張玉東

（晉能控股煤業(yè)集團(tuán)忻州窯礦，山西 大同 037021）

作為一種高強(qiáng)度的柔性薄膜材料與輔助結(jié)構(gòu)的曲面膜，其通過一定的施工手段促使其內(nèi)部產(chǎn)生一定的預(yù)張應(yīng)力，形成了在應(yīng)力控制下的某種空間形狀，以此形成覆蓋結(jié)構(gòu)或者是建筑物的主體部分。這種結(jié)構(gòu)自身所具備的剛度完全能夠抵抗外部荷載作用力。以往純直線的建筑風(fēng)格模式被膜結(jié)構(gòu)所打破，并且這種曲面能夠隨著設(shè)計(jì)的需求適當(dāng)調(diào)整，提升建筑工程的美觀性與標(biāo)志性?，F(xiàn)階段我國通常使用半透明薄膜或者是透明的膜材，自然在色彩上稍顯不足，建筑物富有動(dòng)感的造型以及生動(dòng)形象的色彩難以充分的展現(xiàn)出來。本文以實(shí)際建筑工程為例，對(duì)大型彩色不規(guī)則曲面膜結(jié)構(gòu)施工技術(shù)做出分析，以望參考。

1 工程概況

某建筑工程結(jié)構(gòu)形式采用膜結(jié)構(gòu)進(jìn)行施工，外觀形同一個(gè)彩色的蝴蝶，其膜結(jié)構(gòu)展開的整體面積7000m2，整體成33個(gè)膜單元，最大的膜單元面積超過310m2。最大的懸梁挑約52m。整體屋面采用索網(wǎng)強(qiáng)膜結(jié)構(gòu)系統(tǒng)，系統(tǒng)整體由鋼結(jié)構(gòu)骨架、膜以及索網(wǎng)組成，整體蝴蝶型的動(dòng)感與顏色呈現(xiàn)更加完美。

2 工程技術(shù)難點(diǎn)

為了充分保障建筑整體蝴蝶形狀的色彩以及色彩效果的更加的形象與生動(dòng)，因此建筑整體設(shè)計(jì)為6種不同的膜材與顏色。這種設(shè)計(jì)方式在整個(gè)建筑業(yè)界還屬于第一次。不同的顏色膜材之間的搭接為曲線模式，并且不在索網(wǎng)或者是鋼結(jié)構(gòu)的邊界上。但是這種設(shè)計(jì)方式會(huì)導(dǎo)致整體的施工難度加大，若在施工的過程中出現(xiàn)任何的偏差都會(huì)造成價(jià)格昂貴及材料損耗的情況發(fā)生。

工程鋼索整體貫穿于膜的索套中，而索套的凈空相對(duì)較小，每榀鋼桁架上的索及膜鋼構(gòu)件均與相鄰桁架鋼構(gòu)件有準(zhǔn)確的對(duì)應(yīng)關(guān)系，稍有偏差鋼索即會(huì)偏離于索套之外。

該工程的膜材展開整體面積多達(dá)7000m2，分為33個(gè)膜單元，單元膜面積最大的310m2。在進(jìn)行施工的過程中需要進(jìn)行高空作業(yè)，因此有較高的操作難度，風(fēng)險(xiǎn)相對(duì)較高。并且，在施工的過程中若出現(xiàn)風(fēng)雨天氣，還需要重新的設(shè)計(jì)施工方案。

3 膜結(jié)構(gòu)深化設(shè)計(jì)

3.1 膜單元的分割

在開展實(shí)際施工的過程中需要在高空開展整體膜結(jié)構(gòu)，但是由于建筑整體的展開面積相對(duì)較大，因此施工難度較大。因此，需要參照膜結(jié)構(gòu)的形狀以及顏色進(jìn)行區(qū)域的分割，整體結(jié)構(gòu)被分割成若干個(gè)單元。隨后，按照形狀以及顏色等變化進(jìn)行分割后膜單元的安裝，以此能夠保障施工連接的準(zhǔn)確性，設(shè)計(jì)目標(biāo)得以充分實(shí)現(xiàn)。

3.2 節(jié)點(diǎn)優(yōu)化設(shè)計(jì)

若按照傳統(tǒng)的優(yōu)化方式進(jìn)行設(shè)計(jì)則會(huì)出現(xiàn)一些問題：首先是在按索間距布置在鋼索后結(jié)節(jié)中的螺旋桿鎖頭必然會(huì)出現(xiàn)十分明顯的碰撞[1]；其次，是單元膜邊界并不能調(diào)節(jié)，安裝過程中存在的誤差難以消除。

