大型彩色不规则曲面膜结构施工技术的研究

姚德文

摘要：为探讨大型彩色不规则曲面膜结构施工技术的要点内容，文章以贵阳红星利尔广场膜结构工程为案例，对膜结构施工技术进行了详细分析。文章首先阐述了贵阳红星利尔广场膜结构工程基本情况，重点论述了膜结构施工中所包含的细节问题，希望通过本文对于膜结构施工的论述，能够为相关工程膜结构施工的开展实施提供一定的参考价值。

关键词：施工技术；彩色曲面膜；不规则结构

1工程概况

本文以贵阳红星利尔广场膜结构工程为主要研究对象，该工程地处贵州省贵阳市云岩区，位于北京西路66号。屋盖平面形状为圆形，直径46.40米，球面矢高为6米。屋盖采用螺栓球节点双层网壳结构,环桁架采用管桁架结构，双层网壳与环桁架采用相贯节点连接。上弦周边点支承，支座采用单向滑动支座，网架主檩条为矩形管口160×80×4，次檩条为口60×40×3。

该工程最大难点临空面高，与周边建筑物关系复杂。无吊装条件，现有设备无法满足垂直运输。屋盖主要承重构件耐火等级一级，耐火极限：网架1.5小时；次要构件耐火等级二级、耐火极限：檩条0.5小时，膜结构材料采用PTEE。屋面铝板采用2.5mm，玻璃采用8+10A+8钢架夹胶玻璃。钢结构安全性能可靠性较高、施工进度快^[1]。

图1 网架立面图

2大型彩色不规则曲面膜结构施工技术

2.1钢材的选用

根据设计图纸要求的型号、规格、材质、采购钢材以及零配件，钢材的化学成分和力学性能符合《低合金高强度加工钢》GB/T1591-2018及有关标准的要求，并有出厂合格证。

本工程的钢材采用Q355B，钢材除应符合《碳素结构钢》GB700-2006中的规定外，还应具有屈服强度、抗拉极限强度、伸长率、冲击试验、冷弯试验和C、S、P含量的合格保证，钢材的力学性能、伸长率、抗拉强度以及屈服强度、应满足设计要求。

本工程的构件连接均为现场手工焊，所选焊材除了应符合现行国家标准《碳钢焊条》GB/T5117的规定而外，还应与主体金属强度相适应。焊条为E43、E50系列，焊丝为ER50系列。

2.2技术参数

本工程的膜结构为网架结构体系，最重的单根钢柱（19米）约为4.9吨；环梁一片（14米）最重有4.4吨。本工程安全等级为二级，钢结构设计使用年限50年，钢结构耐火极限不低于1小时，抗震设防烈度为6度，地震分组为第一组。屋盖平面形状为圆形，直径46.40米，球面矢高为6米。屋盖采用螺栓球节点双层网壳结构，环桁架采用管桁架结构，双层网壳与环桁架采用相贯节点连接。承重结构的钢材应保证抗拉强度、屈服强度、伸长率、冷弯试验等力学性能和硫、磷、碳等化学成分含量符合国家现行标准规定。对焊接结构尚应保证碳当量符合限值。所有钢材、焊接材料、高强螺栓均应有出厂质量合格证明或有合格试验报告单。

2.3膜结构制作

膜结构的加工，主要以主体网架的安装顺序为基础，做好上部网架的复核测量工作，精准作业，紧密配合网架施工节点，及网架作业面的交付情况。校验现场钢构尺寸，以DZS3-1/AL332水准仪和拓普康TKS202全站仪为主要测量仪器。做好控制基线、轴线和水平基准点的校核，汇总数据，确保裁剪图纸数据与实际尺寸无误。膜材加工通过与设计系统的数据共享，实现膜片配置的全自动化，配置结果传送到数控裁剪装置执行自动裁剪。裁断完成之后，由操作人员核对尺寸。

使用的所有热合机均实行开机试验，根据当日所加工的膜材特性，通过调控机械的温度和操作时间，进行取样，实现对膜片的均匀熔接，和提高膜片剥离试验的强度，从而控制当日热合的合格程度和工艺稳定性。接合部位拉张强度应为母材强度的90%以上。剥离强度应为2.0kg/cm以上。焦痕在2.5cm以内曲面部分的胶卷没有不吻合的情形。收边是膜体热合的后道工序，收边后的尺寸根据图纸要求进行确认。FEP胶卷上如沾有灰尘、污垢等，将造成热熔合品质不良，务必清扫干净。

