(jì)，能夠完全保障密閉空間的安全特性，智能控制：壓力手動(dòng)、自動(dòng)調(diào)節(jié)智能控制，報(bào)警智能控制，顯示操作畫(huà)面智能控制。

3、主進(jìn)門(mén)

1）旋轉(zhuǎn)門(mén)2套，通道1套，滿足人員和機(jī)具設(shè)備的進(jìn)出需要。

2）本方案能夠滿足此項(xiàng)要求：（1）氣密（2）開(kāi)門(mén)執(zhí)行器。

4、應(yīng)急門(mén)

1）應(yīng)急門(mén)5套，前方設(shè)置一道方便人員進(jìn)出的旋轉(zhuǎn)門(mén)。

2）能夠滿足此項(xiàng)要求：（1）專業(yè)氣壓平衡門(mén)。（2）材質(zhì)為鋁制內(nèi)外門(mén)板，鋼制門(mén)框。（3）易于開(kāi)啟和關(guān)閉，具有自動(dòng)回彈功能，可自行關(guān)閉，密封良好，能夠很好的維持膜內(nèi)氣壓。

5、基礎(chǔ)錨固系統(tǒng)

抗拔基礎(chǔ)采用鋼筋混凝土條形基礎(chǔ)，基礎(chǔ)頂面預(yù)埋鋁合金鑄件，鋁合金鑄件斷面形式為U形，兩側(cè)為抗拔肋，與外膜連接簡(jiǎn)單，通過(guò)防腐木楔將膜面繩邊固定，良好的氣密性可有效阻止膜內(nèi)空氣的泄露，使氣膜更加節(jié)能。鋁合金鑄件具有優(yōu)越的抗老化、耐腐能力，與膜材連接時(shí)也不會(huì)損壞膜材，在實(shí)際工程中已得到良好運(yùn)用。

三、膜結(jié)構(gòu)施工技術(shù)方案分析

1編制說(shuō)明及編制依據(jù)

1．編制說(shuō)明

本施工組織設(shè)計(jì)為雙層充氣膜建筑工程安裝方案。根據(jù)工程的實(shí)際情況的要求，確保工程質(zhì)量、施工進(jìn)度、施工安全，最終達(dá)到合格工程。

2.編制依據(jù)

2.1.基本技術(shù)條件和圖紙資料。

2.2 國(guó)家有關(guān)規(guī)范、規(guī)程、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)等。

3.施工目標(biāo)及承包范圍

3.1. 施工目標(biāo)：以安全施工為前提，按國(guó)家現(xiàn)行的有關(guān)規(guī)范、規(guī)定及膜結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程進(jìn)行施工，保證施工質(zhì)量，確保施工工期，膜結(jié)構(gòu)成品質(zhì)量達(dá)到的合格標(biāo)準(zhǔn)。

3.2. 承包范圍：氣膜制品及通道門(mén)、設(shè)備安裝、燈具安裝等。

4.主要采用的新技術(shù)

本工程采用以歐美等發(fā)達(dá)國(guó)家同步的先進(jìn)材料及工藝，以向室內(nèi)密閉空間不斷充氣為主要手段，使其成為結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、簡(jiǎn)潔實(shí)用的充氣式膜結(jié)構(gòu)體系，以抵抗不同工況的荷載；配有受力合理、技術(shù)先進(jìn)的索網(wǎng)抗風(fēng)結(jié)構(gòu)體系；滿足頻繁開(kāi)啟、大尺寸紅外自鎖感應(yīng)大門(mén)。

2膜結(jié)構(gòu)工程概況

雙層氣膜建筑平面投影為長(zhǎng)方形，長(zhǎng)99米寬41米，投影面積4059平方米，膜頂部最大設(shè)計(jì)高度15m，膜內(nèi)容積約4萬(wàn)立方米，該建筑物附屬設(shè)備含2套通道門(mén)，5套應(yīng)急門(mén)，2套旋轉(zhuǎn)門(mén)，充氣系統(tǒng)、照明系統(tǒng)、智能管理系統(tǒng)、變配電系統(tǒng)。

根據(jù)建設(shè)方的要求和場(chǎng)地的實(shí)際情況，結(jié)合充氣膜結(jié)構(gòu)體系的特點(diǎn)，經(jīng)過(guò)反復(fù)論證和深入分析，最終確定建筑方案。下圖為結(jié)構(gòu)平立面圖。

