膜结构十篇

膜结构篇1

【关键词】 找形预张拉应力剪裁设计高科技建筑

1.概况

近十几年来，张拉膜结构建筑以其造型独特的外观，梦幻般的内部空间，充满了张力的曲线、变幻的膜体、标准化加工的结构构件，高度灵活的支承方式，为广大的结构工程师提供了一个施展高科技设计技术的全新空间，因此也备受新一代结构设计师的关注。

张拉膜结构设计时首先应考虑张拉膜结构体系的特殊性，即由于张拉膜、索结构所使用的主要材料本身不具有基本刚度和形状，只有对膜材施加预张拉应力才能获得结构承载所必须的刚度和形状，因此要通过调整改变膜材的预张力分布来获得理想的结构造型，又或者通过改变膜或索的预张拉力比值来实现，从而得到形态各异的结构。例如，保持索之中的预拉应力不变，增大膜的预张力与索的预拉力的比值，即增加膜的预张力，所得结构的曲率增大；反之，减小膜的预张力与索的预拉力的比值，即降低膜的预张力，所得结构的曲面及边界较平坦。在张拉膜建筑设计过程当中，结构师始终起主要作用，只有这样才能使结构、功能及审美三方面在设计之中有机结合，充分发挥结构形式所具有的特性。

2.结构选型

张拉膜结构的选型，应根据建筑造型需要和支撑条件等，通过综合分析确定。通常可选用下列结构形式：整体张拉式、索系支承式、骨架支承式和空气支承式，或以上形式组合成的结构形式。

3.结构设计

膜结构设计应采用以概率理论为基础的极限状态设计方法，以分项系数设计表达式进行计算。结构重要性系数应根据结构的安全等级、设计使用年限确定。根据使用过程在结构上可能同时出现的荷载，按承载能力极限状态和正常使用极限状态分别进行荷载（效应）组合，并应取各自的最不利效应组合进行设计。膜结构设计应考虑恒、活、风、雪、顶张力、气压力、温变和支座沉降等作用。膜面的活载标准值可取0.3kN/。

风载体型系数可按国家标准《建筑结构荷载规范》的规定采用。对于形状复杂或重要的建筑物，应通过风洞试验或专门研究确定风载体型系数。有条件时也可通过分析研究确定。

膜结构设计时，应在满足膜面应力平衡的条件下，使结构体系保持稳定。为避免在风的吸、压力作用下产生变形而导致结构的整体张力体系失效，必须在膜结构的谷部表面增加稳定压索；又或者为了避免膜结构的脊部应力过大，可以在脊部紧贴底面增加脊索。稳定索和脊索必须参与相应工况下的整体受力和变形验算。此外，还应考虑使用阶段部分膜片破坏或部分索退出工作，以及不同部位膜单元进行第二次张拉或更换对整体结构的影响。

膜结构设计时，可采用下列方法合理施加预张力：在边缘直接张紧膜面【图a】;l拉紧周围边索【图b】；拉紧稳定索【图c】；顶升中间支柱【图d】。

4.材料选择

膜结构应根据设计要求，选用不同类别和代号的膜材。当有足够的依据时，膜材的经、纬向抗拉强度标准可采用生产企业提供的数据。拉索可采用热挤聚乙烯高强钢丝拉索、钢绞线或钢丝绳，也可根据具体情况采用钢棒等。钢丝绳宜采用无油镀锌钢芯钢丝绳。钢绞线、钢丝绳、热挤聚乙烯高强钢丝拉索及其锚具的质量应符合我国相关规范和现行行业标准的规定。锚具与索连接的抗拉强度，浇铸式不得小于索抗拉强度的95%；压接式不得小于索抗拉强度的90%。

5.结构计算

膜结构应进行初始形态分析(找形)、荷载效应分析、裁剪分析，必要时换应进行施工过程验算。初始形态分析可采用非线性有限元法、动力松弛法和力密度法等；荷载效应分析可采用非线性有限元法和动力松弛法。计算时应考虑结构的几何非线性，可不考虑材料非线性。结构计算中可考虑膜材的各向异性。计算模型的边界支承条件应与支承点的实际构造项符合，对于可能产生较大位移的支承点，在计算中应考虑支座位移的影响，或与支承结构一起进行整体分析。

对膜结构中的索、膜构件，可不考虑地震作用的影响；支承结构的抗震设计，应按照国家有关标准的规定执行。初始形态分析应满足边界条件和合理预张力的要求，并满足建筑造型和使用功能的要求。

索、膜构件的预张力值应根据膜材类型、膜面荷载、可能产生的变形以及施工等因素确定。预张力值必须保证在第一类荷载效应组合下，所有索、膜构件均处于受拉状态。

膜结构的荷载效应分析，应在初始形态分析确定的几何形状和预张力的基础上，考虑各种可能的荷载组合情况对膜结构内力和变形的影响。当计算结果不能满足要求时，应重新确定初始形态。

计算膜、索的内力和位移时，应考虑风荷载的动力效应。对于形状较为简单的膜结构，可采用乘以风振系数的方法考虑结构的风动力效应。对骨架支承式膜结构，风振系数可取1.2～1.5；对整体张拉式伞形、鞍形膜结构，风振系数可取1.5～2.0。

对于跨度较大、风荷载影响较大的或重要的膜结构，应通过动力分析或气弹性模型风洞试验确定风荷载的动力效应。

在各种荷载组合下，膜面各点的最大主应力应满足下列要求：

式中 ―在各种荷载组合作用下的最大主应力值；

―膜材抗拉强度标准值；

―强度折减系数；对处于一般部位的膜材 =1.0；对处于连接点处和边缘部位的膜材 =0.75；

―膜材抗力分项系数，对第一类荷载效应组合 =5.0；对第二类组合 =2.5。

6.剪裁设计

膜结构的裁剪分析应在初始平衡曲面的基础上，在空间曲面上确定膜片间的裁剪线，然后获得与空间膜片最接近的平面展开膜面。确定膜结构的裁剪线，可采用测地线法和平面相交法等。确定裁剪线时应考虑下列因素：裁剪线布置的美观性；根据膜材幅宽，尽量有效利用材料；适应膜材正交异性的特点，使膜材的纤维方向与计算的主受力方向一致。膜结构的裁剪分析中必须考虑初始预张力和膜材徐变特点的影响。应根据所用膜材的材性，合理确定各膜片的收缩量，并对膜片的裁剪尺寸进行调整。当采用搭接方式时，设计的裁剪片应预留搭接宽度。

7.空气支承膜结构设计要点

空气支承膜结构的内部压力，应保证在各种荷载作用下满足结构的强度和稳定性要求。设计时应合理确定膜结构的最大、最小工作内压和正常工作内压。最大工作内压应保证在最不利的外界环境条件下，结构不会出现过大的变形。最小工作内压应保证在正常气候条件和正常使用条件下结构的稳定，并应保持室内环境的舒适度，其值不应小于200Pa。

8.连接构造

拉索的锚锭系统可根据具体情况采用重力锚、盘形锚、蘑菇锚、摩擦桩、拉力桩、阻力墙等类型。拉索锚锭的抗拔承载力应根据锚锭形式、地基条件等，经现场勘查和土质定。

9.实例

膜结构篇2

【关键词】膜结构；施工工艺；验收标准；维护保养

1、概述

膜结构（Membrane）是20世纪中期发展起来的一种新型建筑结构形式，是由多种高强薄膜材料（PVC或Teflon）及加强构件（钢架、钢柱或钢索）通过一定方式使其内部产生一定的预张应力以形成某种空间形状，作为覆盖结构，并能承受一定的外荷载作用的一种空间结构形式.膜结构可分为充气膜结构和 张拉膜结构两大类.充气膜结构是靠室内不断充气，使室内外产生一定压力差（一般在10～30水柱之间），室内外的压力差使屋盖膜布受到一定的向上的浮力，从而实现较大的跨度.张拉膜结构则通过柱及钢架支承或钢索张拉成型，其造型非常优美灵活。

膜结构所用膜材料由基布和涂层两部分组成.基布主要采用聚酯纤维和玻璃纤维材料；涂层材料主要聚氯乙烯和聚四氟乙烯。常用膜材为聚酯纤维覆聚氯乙烯（PVC）和玻璃纤维覆聚聚四氟乙烯（Teflon）。PVC材料的主要特点是强度低、弹性大、易老化、徐变大、自洁性差，但价格便宜，容易加工制作，色彩丰富，抗折叠性能好。为改善其性能，可在其表面涂一层聚四氟乙烯涂层，提高其抗老化和自洁能力，其寿命可达到15年左右。Teflon材料强度高、弹性模量大、自洁、耐久耐火等性能好，但它价格较贵，不易折叠，对裁剪制作精度要求较高，寿命一般在30年以上，适用于永久建筑。

膜结构的材料特点是重量轻、强度高、防火阻燃、自洁性好，不受紫外线影响、抗疲劳、 耐扭曲、耐老化、跨度大工期短、使用寿命长。具有高透光率，热吸收量很少。正是因为这种跨时代的膜材料的发明，使膜结构建筑成为现代化的永久性建筑 它的优越性能包括：自洁性、透光节能性、经济性、艺术性、防火性与抗震性、造型多样性；另外其还具有应用领域广泛、能覆盖大跨度空间及施工周期短的优点。