2.4膜结构安装

本工程膜面总面积约为2000平方米左右，主要由网球体下层，主体钢结构与膜组成。球体下层区域主要分为7片大膜，每个区域设置专用的材料转运及施工通道。以主体钢构为基本单元，进行膜面排序、夹具安装、膜面展开工作，展开完成后按从高往低、从里往外的顺序进行吊装，一面安装一面进行整体膜结构效果。

单片膜面施工工艺流程：临时搁置软操作平台→膜包就位→膜包展开→膜上防风绳设置→膜周边固定

2.4.1膜面展开

根据膜面安装要求约每隔3到4米放置一定数量的膜面固定材料以及临时张拉工具。膜面固定材料及临时张拉工具包括铝合金压条，膜面螺旋夹，白色夹具，灰色夹具以及卸甲，长螺杆，钢丝绳紧绳机，紧固钳和φ14尼龙绳。由于每个膜单元最大重量不超过45Kg，拟利用人力通过施工通道将膜包运至展开平台。膜布展开前，应再一次对搁置平台表面进行检查，应保证清洁、无污物，并保证无尖锐毛刺，以免造成膜面的损坏或污染。所有参加膜面展开工作的人员，必须穿软底胶鞋。当膜面被搁置在临时平台上以后，首先将膜面端部记号找出，用人力将膜面牵引展开。最后，操作工人通过紧绳机牵引膜面，两侧工人用绳索拉紧灰色夹具，抖动膜面，辅助膜面的牵引。在牵引时应有专人负责牵引的统一指挥；牵引过程的速度要一致，保证膜布水平向前展开。膜布展开时要随时膜布的外观质量，当发现因制作引起的破损、钩丝及不可清除的污迹时，要及时处理

^[2]。

2.4.2膜上防风绳设置

当膜布牵引工作结束后，为防止风的作用造成膜面的损坏，应立即安装防风绳，防风绳拉设时纵向每隔3米张拉一道。根据膜面安装要求约每隔3到4米放置一定数量的膜面固定材料以及临时张拉工具。膜面固定材料及临时张拉工具包括铝合金压条，膜面螺旋夹，白色夹具，灰色夹具以及卸扣，绳索紧绳机，钢丝绳紧绳机，紧固钳和φ20尼龙绳。

2.4.3膜周边固定

展开工作结束后立刻用事先布置好的紧绳器和专用夹具将膜边临时固定在主体结构上，以防止风的作用造成膜面的损坏，同时穿设Fastener（固定压条），并利用螺杆固定在节点板上。膜临时固定完成后，随即进行膜的张拉调整工作，先用紧线机拉紧膜的四角，使膜角尽量接近固定位置。再通过收紧紧绳器，对膜进行张拉，张拉过程是多次重复的过程，如膜面张拉力超出紧线机的张拉能力后（距离安装位置大于50cm时），既用螺杆调节工具予以替换。

本工程膜结构形式为骨架式膜结构，膜结构中未设置张拉机构，膜面直接固定在膜结构支架上，安装的过程就是膜面张拉的过程，膜面安装完成后达到受力要求。应力控制在膜裁剪图设计和加工阶段已经考虑，并考虑了现场由于钢结构安装所带来的允许偏差（钢结构验收规范所允许的偏差范围），现场通过控制张拉的位置关系满足应力要求^[3]。

3施工过程中常见的问题和解决措施

3.1常见问题

钢结构工程在施工过程中不可避免地会产生一系列的环境问题。主要产生环境影响：噪音污染、大气污染以及原材料的消耗等。

3.2解决措施

进场构件材料应按编号分类堆放。安装焊接时，应注意控制噪声污染。加工过程中使用割枪、手锤等，应注意控制噪音，夜间施工应遵守当地规定，防止噪声扰民。每次下班时保证工完场清。

结束语：综上所述，本文主要是结合贵阳红星利尔广场膜结构工程，对膜结构施工的相关内容进行详细阐述。在该工程的膜结构施工中，主要包括了大型彩色不规则曲面膜结构制作和安装环节。希望通过本文对于膜结构施工的探讨，能够为大型彩色不规则曲面膜结构施工带来一定的参考价值，从而为推动我国建筑行业未来得到更好的发展进行助力。

参考文献：

[1]刘志栋,纪如碧,吴波,等. 大型彩色不规则曲面膜结构施工技术[J]. 建筑技术,2020,51(4):481-484.

[2]张玉东. 不规则膜结构在建筑工程中的应用[J]. 建材与装饰,2021,17(22):33-34.

[3]韩学兵.大跨度钢结构及索膜结构施工质量控制[J].建材发展导向，2020，18（20）：84-86.