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深圳健宇膜结构工程有限公司

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第  12  年
产品详情(深圳市地下通道入口膜结构厂家)
张拉膜的安装设计细节
一、张拉膜概念性的设计
   
一种新的结构形式出现,必然遵循一定的理论规律,也就是首先是概念性的设计,初步的规划.整体的划分,形成块,再具体到细部.
  一、从结构方式上大致可分为骨架式、张拉式、充气式膜结构3种形式
  1.骨架式膜结构Frame Supported Structure
  以钢构或是集成材构成的屋顶骨架后,在其上方张拉膜材的构造形 式,下部支撑结构安定性高,因屋顶造型比较单纯,开口部不易受限制,且经济效益高等特点,广泛适用于任何大,小规模的空间。
  2.张拉式膜结构Tension Suspension Structure
  以膜材、钢索及支柱构成,利用钢索与支柱在膜材中导入张力以达安 定的形式。除了可实践具创意,创新且美观的造型外,也是最能展现膜结 构精神的构造形式。近年来,大型跨距空间也多采用以钢索与压缩材构成 钢索网来支撑上部膜材的形式。因施工精度要求高,结构性能强,且具丰 富的表现力,所以造价略高于骨架式膜结构
  3.充气式膜结构Pneumatic Structure
  充气式膜结构是将膜材固定于屋顶结构周边,利用送风系统让室内气 压上升到一定压力后,使屋顶内外产生压力差,以抵抗外力,因利用气压来支撑,及钢索作为辅助材,无需任何梁,柱支撑,可得更大的空间,施工 快捷,经济效益高,但需维持进行24小时送风机运转,在持续运行及机器维护费用的成本上较高。
  二、膜材料用于膜结构建筑中的膜材是一种具有强度,柔韧性好的薄膜材料,是由纤维编织成织物基材,在其基材两面以树脂为涂层材所加工固定而成的材料,中心的织物基材分为聚酯纤维及玻璃纤维,而作为涂层材使用的树脂有聚氯乙烯树脂(PVC),硅酮(silicon)及聚四氟乙烯树脂(PTFE),在力学上织物基材及涂层材分别具有影响下列的功能性质。
  织物基材——抗拉强度,抗撕裂强度,耐热性,耐久性,防火性。
  涂 层 材——耐候性,防污性,加工性,耐水性,耐品,透光性。
  三、膜材的正确选定用于建筑膜结构的膜材,依涂层材不同大致可分为PVC膜与PTEF膜,膜材的正确选定应考虑其建筑的规模大小、用途、形式,使用年限及预算等综合因素后决定。
  PVC膜(PVC-Coated Polyester
  PVC膜材在材料及加工上都比PTFE膜便宜,且具有材质柔软,易施工的优点。但在强度、耐用年限、防火性等性能上较PTFE膜差。PVC膜材是由聚脂纤维织物加上PVC涂层(聚氯乙烯)而成,一般建筑用的膜材,是在PVC涂层材的表面处理上,涂以数micron厚的压克力树脂(acrylic),以改善防污性。但是,经过数年之后就会变色、污损、劣化。一般PVC膜的耐用年限,依使用环境不同在5~8年。为了改善PVC膜材的耐侯性,近年来已研发出以氟素系树脂于PVC涂层材的表面处理上做涂层,以改善其耐侯性及防污性的膜材。
  PVDF PVDF是二氟化树脂(Polyvinylidene Fluoride)的略称,在PVC膜表面处理上加以PVDF树脂涂层的材料称为PVDF膜。PVDF膜与一般的PVC膜比较,耐用年限改善至7~10年左右。
  PVF PVF是一氟化树脂(Polyvinyl Fluoride)的略称。PVF膜材是在PVC膜的表面处理上以PVF树脂做薄膜状薄片(laminate)加工,比PVDF膜的耐久性更佳,更具有防沾污的优点。但因为加工性、施工性与防火性都不佳,所以使用用途受到限制。