2、施工安装

下面就以广西师范大学雁山校区标准体育场的膜结构为例，具体介绍膜结构的施工安装。该项目采用日本进口的SCC200膜材，厚度0.63±0.04，表面积为6976平方米，设计使用年限20年。

2.1先完成钢结构及二次构件的安装，并完成局部补油漆、进行防火处理等；最好留最后一道漆，待膜结构完工后再涂，避免安装膜结构时破坏。

2.2测量支承结构及连接节点的几何并与设计值比较，对找形结果进行必要的修正；按修正后的形状进行裁剪设计，加工制作膜面；如膜面先于支承结构完工已开始制作，应通过其他方案如更换连接件等规格等来纠正偏差；

2.3将加工好的膜成品按施工组织设计的要求折叠、包装，并做好标示；运输至安装现场；

2.4清理现场，在地面铺垫保护材料；向工人讲解工序及分工；展开膜面，进行如在膜面打孔、穿钢索、安装膜角节点板或膜夹板等准备工作；在支承结构上绑扎绳网以临时支承展开的膜面；

2.5准备工作就绪后，吊装机械就位，吊装并对角点作临时固定；

2.6逐步均衡张拉，给膜面施加预张力；

2.7对边角及有褶皱的区域进行局部张拉调节，并最终固定膜面及节点；

2.8清洗内外膜表面。

3、在此，提出几点注意事项

3.1注意二次构件的安装。因为钢结构工程和膜结构工程分属两个不同的承包商，钢结构只负责桁架，膜结构只负责上部膜结构，二者之间的连接构件容易忽视，最好由钢结构公司负责完成好。

3.2膜成品吊装时要弄清楚正反面，不要等到吊上去安装好后才发现。而且在地面铺开及吊装时，要保持膜面的清洁，不要等到安装好后再去清理，很麻烦。

3.3膜结构的排水系统。这一点也容易忽视。和第一点一样，责任不清，这方面最好由专业的虹吸排水公司来设计及施工。

4、膜结构的验收

4.1膜结构制作、安装分项工程应按具体情况划分为一个或若干个检验批，进行工程质量验收。与膜结构制作、安装相关的钢结构分项工程的验收，应按现行国家标准《钢结构工程施工质量验收规划》GB50205执行。其他相关分项工程的验收，应按有关的施工质量验收标准执行。

4.2膜结构的支承结构和各项连接构造应符合以下标准：

①保证连接的安全、合理、美观。②连接件应具有足够的强度、刚度和耐久性，应不先于所连接的膜材、拉索或钢构件破坏，并不产生影响结构受力性能的变形。连接处的膜材应不先于其他部位的膜材破坏。③连接件应传力可靠，并减少连接处应力集中。④节点构造应符合计算假定。应考虑节点构造偏心对拉索、膜材产生的影响，施加预张力的方式、结构安装允许偏差，以及进行二次张拉的可能性。⑤在膜材连接处应保持高度水密性，应采取一定的构造措施防止膜材磨损和撕裂。⑥对金属连接件应采用可靠的防腐蚀措施。⑦在支承构件与膜材的连接处不得有毛刺、尖角、尖点。

4.3膜面外观应全面进行检查。膜面排水坡度、排水槽、天沟、檐口等做法应符合设计要求。表面应无积水坑，可采用自然或人工淋水试验检查排水是否顺畅。

4.4膜面应无明显污渍、串色现象，无破损、划伤，无明显褶皱。

4.5工程完工后宜检查膜面的张力值是否符合设计和预张力。

4.6膜结构工程验收时，应具备下列文件盒记录，并经检查符合相关规定的质量要求：①膜结构（含钢、索结构）施工图、竣工图、设计变更文件；②技术交底记录、施工组织设计；③膜材、钢材、索及其材料的产品质量保证书和检测报告；；④膜单元、钢构件、索和其他部件制作过程的质量检验记录；⑤膜单元安装和施加预张力过程的质量检验记录；⑥专业操作人员上岗证书；⑦其他有关文件盒记录。

5、膜结构的维护保养

5.1维护检查

5.1.1周期性检查

定期调查包括用眼观察膜以确定其情况，也包括如下对钢结构的检查：

夹板两侧和内侧的磨损；焊口剥落情况；热合点磨损和基布高强丝断裂；膜剥落；钢丝绳是否断裂；表面的大量沉积。

5.1.2特定情况的检查

如有特殊情况发生，应进行特定的调查。特殊情况包括：

风速超过70公里小时，但是小于或等于特定结构的设计极限；大雪或打冰雹；有大块物体撞击可能会使膜折断或刮伤；暴风雨撞击；闪电或雷击；地震。

5.2清洗过程

5.2.1人员

膜及人员必须采取保护措施，清洁人员从始至终要系安全带。

5.2.2清洁

在以下情况下膜需要清洁：当膜外表很脏影响整体美观时；清洁期限过期的；遇到上节提到过的特殊事件的时候。

如需清洁，请按如下的过程步骤进行：

首先用软刷把积尘扫除，然后用清水冲洗两面，应首先清扫和洗刷暴露面。一般清洗用含1%到5%家用清洁剂的水，然后用低压力水管冲洗。不能用高压水冲洗。

注意在清洁过程中和清洁后要检查膜是否有损坏或退化：破洞、撕裂―可用同种材料补好；磨损―把造成磨损的东西清除。膜的张长拉力将会根据结构形式而变化，但永远不会松弛。

一些污染物可能不容易去掉，污染物可能包括如下物质：无机物：植物油、 沥青、 石灰；植物类：树叶、 花粉、 树脂；动物类：鸟粪、死昆虫。

以上这些沉积物不容易清洗干净，可能要用对膜有损坏的溶剂。在清洗之前一定要谨慎行事，请征求承包公司的建议。

如果膜材局部有油渍，首先将油渍周围的积尘去掉，然后用干洗剂进行喷洗，具体使用方法见此产品的使用说明书。

所有下列的产品禁止使用：

各种研磨材料：粉状、星状、液态、棉状等；以下的化学产品：丙酮、汽油、苯、燃油、煤油、全氯乙烯、 、甲苯、三氯乙烯、挥发油；以下的无机产品：氨水、硝酸、硫酸、乙酸、盐酸、碳酸钠、氢氧化钠、滤灰。

用酒精或酒精制品清洁会损坏膜涂层，从而缩短膜的使用寿命。

5.3与膜连接的结构件的维护

除了例行清洗外，还必须按照下面的内容对相关结构配件有规律地检查以满足结构的整体性要求。

5.3.1 配件

由以下一个或更多的部件组成：

钢索；铝压条；“U”型夹 ；不锈钢螺栓等

检查：钢索张力、“U”型夹是否锈蚀、螺栓是否松动等。

5.3.2支撑结构

这部分包含框架、支柱、张拉钢缆等等。

检查：连接的牢固性，过度偏斜或扭曲、破坏和侵蚀。

膜结构篇3

关键词：膜结构，减少膜面褶皱，措施

一、概述

膜结构作为新的建筑形式在国际及国内都得到了迅速的发展和应用。如体育设施有体育场、体育馆、游泳馆、健身中心、网球馆、篮球馆等；文化设施有展览中心、剧场、会议厅、博物馆、植物园、水族馆等；交通设施有机场、火车站、公交车站、收费站、码头、加油站、天桥连廊等；商业设施有商场、购物中心、酒店、餐厅、商店门头（挑檐）、商业街等；工业设施有工厂、仓库、科研中心、处理中心、温室、物流中心等；景观设施有建筑入口、标志性小品、步行街、停车场等。

膜结构之所以能在诸多领域均得到应用，主要归功于膜结构本身的建筑特点。膜结构按结构形式分为骨架式膜结构，张拉式膜结构，充气式膜结构，无论哪种形式，其构造均能做到不拘一格。膜结构单体根据周边环境及建筑要求，可做成花瓣状、飞燕状、灯塔状、气泡状等不同样式。在阳光的照射下，由膜覆盖的建筑物内部充满自然漫射光，无强反差的著光面与阴影的区分，室内的空间视觉环境开阔和谐。夜晚，建筑物内的灯光透过屋盖的膜照亮夜空，使建筑物的体型显现出梦幻般的效果。

然而，我们经常能遇到施工完成的膜结构产生膜面褶皱的情况，严重影响了膜结构的美观。下面就膜结构选材、施工等方面着手分析，提出减少膜结构膜面褶皱的几点建议：

二、从选材方面减少膜面褶皱

材料制作原料不同决定材料的性质不同，我们在设计方案的时候就需要考虑选取材料的力学性能，使材料达到设计要求而不至于使结构变形或破损。

1、PTFE膜材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。这种膜材有较好的焊接性能，有优良的抗紫外线、抗老化性能和阻燃性能。但由于玻璃纤维基材具有脆性，湿、热环境对其力学性能有一定的影响，在拉力和紫外线的作用下会有较大徐变，容易形成膜面褶皱，所以，选择PTEF玻璃纤维膜材一般在室内或者环境适宜的情况下采用。

2、PVC建筑膜材开发和应用得比较早，通常规定PVC涂层在玻璃纤维织物经纬线交点上的厚度不能少于0.2mm，一般涂层不会太厚，达到使用要求即可。PVC本身不耐老化，多用于临时建筑。