優(yōu)化節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)之后，鋼索采用雙叉耳索頭的方式進(jìn)行設(shè)計(jì)，傳統(tǒng)設(shè)計(jì)過程中鋼索索頭出現(xiàn)碰撞的問題能夠得到有效的避免；同時(shí)膜邊界采用張拉螺桿的方式進(jìn)行設(shè)置，促使傳統(tǒng)安裝施工過程中存在的誤差能夠得到有效的縮減與調(diào)整，安裝效率必然得到充分的提升。

3.3 膜單元剪裁設(shè)計(jì)

針對(duì)工程進(jìn)行分析可知，膜結(jié)構(gòu)通常情況下都是三維不可拓展空間曲面，通過針對(duì)二維材料的焊接以及剪裁、張拉形成所需的三維空間曲面[2]。膜單元可以根據(jù)結(jié)構(gòu)的形狀以及顏色變化剪裁得更加標(biāo)準(zhǔn)，如圖1所示。

圖1 徑向桁架上弦有索處膜節(jié)點(diǎn)示意

4 膜深化鋼構(gòu)件制作與安裝

4.1 膜深化鋼構(gòu)件制作

建筑鋼構(gòu)件需要在工廠內(nèi)進(jìn)行加工，主要用于主桁架上與鋼索連接的耳板，同時(shí)還包括與膜連接的方鋼等鋼組件。在進(jìn)行加工制作的過程中為了能夠充分保障鋼組件的制作精度以及制作質(zhì)量，選擇使用數(shù)控機(jī)床進(jìn)行加工，并且在加工之前還需要以不同的規(guī)格為參照對(duì)鋼結(jié)構(gòu)的表面處理并噴底漆，隨后分規(guī)格進(jìn)行堆放。

參照工程設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，還需要對(duì)鋼材料進(jìn)行防腐處理，在處理的過程中還應(yīng)當(dāng)確保防腐手段能夠符合環(huán)保設(shè)計(jì)要求，確保工藝標(biāo)準(zhǔn)以及廠家的操作工藝標(biāo)準(zhǔn)嚴(yán)格執(zhí)行。

施工部門應(yīng)當(dāng)及時(shí)清理鋼結(jié)構(gòu)表面的污物以及灰塵。在安裝之前，不能對(duì)螺栓、摩擦接觸面和需要焊接的部位兩側(cè)100mm范圍內(nèi)進(jìn)行涂漆，但是需要涂刷環(huán)氧富鋅底漆，確保在開展整體施工的過程中不會(huì)影響焊接的防銹處理，在整個(gè)安裝完成之后需要進(jìn)行補(bǔ)漆處理。

4.2 膜深化鋼構(gòu)件的安裝

①在整體主鋼構(gòu)件安裝完成之后，需要復(fù)核主體鋼結(jié)構(gòu)的坐標(biāo)；②對(duì)主體鋼結(jié)構(gòu)坐標(biāo)的誤差進(jìn)行復(fù)核之后需要進(jìn)行膜深化構(gòu)件的安裝。在此過程中，需要使用Tekla軟件，在建立三維空間模型的過程中借助三維坐標(biāo)點(diǎn)進(jìn)行設(shè)計(jì)。由于該工程特點(diǎn)以及工程現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況，在工廠加工的過程中就進(jìn)行了第一遍的涂漆，當(dāng)整體構(gòu)件運(yùn)往施工現(xiàn)場(chǎng)的位置之后進(jìn)行拼裝，在完成整體的拼裝之后還需要檢查工程的施工質(zhì)量；③膜深化鋼構(gòu)件節(jié)點(diǎn)的各個(gè)部件在施工之前還需要標(biāo)記編號(hào)，效驗(yàn)完成之后需要將標(biāo)高、中心線等進(jìn)行標(biāo)注，若情況需要還應(yīng)當(dāng)設(shè)置臨時(shí)的支撐件；④以Tekla模型的坐標(biāo)點(diǎn)對(duì)膜深化鋼構(gòu)件進(jìn)行定位，內(nèi)環(huán)的可以被預(yù)設(shè)為地點(diǎn)的位置，隨后還需要以電焊的方式進(jìn)行固定，對(duì)整體的拼裝施工進(jìn)行檢查之后方可進(jìn)行下一步的焊接與安裝；⑤對(duì)主體鋼結(jié)構(gòu)與膜有關(guān)系的部分進(jìn)行測(cè)量，以設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)以及測(cè)量結(jié)果為參照，深入對(duì)比其是否在允許的誤差范圍中，若超出誤差范圍則應(yīng)當(dāng)適當(dāng)整改鋼結(jié)構(gòu)。膜深化鋼構(gòu)件安裝完成之后形成建筑工程的各個(gè)單元。同時(shí)還需要對(duì)膜單元空間尺寸進(jìn)行及時(shí)的測(cè)量之后在進(jìn)行設(shè)計(jì)與裁剪。