  PTFE膜(PTFE Coated Fiberglass
  PTFE膜是在超细玻璃纤维织物上,涂以聚四氟乙烯树脂而成的材料。PTFE膜最大的特微就是耐久性、防火性与防污性高。但PTFE膜与PVC膜比较,材料费与加工费高,且柔软性低,在施工上为避免玻璃纤维被折断,须有专用治工具与施工技术。
  耐久性:涂层材的PTFE对酸、硷等化学物质及紫外线非常安定,不易发生变色或破裂。玻璃纤维在经长期使用后,不会引起强 度劣化或张力减低。膜材颜色一般为白色、透光率高,耐久性在25年以上。
  防污性:因涂层材为聚四氟乙烯树脂,表面摩擦系数低,所以不易污染,可藉由雨水洗净。
  防火性:PTFE膜符合近所有国家的防火材料试验合格的特性,可替代其它的屋顶材料做同等的使用用途。
  四、工程应用体育设施体育场馆、健身中心等交通设施机场、火车站、公交车站、高速公路收费站、加油站等文化设施展览/会议中心、剧场、博物馆、动物园、水族馆等景观设施建筑入口、泳池小品、小区长廊、户外广场、公园小品、标识性建筑等商业设施购物中心、餐厅、步行街等工业设施工厂、仓库、污水处理中心、物流中心、温室等。
  张拉膜结构的基本组成单元通常有:膜材、索与支承结构(桅杆、拱或其他刚性构件)。
  膜材一种新兴的建筑材料,已被公认为是继砖、石、混凝土、钢和木材之后的第六种建筑材料。膜材本身不能受压也不能抗弯,所以要使膜结构正常工作就必须引入适当的预张力。此外,要保证膜结构正常工作的另一个重要条件就是要形成互反曲面。传统结构为了减小结构的变形就必须增加结构的抗力;而膜结构是通过改变形状来分散荷载,从而获得最小内力增长的。当膜结构在平衡位置附近出现变形时,可产生两种回复力:一个是由几何变形引起的;另一个是由材料应变引起的。通常几何刚度要比弹性刚度大得多,所以要使每一个膜片具有良好的刚度,就应尽量形成负高斯曲面,即沿对角方向分别形成高点低点高点通常是由桅杆来提供的,也许是由于这个原因,有些文献上也把张拉膜结构叫做悬挂膜结构suspension membrane)。
  索作为膜材的弹性边界,将膜材划分为一系列膜片,从而减小了膜材的自由支承长度,使薄膜表面更易形成较大的曲率。有文献指出,膜材的自由支承长度不宜超过15米,且单片膜的覆盖面积不宜大于500平米。此外,索的另一个重要作用就是对桅杆等支承结构提供附加支撑,从而保证不会因膜材的破损而造成支承结构的倒塌。
  膜结构设计主要包括以下内容:
  1,初始态分析:确保生成形状稳定、应力分布均匀的三维平衡曲面,并能够抵抗各种可能的荷载工况;这是一个反复修正的过程。
  2,荷载态分析:张拉膜结构自身重量很轻,仅为钢结构的15,混凝土结构的140;因此膜结构对地震力有良好的适应性,而对风的作用较为敏感。此外还要考虑雪荷载和活荷载的作用。由于目前观测资料尚少,故对膜结构的设计通常采用安全系数法。
  3,主要结构构件尺寸的确定,及对支承结构的有限元分析。当支承结构的设计方法与膜结构不同时,应注意不同设计方法间的系数转换。
  4,连接设计:包括螺栓、焊缝和次要构件尺寸。
  5,剪裁设计:这一过程应具备必要的试验数据,包括所选用膜材的杨氏模量和剪裁补偿值(应通过双轴拉伸试验确定)。
  膜结构在方案阶段需要考虑的问题有:
  1,预张力的大小及张拉方式;
  2,根据控制荷载来确定膜片的大小和索的布置方式;
  3,考虑膜面及其固定件的形状以避免积水(雪);
  4,关键节点的设计,以避免应力集中;
  5,考虑膜材的运输和吊装;
  6,耐久性与防火考虑。
  在膜结构设计阶段所要考虑的要点有:
  1,保证膜面有足够的曲率,以获得较大的刚度和美学效果;
  2,细化支承结构,以充分表达透明的空间和轻巧的形状;