平面圖

立面圖

本建筑方案中，氣膜四周邊均與地面埋件直接連接，地面下部基礎(chǔ)采用鋼筋混凝土“倒T型”條形基礎(chǔ)，基礎(chǔ)底板寬度1.2米，頂部寬度0.5米；基礎(chǔ)高度1.5米，頂面突出地坪高度0.45米，地下埋深1.05米。埋件采用預(yù)制鋁合金槽鑄件，精巧耐用，抗拉強(qiáng)度高，安裝時(shí)只須將膜繩邊埋入槽內(nèi)，然后在槽內(nèi)插入木楔塊即可，操作簡(jiǎn)單實(shí)用。

索網(wǎng)中的鋼索采用高強(qiáng)鍍鋅Φ16鋼鉸線。

膜裁剪熱合均在工廠完成，為解決超大面積膜制作、運(yùn)輸及安裝困難，設(shè)計(jì)將膜在工廠分塊制作，最大塊面積均在1000 m2左右，在現(xiàn)場(chǎng)用鋁合金專用夾板將膜塊連接成一個(gè)整體。

主通道供載重卡車和翻堆機(jī)同時(shí)出入，門(mén)體采用互鎖型自動(dòng)門(mén)；緊急出口設(shè)置2個(gè)，以備工作人員在使用過(guò)程中臨時(shí)使用，或在有緊急事件發(fā)生時(shí)疏散人群采用。

設(shè)備控制室是充氣膜建筑物的一個(gè)重要組成部分，考慮到本工程充氣膜室內(nèi)密閉空間容積約為8.5萬(wàn)m 3，初始充氣時(shí)，利用3臺(tái)鼓風(fēng)設(shè)備對(duì)室內(nèi)持續(xù)送風(fēng)，使室內(nèi)外形成一定的壓力差，整個(gè)膜面逐漸鼓起至設(shè)計(jì)空間曲面。通常情況下，室內(nèi)外壓力差達(dá)到設(shè)定數(shù)值時(shí)，即可轉(zhuǎn)換為2臺(tái)鼓風(fēng)設(shè)備低頻運(yùn)行，另外1臺(tái)停止工作。如果因建筑物封閉不嚴(yán)或其他原因而出現(xiàn)漏氣現(xiàn)象，導(dǎo)致室內(nèi)壓力虧損；或者當(dāng)外界風(fēng)速大于8m/s（約五級(jí)風(fēng)）時(shí)，為使膜面有足夠的剛度來(lái)維持其穩(wěn)定狀態(tài)，以抵御外部荷載的作用，室內(nèi)壓力會(huì)迅速加大，室內(nèi)外壓力差至少達(dá)到300Pa。這時(shí)通過(guò)安裝在室內(nèi)的壓力傳感器就會(huì)將檢測(cè)到的壓力值實(shí)時(shí)的傳輸?shù)絇LC控制系統(tǒng)，經(jīng)其處理后通過(guò)變頻控制器指令，調(diào)整鼓風(fēng)設(shè)備的運(yùn)行頻率，迅速加大室內(nèi)壓力。在正常情況下，2臺(tái)鼓風(fēng)設(shè)備1備1用，24h轉(zhuǎn)換一次，可有效降低設(shè)備的有形損耗。工程的充氣自控系統(tǒng)是由兩臺(tái)鼓風(fēng)設(shè)備、壓力傳感器、PLC控制系統(tǒng)、發(fā)電機(jī)組、配電控制柜及報(bào)警系統(tǒng)組成，是充氣膜結(jié)構(gòu)的“大腦中樞”，保證充氣自控系統(tǒng)的良好運(yùn)行，對(duì)整個(gè)充氣膜結(jié)構(gòu)有著重要的意義。

3施工技術(shù)方案

1.氣膜結(jié)構(gòu)的安裝

1.1 安裝總體思路

平整場(chǎng)地，在安裝區(qū)域鋪設(shè)鋪地膜，在鋪地膜上按設(shè)計(jì)圖紙將膜單元整體展開(kāi)；現(xiàn)場(chǎng)連接夾板鏈條，將膜單元連成一整體；連接索網(wǎng)，并固定；確認(rèn)膜面完全密閉后，啟動(dòng)自動(dòng)控制通風(fēng)系統(tǒng)及備用風(fēng)機(jī)對(duì)膜結(jié)構(gòu)進(jìn)行充氣，直到膜面達(dá)到設(shè)計(jì)形狀為止。

