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发布时间:2021年12月20日 点击数:2065
1 工程概况
膜结构造型美观，结构受力性能好，具有自洁性、阻燃性、透光性好的特点；是建筑学、材料科学、结构力学以及现代环境学高速发展的综合产物；广泛百富策略白菜网于现代大型建筑结构。澳门?仔运动场扩建和改善工程总面积35 585 m2，座位总数25 000；它是为了举行第四届东亚运动会，而将原运动场扩建成一个具有世界先进水平的综合性运动场馆。澳门运动场膜结构工程投影面积7937 m2，是骨架支承式膜结构（见图1）；作为B区、D区看台的顶蓬，结构高度30 m;B区跨长26 m、悬挑分别为19.2 m、6.8 m;D区跨长34.4 m、两边悬挑为13.2 m中跨8 m；每跨宽度为8.9 m。膜结构由88个膜单元组成，主要采用五拱二索、三拱一索结构；工程采用材料是沙特生产的Fibertech公司的PTFE膜材 (PTFE glass fibre coated fabric) 。型号是Fribertop-C1028 (EC3) 。透光率为9%，反射率为73%，厚度为0.9 mm。
2 施工前准备及图纸设计深化
澳门?仔运动场膜结构工程的膜结构整个结构受力体系由立柱、桁架、撑杆、膜材、钢索及配套的构件组成，膜结构的投标图纸需设计深化，对膜在风荷载之下的安全性进行复核。
膜结构施工图深化阶段的步骤是：制定质量目标→材料预审→确定膜的初始外形尺寸→膜结构的安全计算→剪裁分析→确定施工大样。
(1）制定质量目标。根据澳门?仔运动场工程的特点、设计技术说明的要求来制定质量、工期、造价控制的目标。检查符合资格安装单位的专业施工经验，审核专业安装人员的相似工程证明。
(2）材料预审。按标书主材Fribertop-C1028 (EC3) 膜材、拉索、压板及附件的样板，提交业主和顾问公司审批，确定膜布的性能，根据ASTM检测标准，Fribertop-C1028 (EC3) 经向破坏强度为8 580 N/5cm，纬向破坏强度为7 967 N/5cm，经向抗撕开强度为533 N，纬向抗撕开强度为667N，经向破坏时延长率为8%～12%，纬向破坏时延长率为15%～19%。PTFE涂层粘结力140N/5cm。
(3）确定膜的初始外形尺寸。由专业安装人员测量现场安装的尺寸，根据澳门的风载标准值（257 km/h），分析膜布的初始形状。根据《欧洲织物覆盖永久性建筑设计的建议》，膜屋脊疏水坡度不应小于20%，结合膜布风载下的变形计算，膜布的拱高定为800mm，拉索的部位拱高为500mm。膜结构对于钢结构的线荷载为40 kN/m。分析结果经设计单位审核，符合钢架的设计承载力。这是设计深化的基础阶段，必须通过澳门工务局等质量监督单位的共同审核。
(4）膜结构的安全计算。在初始分析确定的形状和基础上（预张力4kN/m）；依据有限元分析的原理，套入德国IF公司开发的软件完成，这是设计深化的目标阶段。分析恒载、预张力、活载、风荷载的最不利荷载组合，产生六种受力状态。膜布的最大拉应力39.5kN/m，拉索（cable）最大拉力为258 kN/m（见表1）。本工程是骨架支承式膜结构，膜布整体安全系数取3.99。
(1) 膜布σmax=3.99×39.5=157.6kN/m=7880N/5cm, σmax≤[f]。
(2) 钢拉索选用Φ34, fmax=258 k N/m, fmax≤[f]=1048.58 kN/m，安全系数为4.1。
(3) 膜布的支座拉力为40 kN/m，支座钢板厚度为8mm, BS 50c钢材，计算内力τ=N/helw=40000/0.7×10×900=6.34<355N/mm2，满足要求。
