ETFE作为一种新型的建筑材料,具有轻质高强、耐久性好、高透光性、高自洁性、高吸声性、难燃、高耐腐蚀性和良好的保温、隔热性能,且自身可回收再利用,是绿色环保材料,耐用年限达30年以上,透光率达95%,可在-100~180℃范围正常使用,且满足B1级防火标准。基于以上性能,ETFE在出现后仅十几年时间就在世界范围内得到了大量百富策略白菜网,广泛用于展览建筑、大型商业设施、体育设施、大型智能温室等工程。

上海某大型主题乐园明日世界园区308单体天幕钢结构采用空间双层钢网壳膜结构体系,主要由圆管支撑斜柱、双层网壳屋面、网壳边缘构件以及端部圆钢管桁架组成。屋面双层网壳上层构件为圆钢管,下层构件为网格状方钢管,天幕膜结构附着在上层圆钢管表面。天幕膜结构由72块ETFE气枕组成,最大气枕长约70m,宽3m,面积约200m2;最小气枕长约8m,面积约为20m2。附属构件有柔性支撑平台、转接件,铝型材、铝芯、胶条、铝压盖、充气管及充气设备等。天幕结构如图1所示。

天幕钢结构网架、膜结构转接件、铝型材及ETFE气枕按照建设单位提供的3D模型在工厂生产。钢结构在工厂生产、现场组装焊接时存在误差,铝型材在工厂弯折时会存在误差,当钢结构现场整体组装、焊接完成后安装铝型材时,两种材料误差叠加,导致铝型材凹凸不平或相邻型材对接不密合,对膜材生产加工造成很大困难,而且影响ETFE气枕顺利安装和气枕充气后表面的光滑度,造成质量缺陷。

网架钢结构安装完成后,根据铝型材对每个转接件进行定位。转接件由2块铁件组成,第1块与铝型材连接,第2块与钢结构焊接,2块铁件用高强螺栓连接。转接件既可调节高度,也可调节角度,以减小结构误差对ETFE膜的影响(见图2)。

使用满堂脚手架安装气枕不仅难度大、工期长,且在气枕展开时易对气枕表面造成划伤。综合考虑各种因素,选用了一种新型的作业平台(安全网)对气枕进行安装(见图3)。在结构周边用脚手架搭设人员上下通道。

安全网除有出厂合格证外还要做冲击荷载、静载试验,检查安全网边部绑扎区和网本身损坏情况。根据以下4个步骤对安全网进行现场检测,检查合格后方可使用:(1)现场搭设6m×4m网架,网架高3m;(2)将安全网每隔800mm绑扎在离地2m的网架上;(3)在编织袋中装入200kg黄砂,从7m高处抛至安全网中心点;(4)检查安全网本身及边绳处损坏情况。

所有安装气枕人员,在进场前必须具有高空作业体检合格报告及高空作业经验,必须使用全身安全带(攀岩使用设备)进行作业。定时对高空作业人员进行身体检查,派专职安全员在现场对高空人员进行监督,禁止饮酒人员进入现场,保证安装人员人身安全。

铝型材是ETFE气枕安装在钢结构上的重要构件(见图4),膜材编绳在穿过铝芯之后,要将铝芯拉入底座型材内,为保证膜材不被铝型材表面突刺划伤,在气枕安装前,在型材表面安装胶条。

当气枕编绳穿过铝芯后,铝芯正确地卡入型材内是该工程的重要步骤,也是一个难点。针对此难点,制作了2种特殊的拉力器:(1)将穿好铝芯的气枕拉入底座型材内使用(见图5a);(2)铝芯安装在底座型材后发现局部膜材有褶皱时使用(见图5b)。

原钢结构验收→尺寸复核→铝型材和转接件安装→尺寸复核→胶条安装→穿插铝芯→ETFE气枕安装→防水密封上盖安装→充气系统安装及调试。

为保证型材安装质量,材料进场后在堆放和安装时必须保护好材料表面,避免损伤。在使用密封材料和其他物质时必须避免出现影响美观的着色和标记。

1)铝型材按照图纸在工厂加工弯折,确保钢结构在型材安装误差允许范围内。钢结构安装完成后依据铝型材对转接件进行定位,转接件定位的同时对铝型材进行尺寸复测。转接件定位及铝型材复测完成后拆除铝型材,进行钢结构油漆喷涂。在油漆喷涂过程中,对不符合现场要求的型材进行加工,根据测量数据对膜材进行生产。