3、ETFE建筑膜材由ETFE（乙烯-四氟乙烯共聚物）生料直接制成。ETFE不仅具有优良的抗冲击性能、电性能、热稳定性和耐化学腐蚀性，而且机械强度高，加工性能好。近年来，ETFE膜材的应用在很多方面可以取代其他产品而表现出强大的优势和市场前景。这种膜材透光性特别好，号称“软玻璃”，质量轻，只有同等大小玻璃的1%；韧性好、抗拉强度高、不易被撕裂，延展性大于400%；耐候性和耐化学腐蚀性强，熔融温度高达200℃；可有效的利用自然光，节约能源，有良好的声学性能。ETFE膜材可用于各类建筑膜结构。

三、从结构加工方面减少膜面褶皱

结构加工主要分为支撑结构加工和膜面的加工。支撑结构一般为钢结构，其加工步骤为：下料—按图放样—制作胎具—设备弯曲—组拼弧管—确定分段处—按节点点固支杆—施焊A面—检查焊缝质量—按段翻身—施焊B面—检查焊缝质量—工地现场拼装—涂刷面漆—检查焊缝质量。

1、从钢结构加工方面减少膜面褶皱

下料：材料经抛丸除锈后在相贯切割机上下料，并清理切口处腐渣，准备拼接使用。切割后的杆件均要有坡口。对加强节点处的材料，除按长度切割外，延轴线方向切开，以便于安装。

放样：放样要严格按图纸进行，放样时应给予注意。注意，放样是在已准备的胎具基面上进行。

胎具准备：胎具由T=16mm厚的钢板组成，宽度与钢管宽度相配，为节约钢板，两行钢板可用槽钢支撑连为一体。组拼弧管要求钢管管径足够大，壁厚有12mm、10mm等。组拼处的焊缝质量为一级，焊缝钝边间隙为2--4 mm，坡口角度为40度，对接处不论等截面还是变截面均要衬管。施焊时要严格按照焊接工艺进行。每焊一道都要把焊道清理干净，以确保一级焊缝质量。

点固焊：点固支管前，把放样的节点转移到上下弦杆的表面，并按杆件的编号进行点固。点固焊一般是从中间向两端扩展。点固焊间距在50～100 mm左右，焊点长度为30 mm。

焊接：焊接时要严格按照焊接工艺规范执行。相贯处和对接处打底应尽量选用CO2气体保护焊，面层可选用手工焊。

焊缝检查：所有对接焊缝按一级焊缝进行检查，要求开坡口的角焊缝也要进行检查，检查时除检查焊缝外观外，还要进行超声波检查，如发现焊缝不合格，应进行返修。

工地拼接：工地拼接时拼接处要加衬管，并要通过支撑使整个桁架找平，借助手拉葫芦等工具使焊缝处符合图纸要求后再进行点固焊，然后正式施焊。支撑要有一定高度，以便于全方位焊接。

2、从膜面加工方面减少膜面褶皱

技术准备：收集技术资料，设计膜的裁剪加工工艺生产流图。

生产准备：根据工程材料表编制采购计划，生产作业计划，采购来的原材料必须有产品合格证，并经质验部门对原材料抽样复验，确认合格后方可投入生产制作及施工，由于膜材料为进口材料所以此项工作所需的时间比较长。

生产制作：严格按计算机提供的切割模型完成，并考虑膜材料的双向拉伸性,膜的裁剪和复合处理，应保证材料的均匀性和无残缺,膜的搭接要保证高频焊接的尺寸以保证其拉伸强度，搭接时要注意加筋补强。

3、从索具加工方面减少膜面褶皱

技术准备：收集技术资料，算出索具的加工下料长度及编制出其加工工艺过程。

生产准备：根据工程材料编制采购计划，生产作业计划，采购来的原材料必须有产品合格证，并经质检部门对原材料抽样复验。

试验检测：生产加工前应对钢丝绳进行相应试验，测试其是否有稳定的抗拉强度和弹性模量，并符合有关标准，以掌握材料的性能。

生产加工：索具的加工要保证其精度要求，即在制作前应试行初次拉伸，保证达到设计要求，加工完毕后也要试拉，以保证质量要求。

四、从结构安装减少膜面褶皱

结构安装主要为支撑结构的安装和膜面的安装，安装步骤为：校验钢架尺寸—焊接连结件—地面展膜连接配件—反叠膜片—吊装—打开膜片—张拉—定位—调整。

1、校验钢架尺寸：检查现场的机器设备是否安全，检查钢结构上的中心楔眼是否与膜布的模型相吻合。

2、焊接连结件：焊接连接件，并清理焊渣，打磨焊瘤。

3、地面展膜连接配件：把膜布打开放在清洁的防潮布上，把膜对折在半个纵带上，然后夹住膜布使其成自由状，膜材临时就位，保证所有的调整都有利，把索系在较低的底部，以保证绳索系索具的末端，插入边缘绳索，与膜布相配合，把绳索系在膜布的角上，把绳索系在较高点的一头，让这些绳索超过膜布，使钢结构上的插销与膜布上的金属板相配合，检查所有的插销是否达到了设计上的要求，检查所有的支索、设备及附件是否爪确。

4、铺膜：将膜吊至铺装位置，用索扣固定牢固，保持织物的松持状态，将松散的膜和脊索分别拉至四周的接点处，连接四周的接点板并安装索扣将其固定牢固。注意膜保持在松持的状态。

5、拉定位：检查接触表面、所有的钢膜结构部位是否连接牢固，将膜铺至指定位置，同时注意配合协调，保持其稳定性，完毕后，用索扣将其牢固固定，最后戴上压条。

6、调整：安装就位后调整。

膜结构篇4

薄膜材料质量很轻，每平方米大概700～1700克。轻质的结构材料大大减少了结构自重和材料运输的成本。轻质的结构和较大的结构变形能力还使张拉膜结构能够吸收震动，减轻地震对建筑的破坏作用，十分适合地震多发地区。薄膜材料具有一定的透光性能，常用膜材能透过大概4%～16%的光线。在白天建筑内部不需要人工照明，减少了建筑的能量消耗。在夜晚室内的灯光从膜面透出来，勾勒出张拉膜结构雕塑般的形体，成为夜晚的一道风景。薄膜材料具有很高的反射率，大量的阳光热辐射能被膜材反射回去，张拉膜结构极小的结构体量使其不会吸收大量的热量，减少了建筑的空调负担，十分适合炎热地区的气候。通过设置双层薄膜或多层薄膜结构，增加透明保温层能使张拉膜结构保持透光性的同时能大大提高结构的隔热系数，使其适应严寒的气候。张拉膜最大最吸引人的优势就是它那优美典雅的有机造型，总能抓住参观者的目光，赋予建筑鲜明的视觉特点，改变了公众传统的建筑印象和建筑审美，丰富了建筑师的创作手法。

张拉膜的结构概念

1.结构组成

张拉膜结构是一种新型的结构形式，它和以刚性材料为主要结构材料，受弯为主要受力方式的传统结构不同，它是以柔性的薄膜作为结构材料，通过支承张拉系统对薄膜施加预应力使其形成稳定的负曲面造型，获得结构刚度，能够覆盖大跨度空间的一种空间结构体系。如后附图1是张拉膜结构的两种最基本的结构形式马鞍形结构单元和锥形结构单元的示意图。它们都是由支承张拉系统和膜面组成。支承张拉系统包括桅杆、拉索、锚点、边索、脊索等，它们是对薄膜施加预应力的结构构件，并且是张拉膜结构重要的造型要素。在张拉膜结构中薄膜既承受建筑荷载是结构的一部分，同时又是建筑的维护结构。

2.膜面的几何要求

张拉膜结构和其他传统结构形式最大的区别在于它所使用的结构材料。传统的建筑结构采用的都是刚性材料，结构可以直接从材料中获得刚度。而张拉膜结构使用的结构材料是薄膜，它是一种柔性材料，只能受拉不能受压，它必须满足一定拓扑关系的几何造型，通过施加预应力来获得结构刚度，从而使结构具有承载能力。张拉膜结构需要满足的几何要求就是形成负高斯曲面。负高斯曲面上每个点的的两个主曲率半径分别位于曲面的两侧，如膜结构中的鞍面和锥形面，这类曲面也称为互反曲面(anticlasticsurface)。那么为什么张拉膜结构的曲面形式必须是负高斯曲面呢？假设空间有一个点要通过索来维持该点的平衡，由于索是柔性的不能受压，所以该点至少需要连接4根索，而且其中两根索需要向上弯，以承受节点受到的向下的力；另两根索向下弯，以承受节点受到的向上的力。如此类推要使一个柔性面上每个点都要保持平衡，那么这个面必然是的负高斯曲面。

当曲面曲率较小时为了保持膜面的平衡必然需要较大的预应力，曲率较大时可以减少膜面所需的预应力，因此张拉膜结构设计中一般都要尽量避免出现扁平区域，这会造成膜面应力分布不均，难以保持结构的稳定。负高斯曲面是维持张拉膜结构稳定的基本几何要素，在此基础上对曲面施加预应力使其产生足够的刚度，满足建筑结构的要求。张拉膜结构的曲面造型与结构受力是紧密联系在一起的，是膜面内部受力情况的直接表现。充分了解张拉膜结构的工作原理和机制对于建筑师进行张拉膜结构设计有十分重要的意义，可以帮助建筑师在进行造型设计时进行初步判断分析，避免设计出一些不合理的膜面造型甚至是根本不可能实现的形式。

