1、空张拉式索膜屋盖施工技术中图分类号：TU761 文献标识码：A 文章编号： 摘要：作为新型空间结构，索膜结构发展很快。文章介绍了索膜结构的类型、张拉式索膜结构的施工技术，希望有助于索膜结构的进一步推广使用。 关键词:索膜结构;张拉;膜面 Abstract: as a new space structure, and cable-membrane structures is developing very quickly. This paper introduces the membrane structure types, tension type cable membrane structu
2、re construction technology, in the hope that it will cable-membrane structures for the further expansion of use. Keywords: cable-membrane structures; Tension; The membrane surface 作为新型空间结构，索膜结构近年来发展很快，它属于张力集成体系，能很好地发挥钢索强度和张拉整体结构的空间作用，效率很高。最常见的索膜结构形式是张拉膜结构，其结构灵活性和形体可塑性很高，施工方便快捷、建设成本低，且可以充分利用膜材的受力性能，外
3、表美轮美奂、形式轻巧，是具有现代感的空间大跨曲面结构，目前已经广泛应用于建筑领域。 1 膜结构类型 膜结构建筑按照其结构形式的不同可以分成骨架式、充气式、张拉式三类，具体介绍如下： 1.1 骨架式膜结构 骨架式索膜单独使用时，其结构形式局限性比较大，因此只有在一些特定建筑中才会采用，但是其与张拉形式结合使用后，常常可以取得非常丰富的建筑效果。骨架式索膜造价要低于张拉式体系，其建筑外观比较含蓄。 1.2 充气式膜结构 充气式膜结构应用历史比较长，但是由于其使用功能上的局限性，并没有广泛使用，它通过膜曲面内外气压差来保持膜曲面的形状。充气式膜结构工程造价低，施工快捷，在特定条件下具备相当好的使用效
4、果。1.3 张拉式索膜结构 最具代表性的索膜结构即是张拉式索膜结构，其膜曲面通过预应力保持自身形状，膜作为建筑物围护体的同时，又能够抵抗外部荷载效应。张拉式索膜结构有索网式、脊谷式等，已被广泛应用，这归因于其很高的结构灵活性和形体可塑性。这种体系结构性能强、表现力丰富，但是工程造价较高，施工要求也高。 2 索膜结构的材料 索作为受拉单元，其核心有金属和有机纤维两类，工程用索通常为全钢索，如索心索、高强钢棒、股钢核心索等。 膜结构通常采用涂层织物薄膜，其内部是基材织物，外部为涂层，两组份功能不一：其中基材织物决定材料的抗撕裂强度和抗拉强度，决定膜材力学性能；涂层则影响材料的防水性能、耐火性能等，
5、决定膜材的物理性能。膜材的粘接强度、抗拉强度、抗撕裂强度之间关系密切，基布编织紧密的膜材抗撕裂强度比较低，但抗拉强度很高，这与其弹性模量很高及基布与涂层较好的粘接强度有关。基布的延展拉伸会受到弹性模量的约束，而其与涂层之间的滑移又会受到粘接强度的阻碍，这样抗拉强度很高的膜材实际可用的抗拉强度就会减小很多，实际使用时，抗撕裂强度不足引起的膜材破坏更为常见。 3 张拉索膜结构体系 膜体（膜材） 、张拉索、支承结构、锚固体系、各部分的连接节点共同组成了张拉索膜结构体系，其中张拉索又由边索、谷索、脊索和拉地索组成。 3.1 膜材 如前所诉，力学强度高的织物基材和高分子涂层组成了膜材。以基材和表面涂层进
6、行分类，膜材分为以下几类： A 种膜材，有 PTFE 涂层和玻璃纤维基材，常见于日本和美洲；B 种膜材，有硅酮涂层和玻璃纤维基材，基本不使用；C 种膜材，有 PVC 涂层和聚酯长丝基材，常见于欧洲。 3.2 索 以功能和位置进行分类，索有边索、脊索、谷索、拉地索；常用的索有钢丝束、钢丝绳、钢绞线、不锈钢缆绳。 3.3 支承结构 索膜结构支撑体系以支撑条件进行分类，可以分为柔性支承体系、刚性支承体系以及两者相结合的混合支承体系。膜结构吊装前，应该按照规范设计要求复测支撑结构，以保证支撑结构安装的精度。 3.4 锚固体系 索膜结构分为自平衡体系和非自平衡体系，其中自平衡体系通过边界结构构件来承担索