2)现场结构和框架的尺寸检查有如下2种方法:(1)直接在T形转接件位置进行测量,并与图纸尺寸进行对比;(2)底座型材安装在T形转接件上后,对底座型材进行尺寸测量,然后与三维模型进行对比。本工程天幕钢结构全部为空间三维扭曲形状,在进行尺寸检查时需要2种方法同时运用。

3)钢结构油漆施工完成后进行底座型材的第2次安装,底座型材必须与相邻型材在同一直线上。两相邻型材接口错开较大会导致气枕出现褶皱以及防水胶片不能正确安装。两相邻型材最大容许公差为±2mm。

4)相邻型材之间的水平高度必须相同或相近,水平高差在±2mm;相邻铝型材安装时预留6~14mm的间隙,或每隔3m至少有6~14mm间隙。间隙用于型材之间的伸缩,在安装过程中至关重要。如果型材之间的间隙>14mm,在密封胶片安装时会出现偏差。气枕边缘无适当支撑的间隙区域内会发生进水,膜材内形成影响美观的褶皱。型材插入件要小心制作,确保型材件光滑并在接头部位用防水胶片密封,以防雨水渗漏。

5)铝型材固定时必须将其在转接件上拧紧,使用正确的T形螺栓。所有螺母应使用正确的固定方式锁定(如尼龙自锁螺母、乐泰螺母或双螺母)。在每一个螺栓上使用垫圈。确保将T形头旋紧在底座型材槽中。避免使用垫料或垫片;不可避免时,填料必须妥善隐藏且具有抗腐蚀性。所有底座型材都应采用三元乙丙橡胶与主结构进行电气隔离。仰视构筑物时不得看到隔离材料,因此必须按照支承结构、T形转接件尺寸对隔离材料进行适当切割。

6)排水口预留在某些情况下底座型材有可能进水,因此必须预留排水孔,便于将内部的水排出现场。在早期材料检查过程中,要检查铝型材相应位置是否留有排水孔。若没有需在现场进行钻孔。钻孔必须与铝型材表面齐平,以便进行排水。考虑到后期使用过程中排水孔的堵塞,在钻孔时相应增加排水孔的数量(见图6)。

1)在使用防水胶片和密封剂前,检查并确认防水胶片和密封剂类型。

2)在防水胶片安装前,在铝型材上画出红色涂抹密封胶区域(见图7)。

3)使用棉布和清洁剂轻轻擦去防水胶片和铝型材表面油污、灰尘。

4)在红色区域内涂抹密封胶,再将防水胶片嵌入到两型材拼接位置。按紧防水胶片,确保密封胶铺开填满所有角落。

5)检查所有防水铝型材相交点,对密封点进行编号,与图纸核对。

施工中应注意,防水胶片安装时,在铝型材上涂抹的密封胶会从胶片四周挤出,以确保型材与防水胶片的完全黏结。施工完成后对防水胶片的检查是必不可少的一道工序,主要检查密封剂固化后与防水胶片的密封情况,如有空隙等任何问题,应拆除防水胶片,清理旧密封剂,重新安装防水胶片。

1)胶条的储存胶条进场后必须储存在阴凉处,防止发生严重扭结或受污。胶条储存时应对成品进行保护。

2)胶条的安装所有铝型材框架边缘都必须有连续的底座密封胶条。ETFE不得在任何位置接触铝型材。气枕安装过程中,安装牢固的密封胶条应保持在适当位置。(1)胶条切割时,使用锋利的剪刀或美工刀,使切割的胶条有利于对接;(2)切割时两侧应对齐,不能有间隙;(3)所有胶条对接口用硅基材料(密封剂)进行密封。

铝芯在膜安装过程中至关重要,直接影响气枕的视觉效果,也是气枕和次要型材之间的主要连接件。气枕荷载通过铝芯传递给底座型材,底座型材通过转接件传递给钢结构。

1)铝芯进场时根据底座型材的测量数据,与每个气枕配套包装,按照图纸对铝芯进行单独编号。

2)曲面底座型材区域的铝芯为整个曲线长度。在加工完成后根据曲面曲线将单根铝芯切割为多个小段,以方便运输和现场安装。

3)即便是轻微弯曲的底座型材也可妨碍铝芯旋转,在材料进场前都可切割成多个小段。铝芯安装前通过对比铝芯平面图和气枕图确定位置。在特殊情况下,铝芯内表面有小毛刺,在安装前要进行细微检查,对小毛刺进行打磨处理,避免毛刺对膜材边缘的破坏。