关于张拉膜结构设计的论述

1.张拉膜结构空间设计的特殊性

张拉膜结构是一种以柔性薄膜材料作为主要结构材料，受拉为主要受力方式的结构形式和传统的结构形式有很大区别。结构特殊性决定决定了它内部空间设计的特殊性。

2.张拉膜结构的空间特点

(1)结构形式与建筑空间的高度一致性

结构与建筑空间的高度一致性是张拉膜结构最大的空间特点，它的其他空间特点都是由此而来。建筑的结构为内部空间提供了一个基本骨架。在传统结构形式的建筑中常常会对结构形成的原始空间进行进一步塑造和修饰，例如通过使用吊顶，掩盖一些较粗糙丑陋的结构构件，重新限定空间大小和形状，改变原有空间界面的肌理、质感和色彩，形成建筑师所需要的室内空间效果，这些建筑的结构和内部空间是不完全一致的有时甚至是相背离的。在张拉膜建筑中，结构形式和内部空间是高度一致的，结构本身就是内部空间的围合界面，它的形状、质感和色彩等决定了空间围合界面的形状、质感和色彩。在张拉膜建筑空间设计中，建筑师必须改变通常的先建筑后结构的空间设计方法，在进行空间设计构思时就要充分考虑结构的实现问题，把结构当作空间设计的手段和语言。

(2)透明的负双曲面空间

通常的建筑空间都是由直线元素构成的，即使是曲面的也都是各种正高斯曲面和零高斯曲面，例如圆柱面，半球面等，而张拉膜建筑的内部空间是一种负高斯曲面构成的空间。张拉膜建筑的内部空间更加自由流畅，空间之间的过渡平滑柔和，室内外的空间互相交融在一起。薄膜材料具有透明性，当我们站在张拉膜结构覆盖的空间里向上仰望，明亮的屋顶波浪般起伏，显得那么的轻巧和优美；阳光透过屋顶洒满室内，让人觉得室内和外面的天空发生了联系，屋顶宛若是漂浮在建筑上空的一朵云彩。张膜建筑的空间效果改变了人们对建筑空间的传统印象，对建筑产生了新的认识。

(3)新的空间限定元素

在张拉膜建筑中的结构本身就是内部空间的围合界面，张拉膜结构的各种结构构件：索、桅杆、膜面等就构成了空间的限定和表现元素。膜面是面元素，桅杆、拉索和膜面拼缝等是线元素而各种结构节点则形成了点元素。在这种情况下，结构构件不是简单的完成结构功能就可以了，还必须进行艺术化的处理承担起空间表现的任务。结构构件的艺术化处理包括对构件造型的美化，例如桅杆进行收分处理，设计膜面拼缝的图案，结构节点的造型设计等。此外更为重要的是，在张拉膜建筑中结构构件之间的视觉逻辑关系会影响到建筑的空间表达，就如同肋骨拱之间的视觉关系对于歌特教堂内部空间表达的作用一样。因此要处理好构件与构件之间的关系形成清晰的结构逻辑和有序的视觉层次。

3.张拉膜结构与建筑空间要求的契合

(1)张拉膜的结构空间形态

张拉膜结构的基本形态有鞍面、锥面、拱承面、波形面等。这些基本形态除了上述的张拉膜结构共同的空间特点之外还有着不同的空间形态特点。鞍形面张拉膜结构的高点和低点都在膜面周边，空间形态流畅开放，中央区域高度适中，空间利用率较高。锥形面高点在膜面中间，低点在周围，空间形态比较内聚。由于膜面中部升起较高，且空间越向上越狭小，相对来说其内部空间不容易被充分利用。拱承张拉膜膜面中央拱承部分较高，然后向两边逐渐降低，当多个拱承膜面组合在一起时所形成的内部空间比较容易被充分的利用。波形面张拉膜脊谷索交替排列，内部空间也高低起伏，一般来说脊索和谷索间隔距离不会太大，波形部分空间很难被利用。从上述的分析中我们发现，虽然张拉膜结构的结构厚度是所有结构形式中最小的，只有薄薄的一层膜的厚度，但是整个膜面结构的高度却比一般的结构来的大（这里的膜面结构高度指的是膜面结构的最低点至最高点的长度）。这是由于张拉膜结构的膜面曲率越大，获得同样刚度所需要的预应力越小，结构越稳定。为了减少膜面内部应力，增加结构的稳定性，张拉膜结构必须保持合适的膜面曲率。锥形张拉膜单元顶高度与平面跨度之比一般大于1:5，小于1:1，鞍形面要求中央平坦区域的曲面曲率大于3％。过大的结构高度会造成空间和材料的浪费，建筑供热制冷空调通风的过重荷载，建筑维护费用的上升。因此张拉膜建筑的结构设计要特别关注如何使结构的形态与建筑的空间要求相契合。建筑的空间除了满足使用功能对内部空间提出的要求外还要满足人们对建筑空间提出的精神需求，如空间气氛、意境、心理舒适度和其他美学要求。张拉膜结构所覆盖的空间与建筑物的使用空间和美学空间越接近，空间的使用效率越高，维护费用越低，这是降低建筑物全寿命周期费用，取得最大效益的重要途径。张拉膜结构可以通过以下方式达到结构形态与建筑空间要求的契合。

(2)充分利用结构空间

张拉膜结构的结构高度虽然比较大但只要我们合理的安排平面功能和结构剖面之间的关系，结构所占据的空间是可以被充分利用的。常用的办法是把建筑中需要较高空间的功能安排在膜结构的高点区域，而把只需要低矮空间的功能放在低点区域。张拉膜结构是空间的连续曲面，当建筑不同区域有不同的高度要求时它比通常的结构形式具有更大的灵活性和适应性。德国慕尼黑奥林匹克游泳馆通过飞杆内部支承和桅杆外部悬挂在中央比赛区域设置了两个高点结构。位于跳水池上方的高点稍高而位于游泳池上空的高点略低，整个屋面从两个高点向四周逐渐降低。建筑的结构形态与建筑的空间要求达到了吻合。（后附图3）意大利M&G研究试验室这座建筑采用连续拱承膜面作为建筑的外皮结构，把办公、实验室、车间、测试设备等功能包裹在其中。建筑内部各个功能单元，顺应拱形膜结构形态布置，在空间较高处安排较为高大的实验设备而较低处则作为休闲活动区域，充分利用了结构所覆盖的内部空间，提高了空间的使用效率。（后附图4）

(3)增加膜面内部支撑减少结构高度

有的建筑内部空间高度比较均匀，这就要求更加平缓的膜面形式，膜面的起伏不能太大，以减少空间的浪费。由于张拉膜结构的稳定性要求，曲面形式越平缓，结构的跨度也会越小。以损失整个结构的跨度来获得平缓的曲面形式显然不是一个可取的办法，那么该如何协调两者的矛盾呢？解决的方法是在原有膜面的内部增加支撑，使一个完整单一形式的膜面被分成若干部分的组合，这样就减少了每个区域的跨度，整个膜面就可以设计的更加平缓了。为了继续保持原有的无柱大空间，我们可以使用外部支承结构或者内部飞柱来提供膜面的内部支撑。1972年建成的德国雷根斯堡某游泳池由奥托设计。该游泳池主要用于休闲娱乐，只有少量的看台也没有跳水池，因此建筑的内部空间要求比较具有亲和力，高度不宜过高。奥托使用多高点的张拉膜结构作为游泳池的屋顶结构，18个高点通过钢索悬挂在外部的桅杆上。膜面内部多点高点支撑使整个膜面呈现出比较平缓的形态，满足了建筑的空间要求。（后附图5）此后奥托又在德国慕尼黑奥林匹克游泳馆临时看台屋顶的设计中采用了相似的结构。（后附图6）

(4)在膜面内部设置低点结构

膜面内部的支承点通常都是作为张拉膜的高点结构，如锥形和拱承式张拉膜。如果把它们膜面内部的高点颠倒过来作为低点，这样形成的膜曲面是向建筑内部凹进的，能大大压缩它所覆盖空间的大小，提高空间效率。美国佛罗里达州某度假设施需要建造一个膜结构屋顶来覆盖它的内庭院。膜结构屋顶由霍斯特伯杰设计。由于膜结构屋顶的跨度较大，如果采用常规的中央高点的锥形张拉膜结构，过大的结构高度会造成空间的巨大浪费，而且支撑高点所需要的结构也会增加许多建造费用。霍斯特伯格设计了两个巨大的倒锥形张拉膜结构作为屋顶结构。内凹的曲面使庭院空间控制在一个较为合适的大小，增加了空间使用效率。倒锥形的膜面周边固定在庭院周围建筑的屋顶上，低点由互相交叉的钢索直接锚固在庭院中间的地面上，省去了不必要的高点支撑构件，较少了造价。低点被设计成一个罩有透明有机玻璃的天窗，在雨天时，雨水从球罩与膜面之间的空隙流入室内，形成一处瀑布景观，为庭院增添了趣味。（后附图7）奥托在蒙特利尔博览会德国馆的设计中也在膜面内部设置了类似的低点结构。这些低点有效的起到了调整结构形态控制结构高度的作用。这些低点结构还使屋顶膜面自然的延伸到地面，建筑空间变得更加有机生动，对于表现膜结构特点，营造空间气氛起到了很好的作用。（后附图8）

