悬挑式空间索膜结构作为一种覆盖结构,是能承受一定外部荷载的空间结构支撑体系,具有自重轻、跨度大、空间结构宽敞、造型新颖的优点,结构隔热性以及耐久性良好,造型新颖,易于成型。膜结构空间支撑体系是由高强薄膜和拉索构件组成,通过张拉形成张应力,在预张应力的作用下形成空间形状。

1)在施工过程中,悬挑式空间索膜结构膜材整体吊装难度较大,主要表现为:传统满堂架体搭设繁琐、多台吊车同时联合起吊难度较大、膜材安装工人较多、膜材(张拉、固定)操作难度较大且风险性较高[1]。

2)经探索和研究,利用“信息化技术二次的深化设计”和“分块、多点吊装技术”的结合,成功对膜体材料的施工工艺技术进行了改进和提升,有效降低了工程作业操作难度、提高了工程作业效率,最大程度减少了人力、设备资源的消耗。

1)该施工技术合理利用电子信息化技术和工厂化加工技术,减少了膜体材料前期的制作和准备时间。

2)该施工技术采用“分块、多点吊装”技术,降低了大跨度悬挑结构膜材整体吊装难度,提高了膜材施工作业效率,并有效地减少了人力、设备、材料资源消耗。

3)悬挑式空间索膜结构建筑因受力特点良好、造型优美、经济效益较高,社会发展前景非常乐观。现如今,膜结构在现代建筑中被广泛百富策略白菜网,越来越多的膜结构建筑出现在人们的身边,成为建筑结构中不可或缺的角色[2]。

根据悬挑式空间索膜的结构性质和膜材的性质特点,对其进行“结构分析”与“裁剪设计”,使其“结构”与“膜材”整体可按比例进行分割、裁剪,并提前报送于加工场地,按组装次序进行编号。优化后的“支撑体系”须与原设计效果一致,最后按各分块进行“多点整体吊装”施工(见图1)。

膜材和结构特点分析→膜面二次深化设计→放样、裁剪→预拼、热合→周边加工补强缝纫→膜材出厂检验→包装、运输→膜材展开→连接固定→膜体吊装→张拉成形→调整边索→补漆→竣工验收。

1)膜材特点分析:依据原材的检验和复试报告确定原膜材弹力性质参数,确定裁剪线系数比例及拉张力系数的大小[3]。

2)结构的受力特点分析:根据施工图纸分析、确定“结构支撑体系”的受力特点及钢构件组装、熔焊节点位置,做好预制作、安装准备。

3)吊装工艺分析:采用“多点整体提升法”进行施工,该方法是整体“提升”技术的升级方法,将整体“提升”技术和索膜结构这种柔性结构进行整合。为保证吊装过程中膜面不被破坏,首先要确保膜面的传力均匀,为达到该施工效果,必须要求整个吊装过程同步进行,保证各吊点的上升速度和距离[4]。

1)通过利用3D3S技术在空间立体模型上确定膜面的裁剪线,将空间曲面整体膜材料划分为数片空间曲面膜材料,并将各片空间曲面膜材料展开为平面形状。

2)膜材为柔性材料,在对材料进行裁剪下料时必须考虑预张拉作用对膜尺寸的影响,根据膜材的应力应变关系进行计算最终确定膜材料的收缩量,并对膜片的下料尺寸进行调整。

3)膜片下料时须考虑足够的预留搭接宽度,膜片裁剪后边界要进行光滑处理。

4)裁剪缝的确定既要考虑使结构主应力方向与织物纤维方向一致,又要考虑建筑美观及膜材力学性能的正交各向异性。

1)将设计图的端点坐标在膜料上进行拾取,对坐标点进行连接划线,复核尺寸,无误后进行裁剪下料。

2)对裁剪好的料进行编码贴标签,抬到放样区。由于索膜结构通常为空间曲面,裁剪就是用平面膜材表示空间曲面。在平面膜材拟合空间曲面存在一定的误差,人员在膜材裁剪加工过程中应采取一定的措施。裁剪完成后进行二次尺寸复测和编号,并对实测偏差值进行记录。裁剪保证膜面的平整,避免弯曲、折叠,以免使膜面褶皱,影响外观效果。