(5）剪裁分析。膜结构裁剪是按计算结果的曲面确定裁剪线，将空间分成3m宽等长的膜片，再焊成膜单元。这一过程根据试验数据，按批号每批抽样9组膜片，试焊膜片成样品，样品由澳门认可的试验室张拉，确定焊接电流、气压、时间及膜的设计张拉补偿值；下料工作是按照IF公司的数学计算模型进行的（见图2），切割下料的同时标明膜结构与相应的钢构件连接角度，膜单元在1mm内精度按正确的角度下料。膜材的纤维方向与计算的主应力方向要一致，这是设计深化的成果阶段。
(6）确定施工大样。在施工图形成过程中结合现场尺寸形成施工大样图，并绘好膜布铝合金压板的位置平面图。本工程是骨架支承式膜结构，膜布开孔对于周边的张拉十分不利。因为PTFE膜布的抗撕性能低，原设计图要求在膜布上开孔，用螺丝收紧压板固定；这样的做法影响膜布应力的重分布，容易造成膜布撕裂，耐久性和安全性受到影响，不利现场施工。因此，施工时将膜布四边开孔固定改成用铝件夹紧，张拉到位后固定在钢支架下压板上（见图3）。施工图送澳门工务局等质量监督单位共同审核，审批后作为下料加工之依据。
3 膜布安装的施工管理
澳门?仔运动场膜结构的安装，是在钢结构工程完成后才进行的；施工质量目标是达到澳门建筑规章标准和英国标准（BS）。安装流程为：确定膜结构安装尺寸→膜布下料裁剪→提交进场材料表和检测报告→现场膜布安装→索的安装→产品安全保护及分项验收。
(1）确定膜结构安装尺寸。澳门?仔运动场的膜结构是双曲面造型，工程现场膜布安装尺寸是通过全站仪测量膜结构的标高、轴线位置来核定的；由专人复核平面控制尺寸，确定膜布的位置编号，将膜布的位置编号，绘制成现场安装图；发回厂内作加工膜片的实际数据。这项工作要跟进钢结构安装的施工尺寸，保证膜结构工程的安装尺寸符合图纸要求，对于钢结构安装时的误差及时提出修改意见，反馈给设计单位确定修改办法。必须通过澳门工务局等质量监督单位的共同审核。
(2）膜布下料裁剪。裁剪的控制误差分三阶段：
(1) 读取坐标，取坐标点；
(2) 复核坐标，划下料线；
(3) 复检坐标，落刀下料。
偏差控制不超过1mm，并贴上编号，膜片的边缘一定要切割得平整，线条平滑。在放样区，对完成下料的膜片进行平面放样，拼接成膜单元；拼接之间误差控制在2mm以内，焊接完成后，检查边缘部位；核对无误后贴上编号标签。各个膜单元均在德国加工厂制造完毕，运至现场后按编号安装膜单元。
(3）提交进场材料表和检测报告。材料进场前必须递交膜结构主材产地证明报告，膜材的第三方检验报告，包括膜材的抗拉性能、抗撕开性能试验，表层粘结力试验；钢材性能检测报告，上压板铝板的材料性能、表面氧化层的检测报告，焊支的材料性能报告，工艺评定报告。检测标准按BS标准。这是施工过程保证工程质量的控制手段。
(4）现场安装膜布。在现场打开膜单元的包装前，应先检查包装在运输过程中有无损坏，打开包装后，膜单元成品验收要合格，不合格品不能安装。膜单元检查包括：接缝的辨别、磨损情况、撕拉检查、按图纸检查膜单元尺寸，应在误差容许范围内。吊装膜单元前，按编号确定膜单元的准确安装位置。膜单元展开前，采取措施防止膜材受到污染或损伤。膜的最大单元重量为172 kg，加上包装重量整体不超过200 kg；根据施工现场条件，吊机可将膜吊至钢结构的钢梁上（在风力大于3级风，温度低于-30℃时应停止安装）。施工时先张大膜单元后张拉小膜单元，膜布张拉的步骤如下：
(1) 将膜吊至钢柱间水平支撑上。
(2) 逆膜打包方向将膜展开。
(3) 用手扳葫芦将膜四角沿经纬向定位。定位时注意各膜边与钢结构边线一致。
(4) 每隔2m左右用紧线器将膜固定，以免突起大风将膜撕裂。
(5) 装铝压板，用螺丝将铝压板拧紧以夹住膜边。
