某膜结构工程变更问题施工可行性研究分析
发布时间:2021年10月22日 点击数:1495
1 某膜结构工程施工状况
某膜结构工程分为两种膜结构施工类型区域, 分别为中央全天景式天窗区和入口悬挑式雨篷区, 中央全天景式天窗部分为双层ETFE充气气枕式膜结构, 入口悬挑式雨篷区为单层PTFE张拉式膜结构。工程目前中央天窗区域的ETFE气枕已基本安装完成, 而入口悬挑式雨篷区的天沟已完成安装以及部分雨篷的PTFE单层膜处于安装施工准备阶段。由于业主和总承包方提出, 拟定将入口雨篷处的膜结构形式, 由PTFE单层张拉膜式更换为ETFE双层充气气枕式, 现就这一实际工程情况, 对膜结构由单层张拉式改变为双层充气气枕式所带来的具体问题, 分别从施工组织及施工技术等方面进行可行性研究分析。
2 某膜结构工程施工组织可行性研究分析
某膜结构工程的实际工程变更问题如上所述, 如果按照业主的具体要求进行工程更改, 则在施工组织方面将会对工程带来的实际问题如下:
2.1 由于膜结构从PTFE单层张拉膜式更换为ETFE
双层充气气枕式, 则工程需要额外增加两组风机以满足膜结构正常的工作使用要求, 而目前国内尚不具备此设备的研发和生产能力, 风机还主要是依赖于从国外进口, 通常订货周期需要4~6个月的时间, 因此将会大大影响工程的正常施工进度, 增加整体工程工期;
2.2 工程如果变更, 不仅仅只是从原先的单层张拉膜
式更换为双层充气气枕式, 而且要将PTFE膜材更换为ETFE膜材, 这两种膜材的性能有较大的区别, 不能够互换使用。因此如果要更改, 原先按原设计所采购来的膜材PTFE不能继续使用到工程相应结构部位中, 则需要补充采购ETFE膜材, 材料为国外进口, 采购期一般需要2~3个月, 同样会对工程的正常施工进度带来影响, 使工期滞后;
2.3 如果膜结构从单层张拉膜式更换为双层充气气
枕式, 膜材与结构连接边界将产生本质的改变, 如果工程要变更, 不仅要增加双层充气气枕式连接边界所需的二次钢结构、钢索、膜材、铝型材等材料, 而且由此还会带来的材料以及人工等方面的问题;
2.4 如若变更, 工程部分已经安装完毕的膜结构则需
要全部拆除, 不仅施工拆除工作量大, 而且施工条件极为危险, 也将会带来工期延长的问题。
3 某膜结构工程施工技术可行性研究分析
3.1 连接节点构造变化
由于膜结构从单层张拉膜式更换为双层充气气枕式, 这两种类型的节点连接形式, 对节点构造上的要求自然不同, 气枕节点形式构造较为复杂, 为了适应气枕结构的特点, 上、下层膜材的连接焊缝压在上、下铝合金之间防止撕裂, 需设置EPDM橡胶条保护膜材并密闭防水等, 所以更改为气枕后, 现有的单层膜铝合金并不适用于气枕节点, 必须进行更换, 而且所有已经安装完毕的雨篷处的二次钢结构也全部需要更换。
3.2 供气管道、电源及充气设备信号布置问题
因较好的隐藏效果, 入口雨篷处可采用与中央天窗同样形式的供气管道布置构造。如更换天沟, 则按照中央天窗的方法进行施工即可;如不更换天沟, 则敷设管道难度较大, 一种做法是将一侧天沟支架割去, 然后固定供气管道, 再将其重新焊接上, 但其施工工作量大;另一种做法则是将供气管道悬于支架一侧, 但是很不美观, 影响膜结构建筑效果;还可将充气管道放置在天沟里面的做法, 但是难以保证气密性。
3.3 膜材强度分析
由于此处位于室外, 采用单层因有钢索加强, 可以保证在强风情况下的结构稳定, 但如果改成气枕, 此处的荷载只有通过气压以及膜材本身来承担, 需要改成三层气枕才可以满足结构计算。
由于入口雨篷处的风荷载较大, 在先前设计单层膜时, 在每个单元膜内埋设了数根钢索用于加强。考虑换成气枕后, 钢索不必使用, 但如果采用与中央天窗同样矢跨比 (中央天窗的矢跨比为上层15%左右, 下层8%左右) 、同样厚度ETFE的气枕, 则强度不能满足要求。有两种方法可以采用:一是:加大气枕上、下层的矢高, 即提高矢跨比。经过试算, 上层需达到20%左右, 下层需达到10%左右。对于上层, 20%的矢跨比是个比较大的数值, 膜材在进行三维裁剪分析时会产生较大误差, 安装后有可能发生褶皱现象, 有必要进行试验确认。
二是提高膜材厚度。下层采用250微米, 提高矢高即可, 而对于上层膜则采用500微米厚度膜材———由于膜材供应商并不生产500微米的ETFE膜, 可将两层250微米的ETFE叠加在一起使用, 即采用三层膜结构。
3.4 膜单元划分
由于入口雨篷处的膜单元划分, 是在主结构网格的基础上, 对一些边缘单元进行了拆分合并, 是在考虑单层膜的特性基础设计的, 如果更换为气枕的话, 有部分单元则会不再符合要求, 如单元过小, 某些角落过于尖锐, 都不适于气枕成型, 或会造成褶皱发生。因此需要更改部分单元的划分形式, 即重新安排部分天沟线路, 使其更为符合气枕的要求, 最终就需要将原来做好的二次钢结构变更的形式, 重新进行加工和安装。
总之, 如果将膜结构从PTFE单层张拉膜式更换为ETFE双层充气气枕式, 则需要对二次钢结构进行重新计算加工安装;要采用新型铝型材;安装供气管道的工作将会比较艰难;为了保证结构计算, 如果只提高气枕膜面矢高, 膜面会发生褶皱现象;或者采用三层膜结构, 但是膜材用量将会增加很多。
4 某膜结构工程变更问题施工优化技术措施
综上所述, 通过对本膜结构工程在施工组织和施工技术可行性的研究分析, 提出对现有单层膜结构进行优化, 以保障工程的工期节点和施工进度。具体优化措施如下:
(1) 原有钢索为不锈钢材质, 可采用白色PE钢索, 淡化钢索的视觉效果; (2) 减少钢索数量或者减小钢索直径, 经过结构计算, 现在的钢索数量以及钢索直径并未达到最为优化的状态, 因此可适当减少; (3) 缩短钢索耳板:适当缩短钢索的耳板, 从而起到一定的优化作用;这种措施只需要拆除部分已经安装的膜结构, 虽然原先已经采购进场的钢索无法使用, 需要重新采购, 但耳板更改工作量与膜结构更改工作量相比较小。