3)对所有完成下料的膜片进行放样,核对无误后划齐缝线。并用柔软的棉质布擦拭驳接缝的膜和背贴条。

1)正式热合前先进行样件热合试验,得到试验参数,为热合加工提供依据,对样件进行拉伸强度试验,满足技术规范要求。

2)预拼与热合,将2片热合膜片对贴。根据试验确定参数,对膜片接缝进行热合。热合时填写膜材热合监控记录,要求每30min记录一次。

按图纸要求进行膜片的周边加工与补强。

膜材出厂前应对膜片的裁剪形状、尺寸及热合连接形式、热合层数、热合膜材等,进行全数检查及评定,合格后方可出厂。

根据施工方案确定安装工艺的膜体展开方向,对膜材进行反向折叠,并装入软包装袋,捆绑牢固,并做好标识。

运输时应避免与金属等尖锐物品发生挤压及碰撞。

1)展开膜体:在膜体打开包装前,应铺设临时布料,以确保膜材清洁及膜材不被损伤。并严格按施工方案确定的顺序展开膜体。打开包装前根据安装部位核对包装上的标记,确认无误后将膜体展开,确定膜体展开位置的合理性,避免膜体展开后在场内移动。尽量不在展开的膜面上行走,必须行走时严禁穿硬底鞋或佩带硬物,以防膜材损伤[5]。

2)连接固定:将打开后的膜体,用夹板与预应力索连接固定。夹板的规格及间距应该严格按施工方案确定的参数进行设置。由于膜体采用一次性吊装到位,吊装前必须一次性将夹板的螺栓、螺母拧紧到位。

3)膜体吊装:根据桁架的“整个结构体系特征”将整个膜体按“桁架结构安装”和“膜材裁剪设计”,划分为若干个“等分或不等分”作业块,即“第1片、第2片、第3片……第N片”,将作业块膜体上的多个吊点同时进行提升,膜体各吊点提升到设计高度后,将各个吊点在空中固定后连接到一起,然后依次将各膜块按照同样方法进行安装、固定。其优越性比“膜材整体吊装”施工明显。但是,在吊装过程中要注意风荷载对吊装的影响。

4)张拉成形:将组装好的膜材吊装到钢结构上,先把膜的两侧边按膜材展开方向固定就位,接下来安装前面的上弦边,再进行谷索连接,调节尾端边索,最后端头膜材张拉固定。膜材固定采用铝板胶条不锈钢螺丝紧固,再用夹板把膜材拉到四角上。

5)调整边索:膜材张拉用拉紧器施工,使各节点初步就位。待各节点初步就位后,松开安装工具,调整连接板螺栓扣及边索活动锚头,使膜体逐渐达到设计状态。

6)补喷面漆:如果在安装过程中面漆被碰掉,需进行重新补漆,补喷面漆应色泽一致,防止质量通病的产生。

7)膜体清洗:膜材安装完毕后,用清水对膜体进行全面清洗[6]。

1)在膜材安装施工前,应对钢结构的尺寸进行复测。

2)安装膜材前,应对钢结构的悬挑梁式桁架加设临时支撑或平衡索,以确保膜材安装的稳定性,保证施工的安全。

3)膜材安装前,检查膜的质量,安装过程中确保施工过程不划伤膜材,并保持其表面清洁。

4)施工时确保膜材表面温度不得大于70℃,照明灯光及其他热源应与膜材保持一定安全距离。

5)膜材安装完毕后,交付甲方时,应把交付保养、维护说明书一同移交,特别要注明防止尖锐利器、明火等靠近膜结构,确保膜结构使用的安全[7]。

通过对本项施工技术的研究,采用了“分块、多点吊装”施工技术,不仅满足了施工要求,而且提高了施工进度,安全性更高,具有更好的经济效益和社会效益。因此,该项施工技术值得推广。