(6) 张拉短膜边。张拉膜时不能一次张拉到位，而应按先快后慢的方法分次张拉（见图4）。
(7) 重复上述工作张拉长边。澳门?仔运动场的膜结构设计，在张拉过程中双向变形和双向传递张力。膜的初始张力由设计补偿值控制，张拉到位即达到设计初始张力（4kN/m）。
(8) 压膜。膜张拉到位后用螺丝将膜边固定于下压板上，然后将张拉工具拆除，再将紧固铝压板螺丝装上。
(5）索的安装。本工程设计中，索仅是在风向上抗掀时起作用，故索是在膜安装后进行的。设计师要求拉索改为Φ75不锈钢索，经过试拉检测破坏拉力为600 k N，澳门工务局同意采用。索头运输中要加软包装，吊装前检查支座、拉索间相互连接部位的尺寸，支座结构的控制偏差为±5mm。索铺设到位拆除防护层，套入索头盒，调紧索至索的投影为直线并与膜外形吻合，将索头盒用不锈钢面板密封，防止雨水进入拉索头产生腐蚀。
(6）产品的安全保护及分项验收。膜单元安装要在全部土建和外装饰工程完工后进行。禁止交叉作业和烧焊作业；禁止在膜布上搬运材料物品、金属物件和其他带尖角物件。膜结构安装完毕后，对膜体内、外表面进行清洁。在膜结构工程验收交付使用前禁止其他施工人员行走。分项验收时应注意以下几点：
(1) 按施工图要求检查膜结构的连接，膜面张拉应力要符合预张力的值。
(2) 膜表面不能有污渍、划损、皱褶；膜面试水要通畅，表面不能有积水和凹坑；重点检查接缝和排水口的节点，并经24小时的浸水试验。
(3) 按照澳门工务局的要求将竣工图纸、检测报告书、相关施工文件装订好，与总体工程交付验收时一并递交。
4 结语
我国现代膜结构起步于上海八万人体育场，数年的时间膜结构已有了很大的发展。骨架式膜结构具有广泛的百富策略白菜网领域，特别是在大型公共体育馆、体育场、会展中心等。澳门?仔运动场骨架式膜结构工程具有技术含量高，材料新颖，充分发挥了采光建筑的功能、高强受力的特点；安装时间短，经济效益明显。
1 工程概况
膜结构造型美观，结构受力性能好，具有自洁性、阻燃性、透光性好的特点；是建筑学、材料科学、结构力学以及现代环境学高速发展的综合产物；广泛百富策略白菜网于现代大型建筑结构。澳门?仔运动场扩建和改善工程总面积35 585 m2，座位总数25 000；它是为了举行第四届东亚运动会，而将原运动场扩建成一个具有世界先进水平的综合性运动场馆。澳门运动场膜结构工程投影面积7937 m2，是骨架支承式膜结构（见图1）；作为B区、D区看台的顶蓬，结构高度30 m;B区跨长26 m、悬挑分别为19.2 m、6.8 m;D区跨长34.4 m、两边悬挑为13.2 m中跨8 m；每跨宽度为8.9 m。膜结构由88个膜单元组成，主要采用五拱二索、三拱一索结构；工程采用材料是沙特生产的Fibertech公司的PTFE膜材 (PTFE glass fibre coated fabric) 。型号是Fribertop-C1028 (EC3) 。透光率为9%，反射率为73%，厚度为0.9 mm。
2 施工前准备及图纸设计深化
澳门?仔运动场膜结构工程的膜结构整个结构受力体系由立柱、桁架、撑杆、膜材、钢索及配套的构件组成，膜结构的投标图纸需设计深化，对膜在风荷载之下的安全性进行复核。
膜结构施工图深化阶段的步骤是：制定质量目标→材料预审→确定膜的初始外形尺寸→膜结构的安全计算→剪裁分析→确定施工大样。
(1）制定质量目标。根据澳门?仔运动场工程的特点、设计技术说明的要求来制定质量、工期、造价控制的目标。检查符合资格安装单位的专业施工经验，审核专业安装人员的相似工程证明。
