古矿运动场北看台长90 m, 宽5.6 m, 中间为长22.37 m, 宽5.6 m的主席台。2009年6月, 古书院矿运动场北看台进行改造, 在北看台设置新颖别致的膜结构, 膜面积达1 427 m2, 完善了运动场看台的遮阳、避雨、挡风功能。这是晋煤集团首次尝试大面积使用膜结构, 它采用钢结构为工程主架, 索具采用钢丝绳系列, 膜材料使用法拉利F1002T2, 膜材料安装采用了张拉膜技术, 使改造后的古书院矿运动场功能更加完善, 2009年12月工程竣工投入使用后, 成为古矿一道靓丽的风景线。

膜结构是一种新型材料的全新结构, 具有如下特点:

1) 膜材本身很轻很薄, 重量仅为0.01 k N/m2~0.02 k N/m2, 支撑膜的钢压杆、钢索每平方米用钢量很少, 非常适合于特大跨度结构。目前, 膜结构建筑的最大跨度已超过200 m。

2) 膜具有很好的透光性和一定的保温性, 能透过大量柔和的自然光, 可滤除大部分紫外线, 对自然光的透射率可达25%, 大大降低白天的照明费用以及供热与空调费用。同时, 膜具有良好的自洁性, 膜面上的灰尘等可随雨水冲刷掉。

3) 膜具有很好的耐久性, 例如以玻璃纤维为基材的膜, 具有极强的抗老化性能, 一般的使用期为20年~30年。

4) 结构造价较低, 膜结构建筑的造价仅为传统建筑结构造价的1/3~1/2。

5) 膜结构施工方便、快捷、周期短。大型的膜结构建筑, 也仅需几个月就能完工。

6) 膜结构造型新颖美观、轻巧飘逸, 加上膜材的颜色可以选择, 具有时代艺术感染力。

在具备施工的条件下, 施工单位在施工前一周将拼装前的工具设备运输到北看台空地上, 技术人员将钢结构拼装过程中的配套胎架进行划线、定位、复验并焊接固定。建设单位工地代表协调解决施工用水、施工用电, 督促施工单位安装计量设备, 施工道路畅通。依据《古矿运动场北看台改造工程》施工图纸和有关标准规范, 所有构件进入安装现场后, 监理工程师 (建设单位代表) 应组织施工单位负责人对其标识、数量进行核对, 合格证等一系列资料进行检查, 检查依据为GB 50205-2001钢结构工程施工质量验收规范的有关规定, 并做好检查验收记录。重点对无缝钢管、直缝钢管、预埋钢板、钢结构和锚固基础进行检查, 不合格的构件, 决不允许验收和进入安装工序。同时要严格控制索连接件的尺寸误差, 锚固基础相邻支座位置偏差不超过15 mm。

由于考虑该施工现场处于运动场内, 在不影响学生使用的情况下, 所有构件进场验收合格后, 施工单位选择了运动场西侧的水泥地面小篮球场空地作为临时堆放场地。同时, 放置构件时, 为了预防构件产生变形, 在构件下面要铺垫足够数量的垫木。为了方便查找, 所有构件要进行分类堆放。

钢结构焊接的顺序应考虑焊接变形的因素, 尽量采用对称焊接, 对收缩量大的部位应先焊接, 焊接过程中要平衡加热量, 使焊接变形和收缩量减少。焊接后对焊疤补焊磨平, 清除焊渣和飞溅物。

所有钢结构焊接完成后, 为了使底漆与钢结构更好的粘结, 表面处理也就是除锈工作就是取得良好涂装效果的关键。根据钢结构表面的锈蚀情况、油漆类型、适用的设备、所要达到的标准等因素选择相应的除锈方法, 如采用喷砂除锈应达到Sa2.5级, 手工除锈必须达到St3级。经过除锈后的钢结构表面必须洁净, 不应该有灰尘、油污、水渍和疏松氧化物, 残留物痕迹仅显示点状或条纹状的轻微色斑。打磨尖锐的棱角, 塔架表面应无凸起、无孔洞、无压痕, 适于喷漆。