1.2 安裝工藝流程

安裝前期準(zhǔn)備土建預(yù)埋件復(fù)測(cè)驗(yàn)收自控設(shè)備安裝充氣膜邊界安裝主出入大門(mén)、緊急門(mén)安裝下壓索網(wǎng)安裝膜充氣膜面清理清理現(xiàn)場(chǎng)竣工驗(yàn)收

1.3安裝步驟

1.3.1檢查預(yù)埋件位置，確保準(zhǔn)確無(wú)誤；

1.3.2將場(chǎng)地清理干凈，展開(kāi)鋪地保護(hù)膜；

1.3.3將各膜單元大包按順序放置在鋪地保護(hù)膜上，根據(jù)包裝上的標(biāo)識(shí)方向打開(kāi)膜單元；

1.3.4通過(guò)夾板鏈將膜單元連接；局部穿膜邊角處夾板，便于大繩拉結(jié)；

1.3.5連接并固定下壓索網(wǎng)體系；

1.3.6將安裝膜面的手工工具分發(fā)到班組。手工工具包括人力鉗、扳手、羊角錘、美工刀及帶安全提鉤的工具袋

1.3.7將鋁合金夾板、螺栓、止水橡膠帶等按順序依次安裝在膜面四邊上，安裝過(guò)程中應(yīng)做到：螺栓無(wú)漏擰、欠擰，止水橡膠帶排放平整，不間斷，無(wú)起拱；

1.3.8 通過(guò)自動(dòng)控制系統(tǒng)對(duì)膜結(jié)構(gòu)充氣；

1.3.9膜結(jié)構(gòu)自檢，安裝結(jié)束.

2、自動(dòng)控制設(shè)備系統(tǒng)的安裝

2.1圖紙?jiān)O(shè)計(jì)

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)工藝設(shè)計(jì)風(fēng)機(jī)柜體尺寸，設(shè)計(jì)電氣原理圖。

2.2前期準(zhǔn)備

依據(jù)設(shè)計(jì)加工風(fēng)機(jī)箱，依據(jù)電氣圖紙裝配PLC、變頻柜，設(shè)計(jì)工藝程序。采購(gòu)充氣風(fēng)機(jī)、發(fā)電機(jī)組，對(duì)所有電氣設(shè)備進(jìn)行系統(tǒng)調(diào)試。

2.3現(xiàn)場(chǎng)安裝

先期將電氣成套設(shè)備運(yùn)送到現(xiàn)場(chǎng)，清理設(shè)備擺放空間，使用吊車將電氣設(shè)備就位，然后進(jìn)行固定，電氣接線，風(fēng)口對(duì)接。儀表設(shè)備就位， 電氣檢查，最后進(jìn)行通電測(cè)試。測(cè)試完畢，等待充氣。

3、氣膜出入口系統(tǒng)的安裝

3.1工程準(zhǔn)備

設(shè)計(jì)尺寸，焊接預(yù)埋件，加工門(mén)體，門(mén)框就位。調(diào)試門(mén)鎖，安裝防爆觀察窗。

3.2現(xiàn)場(chǎng)安裝

安裝工藝流程：安裝前期準(zhǔn)備門(mén)體就位氣膜充氣成形焊接預(yù)埋連接氣膜加強(qiáng)片調(diào)整門(mén)體形狀調(diào)試門(mén)的功能調(diào)試門(mén)的氣密性撕開(kāi)膜體粘扣，驗(yàn)收使用。

結(jié)語(yǔ)

充氣膜結(jié)構(gòu)是輕型空間結(jié)構(gòu)的一個(gè)重要分支，在建造過(guò)程中沒(méi)有濕作業(yè)、沒(méi)有揚(yáng)塵、沒(méi)有施工噪音、沒(méi)有對(duì)環(huán)境任何污染，充氣膜全部材料均可回收再利用，在使用壽命終止后不形成任何建筑垃圾。同時(shí)膜結(jié)構(gòu)具有豐富多彩的造型、優(yōu)異的建筑特性、結(jié)構(gòu)特性、和適宜的經(jīng)濟(jì)型等其他傳統(tǒng)建筑無(wú)法比擬的優(yōu)勢(shì)，具有廣闊的應(yīng)用前景。