4)将准备好的铝芯放在已安装好的底座型材上,以便气枕展开后直接使用。

1)在气枕上安装铝芯是一项团队合作工作,在施工前做好技术交底和班前交底。

2)检查气枕端宽度和形状,以便轻松从铝芯滑过。

3)拉紧黑绳边缘,使铝芯膜材变平滑,消除黑绳扭结。

4)在首先滑动到气枕的铝芯端涂抹润滑剂。只能使用水基润滑剂,可使用少量肥皂水。

5)向下滑动铝芯,如气枕过长,可从两端同时装铝芯。

6)装配过程中塑料尾端件会掉出来,此时停止装配,并将松动或对不齐的插入件装好。这样可避免在装配气枕时出现膜材刮破。

7)安装过程中,观察铝芯膜材滑动情况。确保铝芯端部无刮划。如膜材被卡住,应停止安装并取出膜材。

8)安装完铝芯后气枕较重,增加的重量可能会损害气枕边缘,一定要做好保护,必要时,在气枕下做临时支撑。

气枕包装位于框架高度时,用柔性的作业平台支撑。首先打开和放置气枕,使之与框架匹配。通常气枕阀门将指示所需方向。阀门应与供气系统排气口相配,同时检查总体布置图。

气枕打开后,安装铝芯。由于308单体气枕较长,根据以往施工只在最先需要安装铝芯的边缘上安装铝芯,安装前首先使用肥皂水湿润铝芯,将铝芯从打开的气枕边缘插入,在安装时将气枕边缘黑色边绳拉紧拉平并穿过铝芯,如图8所示。

1)将穿好铝芯气枕的第1个角安装到底座型材中,安装过程中必须同时考虑到其他几个边。

2)拉伸气枕到正确位置,将铝芯放在底座型材上。前几个拐角和边缘很容易放置到正确位置,但是膜材产生的张力越多,铝芯就需要更大拉力及压力放进底座型材槽中,故使用拉力器、橡皮锤将其安装到正确位置。308单体ETFE气枕大部分近似于长方形,少数有尖锐角部,对于不同形状的气枕有不同的安装顺序,有尖锐角部气枕安装顺序如图9所示。完成后,整个框架上的膜材应拉伸均匀,不能出现过紧和过松的区域。

在气枕安装过程中使用小块的压盖型材将其固定,避免铝芯从型材槽中跳出,临时压盖型材还可以防止膜材移动。胶条与压盖安装后,用螺栓对压盖进行固定,两相邻压盖间预留5mm间隙以便防水密封。施工时螺栓完全拧紧到压盖中,且不得损害橡胶垫圈。不得弄断橡胶密封。如因螺栓上的负载过高导致橡胶垫圈损坏,则应进行更换。

胶条与压盖施工完成后对压盖进行密封,施工方法为:(1)在气枕边缘相邻接缝使用遮蔽胶带;(2)将胶枪喷嘴调整为正确开口宽度,挤兑合适数量的密封胶,确保覆盖压盖端的所有斜切接触面;(3)佩戴手套抹平密封胶;(4)密封胶干燥后揭掉遮蔽胶带。

充气管道安装时,沿钢结构外围用不锈钢抱箍固定在原结构上,充气管道接口用硅胶进行密封,再用夹具进行紧固,防止漏气(见图10)。按深化图纸位置安装充气泵,在充气泵安装位置做离地10cm的钢架基础,以防设备积水浸泡。充气设备周边20cm以上应无遮挡,要保持设备周围空气流动通畅。充气泵出厂已按要求进行设置,安装完毕后对充气泵内气压设置进行检查,通电前检查各开关是否复位准确,通电后观察指示灯是否正常指示。充气设备运行正常后连接充气管,一端封堵,检查每个接头是否漏气。

充气泵安装正常后连接主充气管道,对管道进行清洁预冲24h,去除管道内灰尘。清洁完毕后连接充气软管,对气枕进行充气。充气管与膜连接处有感应装置,当气枕内部压力达到规定值后感应装置启动,停止气枕充气。

安全螺栓用于膜材维护和表面清理。安全螺栓安装在特定的转接件上,贯穿底座、压盖(见图11)。为保证压盖表面与安全螺栓接触位置不漏水,安全螺栓设置压盖与胶片,并做密封处理。

目前影响我国膜结构百富策略白菜网的因素主要有:(1)膜材料的耐久、耐火、自洁、透光、隔热等方面性能与国外膜材料相差甚远;(2)没有开发出商业性的膜结构分析计算机辅助设计系统;(3)膜结构分析设计的理论还不够成熟和完善。本工程对ETFE气枕在曲面异形钢结构上的安装方法可为类似工程提供借鉴。