(2）材料预审。按标书主材Fribertop-C1028 (EC3) 膜材、拉索、压板及附件的样板，提交业主和顾问公司审批，确定膜布的性能，根据ASTM检测标准，Fribertop-C1028 (EC3) 经向破坏强度为8 580 N/5cm，纬向破坏强度为7 967 N/5cm，经向抗撕开强度为533 N，纬向抗撕开强度为667N，经向破坏时延长率为8%～12%，纬向破坏时延长率为15%～19%。PTFE涂层粘结力140N/5cm。
(3）确定膜的初始外形尺寸。由专业安装人员测量现场安装的尺寸，根据澳门的风载标准值（257 km/h），分析膜布的初始形状。根据《欧洲织物覆盖永久性建筑设计的建议》，膜屋脊疏水坡度不应小于20%，结合膜布风载下的变形计算，膜布的拱高定为800mm，拉索的部位拱高为500mm。膜结构对于钢结构的线荷载为40 kN/m。分析结果经设计单位审核，符合钢架的设计承载力。这是设计深化的基础阶段，必须通过澳门工务局等质量监督单位的共同审核。
(4）膜结构的安全计算。在初始分析确定的形状和基础上（预张力4kN/m）；依据有限元分析的原理，套入德国IF公司开发的软件完成，这是设计深化的目标阶段。分析恒载、预张力、活载、风荷载的最不利荷载组合，产生六种受力状态。膜布的最大拉应力39.5kN/m，拉索（cable）最大拉力为258 kN/m（见表1）。本工程是骨架支承式膜结构，膜布整体安全系数取3.99。
(1) 膜布σmax=3.99×39.5=157.6kN/m=7880N/5cm, σmax≤[f]。
(2) 钢拉索选用Φ34, fmax=258 k N/m, fmax≤[f]=1048.58 kN/m，安全系数为4.1。
(3) 膜布的支座拉力为40 kN/m，支座钢板厚度为8mm, BS 50c钢材，计算内力τ=N/helw=40000/0.7×10×900=6.34<355N/mm2，满足要求。
(5）剪裁分析。膜结构裁剪是按计算结果的曲面确定裁剪线，将空间分成3m宽等长的膜片，再焊成膜单元。这一过程根据试验数据，按批号每批抽样9组膜片，试焊膜片成样品，样品由澳门认可的试验室张拉，确定焊接电流、气压、时间及膜的设计张拉补偿值；下料工作是按照IF公司的数学计算模型进行的（见图2），切割下料的同时标明膜结构与相应的钢构件连接角度，膜单元在1mm内精度按正确的角度下料。膜材的纤维方向与计算的主应力方向要一致，这是设计深化的成果阶段。
(6）确定施工大样。在施工图形成过程中结合现场尺寸形成施工大样图，并绘好膜布铝合金压板的位置平面图。本工程是骨架支承式膜结构，膜布开孔对于周边的张拉十分不利。因为PTFE膜布的抗撕性能低，原设计图要求在膜布上开孔，用螺丝收紧压板固定；这样的做法影响膜布应力的重分布，容易造成膜布撕裂，耐久性和安全性受到影响，不利现场施工。因此，施工时将膜布四边开孔固定改成用铝件夹紧，张拉到位后固定在钢支架下压板上（见图3）。施工图送澳门工务局等质量监督单位共同审核，审批后作为下料加工之依据。
3 膜布安装的施工管理
澳门?仔运动场膜结构的安装，是在钢结构工程完成后才进行的；施工质量目标是达到澳门建筑规章标准和英国标准（BS）。安装流程为：确定膜结构安装尺寸→膜布下料裁剪→提交进场材料表和检测报告→现场膜布安装→索的安装→产品安全保护及分项验收。
(1）确定膜结构安装尺寸。澳门?仔运动场的膜结构是双曲面造型，工程现场膜布安装尺寸是通过全站仪测量膜结构的标高、轴线位置来核定的；由专人复核平面控制尺寸，确定膜布的位置编号，将膜布的位置编号，绘制成现场安装图；发回厂内作加工膜片的实际数据。这项工作要跟进钢结构安装的施工尺寸，保证膜结构工程的安装尺寸符合图纸要求，对于钢结构安装时的误差及时提出修改意见，反馈给设计单位确定修改办法。必须通过澳门工务局等质量监督单位的共同审核。