  3,简化膜与支承结构间的连接节点,降低现场施工量。

   
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二、安装张拉膜是必须要注意的事项

   
膜体安装包括膜体展开、连接固定、吊装到位和张拉成形四个部分。
   
展开膜体前,在平台上铺设临时布料,以保护膜材不被损伤及膜材清洁,严格按确定的顺序展开膜体。打开包装前应校对包装上的标记,确认安装部位,并按标记方向展开,尽量避免展开后的膜体在场内移动。在展开的膜面上行走时要穿软底鞋,不得佩带硬物,以防膜体受到刮伤。
   
在平台上展开膜体后,用夹板将膜材与索连接固定。夹板的规格及夹板间的间距均应该严格按设计要求安装。对一次性吊装到位的膜体,也必须一次将夹板螺栓、螺母拧紧到位。
   
目前索膜结构吊装较多应用多点整体提升法,是将已经成熟的整体提升技术加以改造用于索膜结构这种柔性结构的施工过程中,该工艺要求整个过程必须同步。起吊过程中控制各吊点的上升速度和距离,确保膜面的传力均匀。

   
亦可采用分块吊装的方法,将膜体按平面位置分为若干作业块,每块膜体同样采用多点整体吊装技术,整体吊装到位。若采用整体提升技术,要求投入的设备和人员较多,施工准备期较长。采用分块吊装法将整个膜体分为5个作业块,第1片和第2片、第3片和第4片、第5片和第6片、第7片和第8片、第9片和第10片,每个作业块膜体的7个吊点同时提升。待所有膜体均到达设计高度后,再在空中将各个作业块连接到一起,其优越性相当明显。在整个安装过程中要特别注意防止膜体在风荷载作用下产生过大的晃动。
   
张拉成型是整个膜结构工程施工的重要环节,施工项目能否取得效果,取决于张拉是否满足设计要求。当支承结构为刚性边界时,预应力的施加要通过特殊的构造来实施。对于柔性边界,可通过调整撑杆的位置来调节预应力的大小。张拉索膜结构中,膜材的张拉预应力是靠索提供的。整个张拉过程实际就是将各种索按照预定的应力张拉到位。张拉时应确定分批张拉的顺序、量值,控制张拉速度,并根据材料的特性确定超张拉量值。张拉过程可以是分批、分级调整索的预应力,逐步张拉达到设计值;也可以对整体实施同步张拉。对有控制要求的张力值应作施工纪录,对无控制要求的也要作张拉行程纪录。