7、膜预应力，而非自平衡体系通过抗拉锚固体系传递抵消拉应力。抗拉锚固体系有抗拔桩锚固体系、重力锚固体系、摩擦锚固体系、阻力锚固体系、岩石锚固体系，其中阻力锚固体系又分为蘑菇式、板式、挡土墙式。 3.5 节点 膜材与支撑结构之间的连接称为膜节点，设计膜结构时，必须做好节点设计，须同时满足外观和功能需求，此外，屋面节点还应考虑 防水功能。 4 张拉膜结构施工技术 4.1 确定施工方案 屋盖通常具有很多膜面，以 24 块膜为例，通过脊索连成一个整体，每块膜面积约为 900m2,单块最大尺寸为 20m60m,且屋盖属于高空作业，施工比较困难，施工方案如下： (1)每跨膜面施工前，搭设膜面搁置平台，以方便在
8、桁架之间搭设绳网，这样膜面就可以通过绳网打开。 (2)制备浮动环，用以张拉膜面。安装主体钢结构时，将浮动环安装在钢立柱上，然后提升浮动环，将膜面张拉到位。用手拉葫芦提升浮动环，可以多次提升直至膜面就位。 4.2 操作流程 首先从低跨处安装单跨膜面，然后顺时针方向依次安装其他膜面，安装完所有单跨膜面后，提升浮动环张拉膜面，最后进行防水膜胶合工作和补缺扫尾工作。 单跨膜面安装过程如下：做好准备工作搭设膜面搁置平台安装脊索、谷索搭设绳网展开膜面固定周边，安装边索将谷索、脊索、浮动环与膜面连接起来提升浮动环张拉膜面调整谷索。 4.3 膜面安装方法 4.3.1 脊索、谷索就位 施工现场一般采用卷扬机使脊
9、索、谷索就位。 (1)谷索。首先用卷扬机将谷索送至安装点下方并打开，然后从正确方向起吊钢索至安装位点上空，再将谷索连接板耳板与索锚具连接起来，松钩，牵引钢索张拉端至最远端，最后用钢丝绳抬高索并临时固定于钢立柱上。 (2)脊索。脊索的就位方法与谷索大致相同，只是将悬挑桁架端部耳板与脊索一端锚具连接好后，直接在悬挑桁架上安装并临时固定索体。 4.3.2 展开膜面 按照编号运输并就位膜面，然后将其放置在搁置平台中心处。在脚手架上展开膜布，然后横向展开膜面，将边索穿入膜布前缘袖筒内，每2m 安装 1 个膜面螺旋夹，通过晴纶绳与绳索紧绳机连接起来。再每 5m 在膜面两边安装 1 个灰色夹具，用绳索连接起
10、来。之后，利用紧绳机将膜面牵引开，同时两边人员用绳索拉紧灰色夹具，并不断抖动膜面，帮助牵引膜面，纵向膜布牵引到位后，继续牵引至两侧桁架方向，将绳索拉至径向索上。 4.3.3 固定膜面周边 膜面展开前，先在膜下面放好内脊索，再将两边脊索连接到浮动环上，而 2 个谷索临时悬在装配膜上，之后展开膜面并临时固定，准备夹紧。 (1)固定脊索分段部。膜布的两边与脊索通过铝合金 U 形扣和夹条连接，拧紧所有的连接螺栓。进行连接时，为保证膜面连接顺滑，需慢慢提升浮动环。 (2)固定浮动环。连接浮动环与膜布的同时，在与浮动环相对应的耳板上安装脊索锚具。 (3)固定内环索处的边索。同时安装悬挑桁架处膜布的固定连接
11、节点和内环处膜布的边索连接节点，应将边索插入膜袋里，连接好末端。 (4)固定外圈边索。方法和内环索处边索固定方法一样。 (5)固定分段节点，使膜可以绕过钢桁架立柱。方法和脊索分段部固定方法一样。 4.3.4 提升浮动环 安装好所有的单跨膜面后，在钢立柱顶端设置好吊点，然后通过神仙葫芦提升浮动环，提升膜面。 膜面的提升和张拉是同步进行的，此外，膜面的张拉必须和邻近模块的提升张拉保持同步，为此，必须重复提升，逐步完成张拉工作，只有邻近模块提升就位后，第 1 块模块才可能就位。 4.3.5 谷索的调整 谷索的调整和张拉也是同步的，只有安装完所有模块后才能调整谷索。 5 结语 张拉式索膜屋盖作为新型空间结构，应用前景十分广泛，但是只有保证施工质量，才能带给人们视觉上和使用功能上的双重享受。 【参考文献】 赵晨钧 高空张拉式索膜屋盖施工技术 施工技术 2009 姚正江 张拉索膜结构体系及其施工技术 建筑技术 2010 王世勇 索膜结构及其施工技术山西建筑 2011