该工程钢结构表面喷漆设计为环氧富锌底漆两道, 醇酸漆两道, 两层漆干膜厚度不小于150μm。涂装方法采用高压无气喷涂、刷涂, 要求涂装下一道漆应在上一道漆表面干后涂敷。同时, 整个喷漆过程中对钢结构的周围环境以及温度有特别要求, 空气的湿度一般不应该超过85%, 温度最低应高于露点温度3℃以上为宜。为了进一步保证漆膜厚度达到施工图纸及规范要求, 大面积喷漆前焊缝等难以喷到的位置应先刷涂。

经过前期调研, 本工程采用了由法国法拉利公司生产的国际先进膜材料———法拉利F1002T2, 该膜材料最大的特点就是膜布的材料布基的高强度纤维的经线和纬线在生产和涂层过程中始终受到预张拉。本项目所用材料进口后, 经国家质检中心检测合格, 在法拉利公司驻上海办事处根据工程设计, 经计算机进行模拟工程实际, 产生完整的切割模型, 根据膜材料的双向拉伸特性, 裁膜、剪膜, 然后到现场安装。

1) 监理工程师同施工单位技术员对所有的预埋件进行再验收, 检查是否与膜的造型外形符合, 检查现场的机器设备是否安全, 施加在结构的预应力是否与设计吻合;2) 施工单位技术员对施工人员进行技术安全交底, 详细告诉施工人员膜安装的施工步骤及特别注意事项;3) 根据具体的施工情况, 施工单位安排施工人员清理并预留出充足的施工场地, 为安装工作做好准备;4) 监理工程师同施工单位技术人员对照施工图纸检查本工程钢结构上的中心点是否与膜布的外形相吻合;5) 检查安装的膜布材料是否已经到达施工现场, 是否完全合格, 不合格的材料是否已经清理出施工现场。

为了满足该工程膜结构的安装, 根据施工现场实际情况, 同时根据国家有关施工规范要求, 本工程采用搭设双排外脚手架并结合满堂脚手架, 脚手架搭设高度控制在距离顶部1.8 m处左右。

为了进一步确保膜布铺装、张拉工作的顺利进行, 技术人员在搭设完脚手架后, 应预先做好相关的一些准备工作:先把膜布轻轻打开;放在干净的防潮布上;在半个纵带上对折, 夹住膜布使膜布成为特别松弛状;膜材就位;把索系在较低的底部位置;插入边缘绳索, 确保绳索与膜布相配合;把绳索系在膜布的角上;同时把绳索系在比较高的一头, 让系在较高的绳索超过膜布;钢结构上的插销与膜布上的金属板必须相配合。所有准备工作完成以后, 技术人员还应该检查所有的插销是否达到了本工程施工图纸设计上的要求, 所有的支索、设备以及附件是否正确, 所有的零件是否到位。

本工程采用汽车式起重机吊装, 具体的铺装顺序如下:将膜吊装至指定铺装位置;用索扣将膜初步固定牢固, 同时应保持膜布的松弛状态;将初步固定的膜和脊索依次按顺序拉至四周的接点处;连接四周的接点板;安装索扣将膜布最后固定牢固, 特别注意固定后的膜也应保持一定范围的松弛状态。

确认膜布的铺装工作完成后, 技术人员仔细检查膜布的接触表面、结构部位是否连接牢固, 再进一步确认每个连接点连接牢固后, 将膜张拉到规定的位置, 用索扣将其固定牢固, 然后戴上吊冒。最后, 检查工程是否完善, 对各项技术指标进行测试并合格。

作为最新的建筑形式, 膜结构以最先进的环保化工柔性膜材为覆盖, 除了在视觉上、重量上体现出其的轻巧度外, 膜材的半透明度给人们的视觉带来了极大的舒适, 从而提高了免费的日光照明, 节约白天光照能源, 有效的增加了膜结构看台的魅力。2009年12月, 古书院矿运动场改造工程竣工移交后, 北看台以其简洁、明快的动感外观、刚与柔、力与美的完美结合, 展现在古书院矿职工家属面前, 人们对其叹为观止的完美造型和新颖别致的外观交口称赞, 工程取得了较为满意的效果。