4.拼逢在张拉膜结构空间表现中的作用

物体表面的图案和线条对于物体的识别有很大的影响。这些作用其实早就被建筑师发现并在建筑设计中加以利用。在歌特建筑中肋骨拱形成的韵律和图案是表现空间的主要工具，相互交错重复出现的肋骨拱突出了建筑空间高耸挺拔的效果，烘托出神秘、崇高、奔腾向上的宗教气氛。砖结构建筑中砖缝形成的图案和肌理；摩天楼玻璃幕墙的划分也都是建筑师设计建筑表面的线条元素表现建筑的手段。张拉膜结构的膜面是由膜材经过剪裁后拼接起来的，在拼缝的地方材料相对密实，透明度比较小，在光线下就会形成暗色的线条。张拉膜结构中的拼缝在结构上是无法避免的，但是它也为我们增强膜结构可识别性，形成合适的尺度比例，营造特殊的装饰效果提供了条件。

(1)可识别性线条可以强化曲面的造型，类锥形的膜面为了强调膜面的造型一般采用由高点向四周放射的拼缝。巴黎德方斯拱门的膜结构屋顶就是类锥形单元的组合。每个膜结构单元采用放射形的拼缝，使原本曲率较小的膜面造型变得清晰。放射性的图案使重复排列的膜结构单元变得十分生动，增加了许多耐看的细节(后附图9)。M&G实验室的膜结构屋顶在钢拱架方向上曲率较大而与拱架垂直的方向上曲率较小。垂直于拱架布置的拼缝突出了膜面的起伏变化，增强了可识别性。(后附图10)

(2)比例尺度膜面上的线条图案能使人获得正确的尺度感觉。美国想象公司的总部改造工程中采用了大面积起伏不大的张拉膜结构屋顶。屋顶平面接近于矩形，10个飞杆支撑的高点使膜面有轻微的起伏变化。膜面采用均匀大小的长方形拼缝，每个高点都支撑在拼缝交点处。长方形的拼缝图案使屋顶获得了尺度感，突出了高点布置的内在秩序和规律（后附图11）。巴黎的某城市改造工程中膜面拼缝没有进行恰当的设计，拼缝间隔大小不一，使人难以获得正确的尺度感，显得比较凌乱且缺少秩序（后附图12）。

(3)突出节点膜面的某些部位比如高点，低点，边缘张拉构件等是膜面应力汇聚转移的关键部位，这些部位自然的就会成为视觉的关注点，草率失当的节点处理会影响到整个结构的表现效果。对这些节点区域的强调除了通过构件造型的精心设计之外还可以通过节点部分膜面的拼缝图案和透明度变化来表现。2002年韩日世界杯足球赛在韩国仁川市所建造的门鹤体育场的屋顶是由桅杆支撑的规则悬挂式张拉膜屋顶，膜面在高点处使用星形的曲面切割和拼接实现了受力传递，解决了张拉膜带在高点处变窄的问题。双层膜面使星形的拼缝图案十分的清晰醒目，很好的起到了烘托高点结构的作用。（后附图13）在1998年建造的马兰西亚吉隆坡的国际游泳馆中，膜面主体采用平行拼缝，在每个悬挂点处拼缝进行了特别设计，呈花蕾状。花蕾形拼缝是由放射形拼缝和周边的双层聚酯条围边组成，使其具有比周边平行膜带更大的结构强度。在平行膜带的衬托下悬挂点处的拼缝图案强化了结构的构造特点和重要的结构意义，并为整个内部空间增添了几分诗情画意。（后附图14）

(4)装饰性在前面提到的例子中，张拉膜结构的拼缝在强调曲面造型，形成尺度感秩序感的同时都不同程度的起到了装饰膜面的效果。通过精心设计拼缝图案和膜面不同区域的透明度，能产生精巧的装饰图案。张拉膜结构的造型常会让人联想到自然界中的蜘蛛网，位于美国底特律河畔的Chene公园剧场的膜结构屋顶通过对拼缝方式的巧妙设计强化了这种相似性。剧场的覆盖结构是有三个弧形带状高点张拉膜结构。张拉膜的拼缝设计模仿蜘蛛网的形式，放射形的拼缝和折线形的等高线拼缝组合在一起，好像真是一张蜘蛛网覆盖在剧场上空，产生了很强烈的形式感和象征意义。（后附图15）在麦加先知清真寺庭院内的伞形遮阳结构是由德国建筑师BodoRash设计。在这些膜结构遮阳蓬上，膜面的拼缝被设计成为典雅的具有伊斯兰装饰风格的图案。拼缝呈放射形分布，从上往下拼缝线逐渐互相交错使图案变得更加生动。在靠近中心柱的附近，膜面张力汇聚在这里，需要额外的材料来增强膜面的强度。双层膜面加强膜面的强度，使膜面产生了不同的透明度增强的装饰效果。同样膜面上部连接点的加强构件不仅仅是结构元素也是装饰元素。在这个例子中张拉膜结构的拼缝起到了结构和装饰的双重作用。（后附图16）在德国Wasseralfingen的文艺复兴时期的城堡庭院内也有类似功能和结构的伞形活动天蓬。在这里膜面拼缝没有被设计成传统花纹而是抽象的叶脉形状，和膜结构轮廓形状十分协调，整个结构好像真是一片打开的树叶，给传统风格的庭院注入了新的气息（后附图17）。东京Kaetsu大学体育馆膜结构屋顶的膜面拼缝图案是十分简单的长条形，但设计者通过拼缝横竖方向的交错布置，改变了膜结构屋顶单调的局面也取得了很好的装饰效果（后附图18）。

膜结构篇5

【关键词】索膜结构；找形设计；剪裁设计

1概述

索膜结构挑篷[1]，由于采用膜材这种新型材料和很大的跨度，有其比较独立的设计流程。

索膜结构的设计过程主要有前处理、找形设计、荷载分析、剪裁设计和下部结构设计与验算五个阶段。对于找形设计和剪裁设计，由于膜材大变形和非线形等特殊性质，需要有专门的软件来进行分析。目前许多膜结构公司都开发出自己专用的膜结构分析软件，各高校开展这方面研究的也很多。荷载分析这一阶段是比较接近于传统结构的，也常常依赖于大型的有限元结构分析软件进行计算，包括强度分析、稳定分析、动力分析等。

2、索膜结构挑蓬设计的一般过程

现代索膜建筑的设计过程是把建筑功能、内外环境的协调、找形和结构传力体系分析、材料的选择与剪裁集成一体。借助于计算机的图形和多媒体技术进行统筹规划与方案设计，再用结构找形、体系内力分析与剪裁的软件，完成索与膜的下料与零件的加工图纸，最后结合下部结构进行验算[2]。

索膜结构的整个设计过程是建筑、结构方案的选择与结构分析计算的交叉反复，如果没有专用的计算机辅助设计系统的应用，很难想象在短时间内能够得出最优的方案。计算机辅助设计系统的应用，是膜结构设计方法发展的必然趋势。膜结构是一种新颖的结构形式，其相应的计算机辅助设计系统必有特殊性。现就目前膜结构计算机辅助设计系统的开况，论述一下索膜结构设计的一般过程。

2.1前处理

主要定义膜结构的几何模型、材料特性、外荷载，并能从各个角度显示出结构的外形以验证几何形状的正确性，同时生成结构分析系统进行找形分析、荷载分析所需要的数据。目前可视化软件多采用图形输入法输入结构的几何外形。图形输入法是直接输入结构的图形，而不是图形的几何数据，具有直观、形象的特点。图形输入法是以人机交互方式工作的，可以边输入边显示，有错即改，有漏就补，十分方便灵活。材料的特性主要包括膜材的经纬两方向的弹性模量、最大允许应力，脊索、边索的弹性模量、最大允许应力，外荷载主要包括风荷载、雪荷载、自重等，另外还包括初始预应力值、受压构件的截面面积等。

2.2找形、荷载分析

膜结构的找形分析和荷载分析可以合称为结构分析，主要完成膜结构的找形、形状判定和内力分析，输出位移、应力和其他后处理系统所需要的数据文件。

膜结构是纤维织物构成的。虽然膜材在平面内能承受很大的拉力，但它不能承受平面内的压力和平面外的弯矩，不然膜面会松弛，继而失去刚度出现俗称的褶皱。判断结构是否会出现褶皱是判断索膜结构预应力大小选取是否合适、判断索膜结构建筑外形是否合理的一个关键因素。找形和荷载分析的最主要目的也在于此。有褶皱的索膜结构不能体现索膜建筑的力与美。

通过找形，得到了结构的曲面几何及其相应的预应力分布，接下来的工作就是荷载的分析了。

荷载态分析的目的，是检查在各种荷载组合下，结构的刚度是否足够，膜面的应力和变形是否在许可的范围内，亦即是否能保证结构的稳定及防止褶皱的出现，是否会出现过大的变形导致应力松弛或因应力过大导致膜材破坏，是否在风雪荷载因变形过大而影响结构的使用功能，是否会因风激振动而导致结构破坏，等等。