(2）膜布下料裁剪。裁剪的控制误差分三阶段：
(1) 读取坐标，取坐标点；
(2) 复核坐标，划下料线；
(3) 复检坐标，落刀下料。
偏差控制不超过1mm，并贴上编号，膜片的边缘一定要切割得平整，线条平滑。在放样区，对完成下料的膜片进行平面放样，拼接成膜单元；拼接之间误差控制在2mm以内，焊接完成后，检查边缘部位；核对无误后贴上编号标签。各个膜单元均在德国加工厂制造完毕，运至现场后按编号安装膜单元。
(3）提交进场材料表和检测报告。材料进场前必须递交膜结构主材产地证明报告，膜材的第三方检验报告，包括膜材的抗拉性能、抗撕开性能试验，表层粘结力试验；钢材性能检测报告，上压板铝板的材料性能、表面氧化层的检测报告，焊支的材料性能报告，工艺评定报告。检测标准按BS标准。这是施工过程保证工程质量的控制手段。
(4）现场安装膜布。在现场打开膜单元的包装前，应先检查包装在运输过程中有无损坏，打开包装后，膜单元成品验收要合格，不合格品不能安装。膜单元检查包括：接缝的辨别、磨损情况、撕拉检查、按图纸检查膜单元尺寸，应在误差容许范围内。吊装膜单元前，按编号确定膜单元的准确安装位置。膜单元展开前，采取措施防止膜材受到污染或损伤。膜的最大单元重量为172 kg，加上包装重量整体不超过200 kg；根据施工现场条件，吊机可将膜吊至钢结构的钢梁上（在风力大于3级风，温度低于-30℃时应停止安装）。施工时先张大膜单元后张拉小膜单元，膜布张拉的步骤如下：
(1) 将膜吊至钢柱间水平支撑上。
(2) 逆膜打包方向将膜展开。
(3) 用手扳葫芦将膜四角沿经纬向定位。定位时注意各膜边与钢结构边线一致。
(4) 每隔2m左右用紧线器将膜固定，以免突起大风将膜撕裂。
(5) 装铝压板，用螺丝将铝压板拧紧以夹住膜边。
(6) 张拉短膜边。张拉膜时不能一次张拉到位，而应按先快后慢的方法分次张拉（见图4）。
(7) 重复上述工作张拉长边。澳门?仔运动场的膜结构设计，在张拉过程中双向变形和双向传递张力。膜的初始张力由设计补偿值控制，张拉到位即达到设计初始张力（4kN/m）。
(8) 压膜。膜张拉到位后用螺丝将膜边固定于下压板上，然后将张拉工具拆除，再将紧固铝压板螺丝装上。
(5）索的安装。本工程设计中，索仅是在风向上抗掀时起作用，故索是在膜安装后进行的。设计师要求拉索改为Φ75不锈钢索，经过试拉检测破坏拉力为600 k N，澳门工务局同意采用。索头运输中要加软包装，吊装前检查支座、拉索间相互连接部位的尺寸，支座结构的控制偏差为±5mm。索铺设到位拆除防护层，套入索头盒，调紧索至索的投影为直线并与膜外形吻合，将索头盒用不锈钢面板密封，防止雨水进入拉索头产生腐蚀。
(6）产品的安全保护及分项验收。膜单元安装要在全部土建和外装饰工程完工后进行。禁止交叉作业和烧焊作业；禁止在膜布上搬运材料物品、金属物件和其他带尖角物件。膜结构安装完毕后，对膜体内、外表面进行清洁。在膜结构工程验收交付使用前禁止其他施工人员行走。分项验收时应注意以下几点：
(1) 按施工图要求检查膜结构的连接，膜面张拉应力要符合预张力的值。
(2) 膜表面不能有污渍、划损、皱褶；膜面试水要通畅，表面不能有积水和凹坑；重点检查接缝和排水口的节点，并经24小时的浸水试验。
(3) 按照澳门工务局的要求将竣工图纸、检测报告书、相关施工文件装订好，与总体工程交付验收时一并递交。
4 结语
我国现代膜结构起步于上海八万人体育场，数年的时间膜结构已有了很大的发展。骨架式膜结构具有广泛的百富策略白菜网领域，特别是在大型公共体育馆、体育场、会展中心等。澳门?仔运动场骨架式膜结构工程具有技术含量高，材料新颖，充分发挥了采光建筑的功能、高强受力的特点；安装时间短，经济效益明显。