   
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膜结构已成为环境设计中不可或缺的一部分
环境、氛围、文化、建筑形式的和谐统一,是世界范围内建筑师、规划师追求的最高目标。人类进入21世纪如何理解、构思、创造和建设我们的生活空间?是当今建筑界面临的重要课题。正如世界建筑大师会北京宪章指出,广义建筑学.....从理念上和理论基础上把建筑学、地景学、城市规划的要点整合为一。这是广义建筑学对当代建筑师,规划师提出的新要求。建筑环境设计不仅为人类们提供了广泛的活动空间,同时创造了气象万千的自然与人文景观,久居樊篱下,复得返自然。阳光、空气、绿草、水溪,人造景观把人们带入五彩缤纷,千姿百态的世界。以人为本天人合一已是现代建筑环境学遵循的宗旨,是现代化城市建设必须遵守的原则。建筑环境与可持续发展具有鲜明的时代特征。现代化的城市是景观环境的依托,而环境的主体和服务目标则是现代人。建筑环境作为一种重要的社会文化,是人类的理想与意志的外在体现,也是时代特征和地域文化的有机结合。同时,建筑环境也与社会生产力的发展以及当代科学技术水平密切相关。 膜结构是随着现代科学技术发展起来的全新建筑技术表现形式,是材料科学、建筑学、结构力学以及现代环境学高速发展的综合产物。 20世纪60年代随着现代柔性建筑材料的发展,建筑师们从帐篷着一最古老的简单建筑结构出发,构造出了魔幻般的形式——膜结构。它可以构成单曲面,多曲面等不同建筑结构形式,满足了建筑师们对建筑与美学高度统一的要求。柔性材料具有透光和防紫外线功能,在一些室外建筑和环境小品中得到广泛的应用。正是由于这一特征,夜间的灯光设计使膜结构具有鲜明的环境标志特征。优美造型的膜材,不锈钢配件和紧固件加上设计轻巧合理,表面处理严格的钢结构支撑,塑造出形式美观,设计合理的膜结构,在当今世界范围内的建筑环境设计中占有举足轻重的地位。1.娱乐空间膜 近年来,随着建筑空间观念的日益深化以及科学手段的不断提高,回归自然沐浴自然之温馨已是现代建筑环境学发展的主流。室内外的视线越来越模糊,出现了许多亦内亦外、相互渗透的不定空间,如:天井、四季厅、动植物园、体育、文化娱乐场所等。由于膜材的光透性,白天阳光可以透过膜材形成慢射光,使室内达到和室外几乎一样的自然效果,因此膜结构能创造出与自然环境相媲美的空间形式。2.标志性小品 一个城市的中心区反映一个城市的地理风貌和民族风情,同时,也是一个城市文化发展程度的标志。而景观设计要求其具有广泛的可读性、雅俗共赏,既有超凡脱俗的艺术价值,又能使大众喜闻乐见与大众息息相通。膜结构以其鲜明的个性和标识性,应用于城市小品设计中。3.绿色漫步道 近年来,在人口密集的大城市,在居住区周边配置绿色空间并有人行步道。居民可以在不受车辆的影响下,在居住区附近的街心地带轻松愉快地散步、休憩,而感到十分惬意。在绿色空间中构造一座膜小品,即生动的美化了环境——如同广阔绿洲中的点点白帆,又有很强的功能性——人们可以在行走之暇小憩一会儿。4.商业街 商业街在城市中占有相当大的比重。商业街的建筑与环境是城市文明的窗口,代表着物质文明和精神文明的水平,同时,也是景观环境的重要组成部分。膜结构轻巧别致极具现代化风格,且易于安装移动,在商业街设计中得以广泛应用。5.建筑入口 建筑入口使城市公共空间与建筑空间相邻的界面,成为城市空间的组成部分。它是人们视觉最先接触的部分,因此,除了功能以外,还应有很强的标识性,并能体现建筑的个性,是建筑环境和城市景观的重要组成部分。由于膜结构独特的造型是其他结构类型无法比拟的,故成为近来建筑入口经常采用的形式。6.步行街 利用膜结构轻巧,别致的造型建造各种半封闭,全封闭的不行空间,使其形成全天候的建筑空间,提供防风雨,防日晒等人工环境,并有较好的标识招揽效果,因此是步行街改造和新建的绝佳选择。7.停车棚 随着都市现代化步伐的加快,汽车成为任何一个都市不可缺少的交通工具。我国由于汽车工业高速发展,城市的汽车拥有量成倍上升,但城市建设规划没能尽快适应这一发展的要求,常常是车无停放之地。所以在建设群规划时就应充分考虑停车棚的问题,把停车棚的建设和规划当成现代城市建设规划的重要组成部分,变得越来越重要。同样,膜结构停车棚建设中也担当重要角色。生活在现代都市的人们已经从过去以谋生为目的的社会行为走上了以乐生为目的的新台阶,在精神上追求健康向上,愉快和富有人性的文化环境。现代建筑环境是现代城市,现代文化与社会,现代人的生活和观念的综合表象。在展现人的个性化,自娱性和多元性环境空间方面,膜结构以其独具魅力的建筑形式,必将会在环境建设中得到越来越广泛的应用。

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