作用于索膜结构上的荷载主要有：自重，设备重量，风雪荷载以及维护荷载等等。这些荷载都可以作为面荷载转化为等效节点力。

在膜结构受荷分析的过程中，风荷载常常是结构的起控制作用的荷载。韩国济州岛世界杯足球赛场的膜结构在2002年的台风中也被掀去了[3]，主要原因是由于局部构造措施不当，导致应力集中所致。对于很简单的几何形式，规范是可以借鉴，对于重要性的结构，风洞实验是确定设计参数的必要手段。

索膜结构受荷分析时，雪荷载也是很重要的荷载。雪荷载对膜结构的影响不仅是考虑膜结构对雪荷载的承受能力，是否会被罕见的大雪压跨。积雪对膜的影响不仅仅如此，由积雪造成的膜长期受荷所产生的非常规徐变会减低膜的预张力，严重的话会造成膜丧失预张力导致失稳。有可能的话，在结构选形时要尽量避免产生积雪。也就是说，曲率设计切忌平缓，这在北方尤其重要。需要注意的是，积雪荷载通常是非均匀分布的，要视结构的表面形状作相应的调整。

2.3剪裁分析

剪裁分析和下部结构验算构成了后处理。结果显示应该能从各个方向显示膜结构的线框图形和位移，并且能显示其实体模型，此外显示模块还应具有另一重要功能即应力的可视化，如采用应力彩色图和应力数值标注相结合的方式显示模结构的应力，这样就非常容易找到应力异常区和褶皱区。

剪裁分析的方法有很多种，一般是在初始形态分析的基础上，利用不同的离散方法进行拟合。常用的方法如动态规划法，把空间任意曲面近似展成平面，即基于动态规划的基本思想，把空间任意曲面划分成有限个相邻的条块（称之为条元），依次藕联计算出每一条元的展开形状，便可得到整个曲面的展开；应用单值变换把空间曲面近似展成平面；有根据测地线的原理，应用广义泛函变分取极值，得到膜结构曲面上的测地线，然后依据测地线计算裁剪线，生成裁剪图。

剪裁分析的功能主要生成考虑由初始预应力引起的经、纬方向伸长和连接影响的剪裁下料图和DXF等格式能被普通计算机辅助制造系统接受的数据文件，以便据此利用人工和计算机辅助制造系统进行膜材的剪裁操作。

2.4下部结构验算

对下部结构进行验算通常有两种方法，一种是将上部索膜结构和下部支撑结构分开分析，在下部结构模型上盖上轻型屋面板，轻型屋面板作为恒荷载，应用荷载传递的原理，将荷载作用下产生的支座反力作为荷载施加在下部结构上，再进行下部结构的分析计算，这种方法适用于支撑结构刚度较大，控制点位移较小的情况下，分析效率较高，同时复杂程度大大降低。

第二种是将找形后的索膜屋面与下部结构组成一体，用非线形有限元方法分析结构在各种荷载组合下的位移、支座反力及内力等，此方法适用于支撑结构较柔，在外荷载的作用下会发生较大的变形，在迭代计算过程中，索膜结构与支撑结构会发生相互作用，并且在相互作用下协同变化。

3、结语

索膜结构挑蓬的设计不同于传统结构，其分析计算需要有一定的数学、力学和工程学基础。随着计算机技术的发展、软件水平的提高，利用计算机技术来进行膜结构的设计已经成为索膜结构挑蓬设计的根本保证。虽然有多种分析理论被提出来，并运用于索膜结构的分析。但不论采用那种理论，其设计步骤都是相同的。

参考文献

[1] 严慧，夏循.我国内地膜结构的工程应用与发展前景[J].钢结构， 2004（2）： 4-5

膜结构篇6

【关键词】膜结构；加工制作；施工

          一、概述

膜结构是一种由高强薄膜材料及加强构件(钢结构或拉索)通过一定方式使其内部产生一定的预张应力以形成某种空间形状，可作为覆盖结构并能承受一定的外荷载的空间结构形式。膜结构以良好的自洁性、隔热性以及高强耐久、造型新颖、自重轻等优点广泛应用于各类休闲小品、轻型大跨度无柱空间或轻型屋盖建筑结构。由于膜结构是张力结构的一种，只有在一定的张力作用下，膜结构才有一定的形状和刚度，因而膜结构建筑表现了力的平衡美，是一种受力最为合理的结构形式。采用轻质膜材，同时辅以柔性拉索、轻型钢桁架的结构形式，可以很好地达到大跨度、覆盖大空间的目的。

本文主要对空间膜结构的加工制作、安装、张拉等过程中的注意事项和关键技术进行了介绍，总结了施工中需要注意的一些问题，供广大技术人员讨论参考。

二、施工前的准备工作

工程的施工过程是由业主、设计、监理、质检等多个单位多个部门共同合作完成的，如何协调组织各方的工作和管理，是能否保证工期与施工质量的关键之一。因此，为了保证这些目标的实现，应注意以下几点，确保将各方面的工作协调好：

第一，制定设计图纸交底、安装与设计的配合等会审制度。施工单位的项目部应组织有关技术人员配合设计，充分考虑设计与施工整体安装方案的匹配，参加业主组织的图纸交底会审等协调工作。

第二，建立例会制度。应定时召开业主、设计、施工、监理等多方参加的例会，商讨工程施工和配合情况。

第三，制定专题讨论会。对施工中的重大技术问题，各方的有关人员应集中在一起，共同商量解决。

第四，由于膜工程的施工技术质量要求高，故需选择技术熟练、责任心强，有经验的施工员、班组长组织各项工作，并签定施工组承包范围、质量技术要求、工期进度、安全指标等责任书。根据工程需要，劳动力要合理调配，杜绝窝工现象。

三、建筑材料的加工制作过程

（一）钢结构的加工制作

膜结构工程中，主要的建筑材料就是钢材和膜材。对于钢结构，其主要加工流程包括：进料开料检验拼装焊接除锈编号包装出厂。其中注意事项有：

1．材料必须有材质合格证书。

2．根据设计人员所计算的每种杆件的下料长度、杆件规格进行分类堆放，以便于下一步施工。

3．根据钢管的相贯尺寸，考虑壁厚和坡口的影响，利用自动切割机自动切割相贯线。

4．在焊接过程中，为了尽量减少节点处应力集中的不良影响，支管与主管的连接焊缝应全周连续焊接并平滑过渡，若主管出现对接焊缝时，营口应刨坡口以确保焊缝焊透。

5．由质检专业人员对焊缝进行超声波探伤检验，若发现有不合格的焊缝，应作记号，并及时通知焊工进行返工。

6．主桁架与次桁架要进行预拼，组成一个单元组，并且编号。

7．对构件表面进行干喷砂除锈处理，等级，刷二遍油性防锈底漆，再涂表面面漆。

（二）膜结构的加工制作

膜材的主要加工流程包括：进料检验膜材膜片下料、编号膜片编排放样膜片初粘驳接包装。由于膜材的裁剪、包装过程都较为复杂，各种角度变化较多，且加工精度要求非常高，所以在制作过程中要加强质量管理，保证制作精度。加工时的注意事项有：

1．膜材经检验后要运进已除尘的清洁车间。在下料区、编排放样区、驳接区及三个区的连接处铺上柔质的板胶，避免膜片直接接触地面，防止磨损或者弄脏膜材。进入车间的人员必须穿洁净的衣服，换上车间专用的柔软拖鞋或只穿袜子。

2．抽样取20组膜片和背贴条样品，采用60mm宽的驳接刀，确定4组不同的驳接温度、电流、压刀时间，驳接好后进行双向拉断试验，获取最佳受力和外观的驳接数据，填好确定的数据贴在驳接机上，膜片驳接按此表数据进行驳接。其中热熔合方案应根据排水方向和膜片连接节点确定。在正式热合加工前，要进行焊接试验，确保焊接处强度不低于母材强度。

3．膜片下料按顺序要经三道程序：读取裁剪设计的坐标，取点；复核坐标，划下料线；复检坐标，落刀下料。然后贴上编号标签，抬到放样区。

由于索膜结构通常均为空间曲面，裁剪就是用平面膜材表示空间曲面。这种用平面膜材拟合空间曲面的方法必然存在误差，所以裁剪人员在膜材裁剪加工过程中加入一些补救措施是相当必要的。对已裁剪的膜片要分别进行尺寸复测和编号，并详细纪录实测偏差值。裁剪作业过程中应尽量避免膜体折叠和弯曲，以免膜体产生弯曲和折叠损伤而使膜面褶皱，影响建筑美观。

4．在放样区，对已完成下料的膜单元的所有膜片进行放样，核对无误后划骑缝线。擦拭驳接缝的膜和背贴条时要用柔软的棉质布。

5．上驳接机时，背贴条设在膜的下底面，膜片与驳接刀对中后，压平压稳膜片，使膜片在高频驳接过程中不产生移动。　6．超重的膜单元，驳接时再细分，最后驳接缝用小型起

重车搬移膜块，折叠包装。在包装前，应根据膜体特性、施工方案等确定完善的包装方案。如聚四氟乙烯为涂层的是玻璃纤维为基层的膜材料可以以卷的方式包装，其中卷芯直径不得小于100mm；对于无法卷成筒的膜体可以在膜体内衬填软质填充物，然后折叠包装。包装完成后，在膜体外包装上标记包装内容、使用部位及膜体折叠与展开方向。