4.3 鋼索及膜結(jié)構(gòu)安裝

以施工設(shè)計(jì)方案為準(zhǔn)，在展開的膜單元區(qū)域進(jìn)行施工，單元膜安裝完成之后將吊裝帶拆除，并讓吊裝帶運(yùn)往其他的區(qū)域進(jìn)行使用。

為了保障膜在空中展開后至拉結(jié)前的時(shí)間得到有效的縮減，還應(yīng)當(dāng)提前在安裝部位運(yùn)輸鋼索和各個(gè)附件，對(duì)鋼索的長度以及規(guī)格進(jìn)行嚴(yán)格的檢查，若鋼索的長度不一則應(yīng)當(dāng)按照標(biāo)號(hào)進(jìn)行布置。隨后使用汽車起重機(jī)將膜單元整體吊裝至安裝區(qū)域的邊梁位置。

在開展安裝施工的過程中還應(yīng)當(dāng)先沿長向從邊梁至內(nèi)環(huán)梁展開施工，隨后再按照短向開展膜單元的施工。在安裝之后還需要在一定的距離內(nèi)設(shè)置防風(fēng)繩，若膜單元的面積較大則應(yīng)當(dāng)用卷揚(yáng)機(jī)牽引展開。

同時(shí)，施工人員需要將鋼索的一頭穿入到索套中，隨后再從另一端穿出，與鋼構(gòu)件耳板和兩端索頭進(jìn)行連接。待施工完成之后調(diào)節(jié)鋼索，甚至可以適當(dāng)調(diào)節(jié)之后張緊鋼索。

隨后需要將鋁金夾具與膜進(jìn)行連接，隨后通過張拉螺桿的方式拉結(jié)鋼結(jié)構(gòu)的方鋼，對(duì)膜進(jìn)行調(diào)節(jié)。由于膜的拉張力相對(duì)較低，膜面的受力都會(huì)通過鋼索傳遞到主結(jié)構(gòu)，因此在進(jìn)行施工的過程中對(duì)膜的張拉力需要控制在適當(dāng)?shù)姆秶?。此外，在安裝的過程中安裝人員應(yīng)當(dāng)在位置連接膜單元支撐索頭與鋼結(jié)構(gòu)的耳板，確保模板的對(duì)稱安裝張拉到位。

在完成膜單元張拉完成之后，需要按照設(shè)計(jì)圖紙對(duì)蓋口進(jìn)行安裝，還需要通過人力的方式進(jìn)行提升?，F(xiàn)場(chǎng)需要配置小型熱合機(jī)焊接，在完成之后還需要做淋水實(shí)驗(yàn)，充分保障結(jié)構(gòu)有著良好的防水性。膜單元安裝并張拉完成后，施工人員站在膜單元平面上安裝蓋口膜；蓋口膜安裝完成后，施工人員即可站在安裝完成的膜單元兩側(cè)進(jìn)行蓋口的熱合施工。

5 結(jié)語

總而言之，作為一種全新的建筑施工方式，大型彩色不規(guī)則曲面膜結(jié)構(gòu)施工技術(shù)能夠最大程度節(jié)省傳統(tǒng)施工過程中出現(xiàn)的材料浪費(fèi)以及無效勞動(dòng)的現(xiàn)象，施工功效也能夠得到充分的提升。應(yīng)用該技術(shù)需要在工廠進(jìn)行膜片的鋼結(jié)構(gòu)、鋼索以及裁剪等工序的制作，保障現(xiàn)場(chǎng)施工時(shí)間得到充分的縮減，能夠同時(shí)進(jìn)行下部鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)或者是構(gòu)件的施工，有效地避免較差作業(yè)的情況出現(xiàn)。在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行施工的過程中僅僅需要進(jìn)行鋼索、膜片以及鋼結(jié)構(gòu)等環(huán)節(jié)的安裝等，施工十分簡便，其能夠有效縮短工期，經(jīng)濟(jì)效益顯著。