四、现场施工的关键技术

（一）钢结构的拼装与吊装

对于钢结构，可根据构件的长度、重量选用合适的车辆运输。注意在车辆上的支点要合理，捆扎要牢固，保证在运输过程中钢构件不产生变形，不损伤涂层。

钢结构运抵现场后，施工安装顺序一般为：分段拼装吊装安装其它构件拆临时支撑钢塔架。对于一些大型的钢桁架，吊装时可利用几台汽车式吊车，分别在场内、外把主桁架及主预应力索吊到作业面上，有支承段的放在砼柱旁，并在业面上设置若干个支座。然后根据厂内预拼装情况进行焊接，焊缝质量经检验合格后涂油漆，再进行吊装；斜柱拼装后，用临时备用索固定安装斜拉桁架索，通过顶升斜柱来拉紧斜拉索，并在索上安装可调法蓝调节斜拉索的松紧。由于钢结构安装误差的大小直接影响到结构内的预应力分布，严重者甚至还影响结构的安全性，所以在安装支承钢结构前，应按规范和设计要求对钢结构基础的顶面标高、轴线尺寸做严格的复测，并作复测纪录。

（二）膜结构的安装与张拉

在膜材运输过程中要尽量避免重压、弯折和损坏。同时在运输时也要充分考虑安装次序，尽量将膜体一次运送到位，避免膜体在场内的二次运输，减少膜体受损的机会。

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。

1．打开膜体前，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。打开包装前应核对包装上的标记，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，以防止刺穿膜材。

2．打开膜体后，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。

3．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。

4．未张紧的膜材在风载下容易鼓起造成破坏，所以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，施工时应尽量在无风情况下进行。该阶段的任务是使膜布张紧不再松弛以承受载荷,操作上特别要注意避免由于张拉不均造成膜面皱褶。预应力的大小由设计人员根据材料、形状和结构的使用荷载而定，要求其最低值不能使膜面在基本的荷载工况组合（风吸力或者雪荷载）下出现局部松弛，一般常见的膜结构预应力水平在1～4kn／m，施工中通过张拉定位索或顶升支撑杆实现。对伞形膜单元，一般先在底部周边张拉到位,然后升起支撑杆在膜面内形成预应力；马鞍形单元则要对角方向同步或依次调整，逐步加至设定值；而对于由一列平行桁架支撑的膜结构,惯常作法是当膜布在各拱架两侧初步固定的情况下，首先沿膜的纬线方向将膜布张拉到设计位置。在施工过程中应注意无论张拉是否能顺利到位,均不应轻易改变预先设定的张拉位置。若确定怀疑是设计问题，则应经结构工程师研究同意后方可作出修正。

总之，安装质量的总体要求是：膜面无渗漏，无明显褶皱，不得有积水；膜面颜色均匀，无明显污染串色；连接固定节点牢固，排列整齐；缝线无脱落；无超张拉；膜面无大面积拉毛蹭伤。

五、结语

膜结构篇7

关键词：膜结构建筑特点；应用；展望

中图分类号：TU2文献标识码： A

引言

随着膜结构技术的不断发展，相信越来越多的膜结构工程会出现在我们身边。解决其在设计和施工中遇到的问题也成为我们下一阶段研究的主要任务之一。

一、膜结构建筑特点

（一）艺术性:因为膜结构的结构形式与传统的结构形式有很大的区别,而其特点是膜面材料属于柔性,而且其材料的可塑性相当好,对于激发建筑师的想象力与设计灵感具有极大的作用,进而就可创作出艺术个性于一体的建筑物,同时养护自然环境它融合且彰显的效果。特别是其材料半透明性能,在灯光的找照射下，会出现梦幻般的霓虹景观。如此可以形成良好的广告效益。

（二）大跨度:膜结构本身不是很重，那么就不需要过多的竖向传力构件,其地基就不会过高,相比于传统结构良好的解决了大跨度建筑中地基处理处理难的因素,在建造大型的建筑空间上能够无限扩大,增加空间使用面积。

（三）经济性。因为膜结构其用到的高科技合成材料,属于机械化生产,因此成本就较低，比传统的建筑物的造价平均可缩减三分之二,其中大跨度的膜结构建筑,造价就更为低廉。同时其可依照需要设计与生产具备固定性的透光率膜材,运用其透光性的膜材,白天阳光可穿透膜材形成漫射光,那么室内可形成与室外相差无几的自然效果，进而缩减照明强度与时长,实现良好的节约能源的效果。

（四）闭工期短:膜结构建筑物均采用拼装工艺,其主要的建造材料(膜体、张拉索或骨架等)均在工厂内加工完成,每个建筑物只需在现场按图纸拼装而成,大大地简化了施工现场的各种工序,避免了施工交叉,缩短了现场施工时间。

二、膜结构的场地适应性设计策略

（一）膜结构的地域性设计策略

膜结构虽是一种新型材料与结构形式,但是可具备时代感的同时替下民族性与地域性。

现代膜结构技术是兴起于欧美,其形式与体系能够整合不同地区的文化，显著体现其国际性。例如利雅得皇家体育场则是由一系列沿圆周排列的尺度巨大的帐篷膜构成,每个独立支承的帐篷膜单元突出地表现了膜材受力的形式特征,而且与传统帐篷形式相差无几。简单而优雅的形式,清晰地体现其扩张力,在阳光照射下映出强烈的光影效果使人震撼。同为帐篷形式的膜结构作品,利雅得体育场相比较哈及机场更具备有民族性与地域性。

建筑的民族特征包含民族的伦理、宗教与审美情趣的影响,而且会受到地域自然环境的影响,自然环境的气候条件对膜结构建筑形式的影响是最显著的。由于每个气候特点不同，那么对膜结构体系的选择与形式的表现就会受到限制。一般在寒冷多雪的气候条件下,膜结构的外形是封闭型的,加之其需思考雪荷载的作用,膜结构的造型宜倾斜可有助于积雪的自然下落，对建筑造型影响缩减。然而在炎热少雨的气候条件下,建筑构造处理以遮阳和通风为主,形成以单个或群体的锥形曲面为主要形式特征的造型。在湿热多雨的气候条件下,建筑构造处理不但要考虑通风,更重要的是遮雨,建筑内部空间通透,造型轻盈舒展,出檐深远。膜结构以其极具适应气候的灵活性被运用到世界各地的各种功能建筑上。我国幅员辽阔,气候条件相差较多,深入研究膜结构建筑的民族性及地域性以及气候条件对形态设计的影响极具现实意义。

（二）自然环境型中的适应性设计策略

自然环境型中膜结构形态除了受到功能使用的约束以外,形态的设计灵感往往来自于自然环境或文化环境。在这种环境下,膜结构往往作为环境中的主导因素,具有活跃环境的作用。以港口为背景,桅杆和膜结构屋顶唤起了人们对那些古老的大型航海船只的记忆。夜晚,在古老港口的宽阔港湾内,这个现代化的膜结构犹如一个巨大的照明装置,具有象征和标志意义。

（三）城市环境型的适应性设计策略

传统城市环境都是限制于垂直相交的路网,其垂直的道路系统把基地都会分割成多个矩形模块。而基于这种基地环境中,因此建筑形式就是能运用矩形形式,而其形式是历史的演变形成于此,同时通过上千年的实践标明其形式对与人们的生活方式很适用。正交性其最为重要的特性是可极易的造就规则的城市结构,而其结构就是通过建筑形成多个不同的棋盘式结构。在需创建新的建筑时,垂直的方法具备城市结构是拥有扩展的可能性,同时建筑物间就具备紧密联系的效果。在城市中,会存在个性十足的建筑。这类建筑通常具备特殊性,与常规环境就要有不同的差异,而其差异是通常选用材料、色彩、形状与尺度等元素的综合实施得以获得差异性,而且能够运用特殊地理位置以体现其建筑重要性。因此把膜结构置于常规传统结构建筑环境中,因为这种新型结构展现出新的材料特性与区别于常规的建筑形态,进而其建筑在城市中对于着人们的视觉具有巨大的冲击力,其个性体现良好。

三、膜结构的应用及发展

（一）膜结构应用

现今的膜结构的设计方法较为多样化，但是还会存在一些问题是要处理与研究。例如膜建筑的隔振问题、内部环境问题、屋顶膜材的融雪问题、隔热问题等。同时需要把先进的计算理论和计算机融合并开发相应的软件。在设计过程中，建筑师与结构工程师同时参与并商定建筑物的外形，同时需实施必要的计算分析。而且，其设计建筑物的平面形状、立面要求、支点设置、材料类型与预应力大小都会形成互相制约的因素，一个完美的设计也就是上述矛盾统一的结果。因此，要保证结构的最终成形与设计相一致，除了在设计时更仔细之外，还应保证各部门配合更为协调一致外。

（二）膜结构发展前景

我国经济的不断发展，随之科学技术也不断提高，膜材料性能就会实现不断完善，有关的计算机制作软件也会得到完善，那么对于传统建筑观念的束缚就会，建筑外观美感的追求就会不断提升。现阶段的环保理念的提倡，膜结构本身具备良好自洁功能，优美的造型，绿色节能的特点就成为设计师建筑设计的首选，那么在未来的建筑设计腮红，膜结构在大型体育馆、展览会场、加油站甚至地标性建筑中的应用定会更加广泛。

建筑行业一直是一项能源消耗大、资源消耗多的行业，并且给环境带来了严重的污染，为了响应我国可持续发展政策，践行环境保护的基本原则，绿色建筑应运而生。绿色建筑源于建筑对于环境问题的响应，首先考虑到的就是如何节约能源，如何充分利用太阳能，太阳能建筑、节能建筑由此产生。随着可持续发展观念的引入和不断更新，绿色建筑不再仅仅只着眼于节能，还提出了更高层次的目标，要求节水、节地和节材，提高建筑的可持续性发展，最终实现生态建筑、节能环保建筑、可持续发展建筑。

绿色建筑已是当前世界建筑业发展的趋势，全面推行绿色建筑也是推动我国节能减排和保护环境的重大举措。在我国目前阶段，绿色建筑的发展还处于刚刚起步的阶段，势头并不强劲，也面临着诸多的问题，政府作为绿色建筑的主导推动者，必须要加大财政的投入，加强宣传和推广的力度，使绿色建筑在研发、设计、施工、验收、认证等多方面都有长足的发展。

结语

综上所述，膜结构在大型建筑上的大胆采用，其崭新的设计理念和魔幻般的造型带来了前所未有的视觉冲击和理念，毫无争议地赢得了建筑设计大奖。之后，膜结构的应用迅速发展，为建筑师们提供了传统建筑模式以外的新选择。

参考文献：

[1]高蓉蓉.张拉膜结构技术下建筑形态的生成[D].合肥工业大学,2013.

膜结构篇8

关键字：桁架钢结构 膜结构 质量控制

Abstract: The development of modern spatial structure in China by Western countries, the impact of advanced technology. In recent years, application of membrane structure shows the active trend. In this paper, Pingdingshan Shenma Construction Engineering Group Zhumadian City Suiping Investment in the construction of the stands of the Olympic Square steel membrane structure according to the author's experience in construction and practice, several large-span steel membrane structures and cable-membrane structure construction quality control aspects of some discussion.

Keywords: truss, steel structure, membrane structure, quality control

中图分类号： O213.1 文献标识码： A 文章编号：

钢模结构背面钢模结构正面

一、膜结构简介

膜结构是建筑结构中最新发展起来的一种形式，它以性能优良的织物为材料，或是向膜内充气，有空气压力支撑膜面或是利用柔性钢索或刚性支撑结构将面绷紧，从而形成具有一定刚度、能够覆盖大跨度钢结构和索膜结构作为大型公共建筑的主要受力部分和新型屋面系统，其质量直接影响到建筑物的安全和使用功能。

二、膜结构的发展前景

从多年国内外实践经验来看，膜结构具有强大的生命力，必将是21世纪建筑结构发展的主流。预计最能发挥膜结构优势的应用领域有：

1、需要自然采光的公共建筑，如体育馆、训练房、展览厅等，膜材的通透性能很好地解决采光问题，又可节约能源，并给人以一种处于大自然环境中的感觉。

2、轻而美观的膜结构用于敞开或半敞开建筑物的遮蔽屋盖尤为适宜。近年来在足球、田径等比赛的体育场中，越来越多的看台挑棚采用膜结构。

3、各种类型的生产厂房与仓库，其尺寸都比较规则，因而可以用膜结构并加以定型化、商品化。这种材料的建筑有运输、拆装方便的优点，对于紧急救灾或灾后重建也十分有用。

4、在改造原有建筑物时，膜结构的自重轻是很大的优点，可以用来代替传统的屋盖。它也可用来连接毗邻的房屋，例如在商场、广场、校园中，这将有效地扩大其建筑空间。

三、膜结构的质量控制方法

1、对桁架钢构件制作质量的控制

（1）对于钢构件制作的胎架划线和搭设尺寸、钢构件拼装时的基准线和定位方式等要进行严格检查控制。

（2）钢构件拼装检查应在制作焊接完成后自由状态下进行。应按每榀构件拼装胎架中每一支点的三维空间位置验收结构尺寸。

2、钢结构焊接

（1）对于施工单位首次焊接的钢种，一定要进行焊接工艺评定，并制定相应的焊接工艺。

（2）监理单位一定要抓住对焊工合格证的检查。检查内容应包括：母材及焊材种类、焊接位置、焊工合格证的有效期。

（3）严格把住接头装配质量关。接头的装配质量包括：坡口质量，根部间隙，对口错边量等几个方面

（4）当焊接表面潮湿、有油污，焊接环境温度过大或焊接部位受风、雨、雪直接侵袭时，都无法保证焊出高质量的焊缝，特别是焊低氢焊条时更容易出现问题，施工单位应在工艺方案及对焊工进行施工交底时明确。

（5）焊接过程中为减少焊接应力，防止产生焊接裂纹，应严格按照标准规定要求对焊接部位进行预热，在整个焊接过程中应随时加热以保证焊缝道间温度并一次焊完一条焊缝，在焊接完成后应及时按标准要求进行后热。

（6）对设计及国家规范要求探伤的焊缝，应对每条焊缝按比例要求进行无损探伤。检验位置及长度由质检人员指定并书面通知NDT人员。检验后NDT人员应出具探伤报告，探伤报告应标明探伤的具体部位。焊缝完成后质检人员及时按设计和GB50205等标准要求进行外观检查和无损检验，不合格部分及时通知焊工返修(返修焊缝工艺也必须是评定合格的)。

3、钢结构安装质量控制

（1）安装前，施工单位应对构件的产品合格证、设计文件与预拼装记录进行检查，并复验记录构件的尺寸。钢结构的变形、缺陷超出允许偏差时，应进行处理。钢结构安装前，应编制详细的测量和矫正工艺，厚钢板的焊接应在焊接安装前进行模拟产品结构的工艺试验，编制相应的施工工艺。对拼装好的屋架应预设一定的起拱度。

（2）钢结构吊装就位后，应对构件定位轴线、标高等设计要求控制点进行测量做好标记，对吊装对接接头质量进行焊前检查。安装好临时支撑及钢拉索以使钢屋架在施工过程中安全稳定

（3）钢结构安装时，施工单位应提交每榀构件吊装后的标高尺寸、焊接、涂装等分别向监理单位提交验收。

4、高强螺栓施工质量控制

（1）对于通过高强螺栓进行连接的钢结构，制作时必须首先注意高强螺栓摩擦面的加工质量及安装前的保护，并应按标准要求对每两千吨、每种规格、每种加工工艺的高强螺栓摩擦面进行抗滑移系数试验。（2）钢构件角度偏差将严重影响构件组装时的高强螺栓穿孔率。构件的扭曲会影响连接面间的间隙。因此在钢结构制作时应准备一定的胎架模具以控制其变形，并在构件运输时采取切实可行的固定措施以保证其尺寸稳定性。

（3）钢结构安装单位在安装高强螺栓摩擦面前，必须将摩擦面保护好，防止污染、锈蚀。并在安装前进行高强螺栓摩擦面的抗滑移系数试验、检查高强螺栓出厂证明、批号，对不同批号的高强螺栓定期抽做轴力试验。

（4）对高强螺栓安装工艺、包括操作顺序、安装方法、紧固顺序、初拧、终拧进行严格控制检查，拧螺栓的扭力扳手应进行标定等。

5、钢结构的涂装工程：

（1）表面预处理的清洁度和粗糙度、涂装环境温度和湿度、两次涂装的时间间隔、涂层的厚度等。其中清洁度和粗糙度可按照标准图谱进行检查，涂层的厚度通过测厚仪测得。

膜结构篇9

节水技术的突破难题

整体上来看，目前各净水品牌在节水工艺上做了很多尝试和工作，但核心在于对反渗透膜的改造上，如果对膜做出结构性的改变从而实现节水，但过滤精度也随之降低，这是很多用户关心的问题。

安吉尔副总裁沈钧强调，由于在膜的应用上国内的使用需求和国外存在较大差异，基本上国外反渗透膜的应用依然隶属工业范畴，而国内反渗透膜多用于纯水机上，隶属家用范畴。其主要作用在于滤除水中的重金属和有机物的污染，对反渗透膜的排水需求并不大。在安吉尔监测的水质报告中，绝大部分的城市自来水中重金属并不超标，只有在极少数地区或者在突发事件中才存在重金属含量超标情况。

针对报告结果，沈总说目前市场上纯水机的过滤精度实际过高。客观来看，高达99.9%的过滤精度过去在化工厂和生产半导体的工厂作为冲刷集成电路板之用，但作为饮用水其实可以不必要过高的过滤精度。如果反渗透膜浓水的排除率降低至70%左右，一方面能够去除水中有害物质，另一方面保证人们饮用水的安全，找到二者之间的平衡，不失为一种解决办法。

实际上，这也涉及到产品标准问题，目前净水市场也一直存在“纯净水和矿泉水”之争。仁者见仁、智者见智，但是如何平衡市场对产品的高要求和节水方面的矛盾，才是生产制造厂家关注的焦点。

事实上，由于没有自主研发的技术，反渗透膜技术依然需要完全依靠从美国、日本等国进口，而国外对反渗透技术的研发依然停留在工业用途上，家用技术并没有投入研发和改进，国内一般的净水企业面对庞大的研发投入也显得无能为力，造成了缺乏解决浓水问题的根本措施和方法，同时也造成了国内目前的节水方法存在局限。

目前市场上常见的节水方法

在反渗透膜依然是国内家用市场主流技术的情况下，实际上绝大多数净水企业围绕产品结构、配置和使用习惯上进行废水比的降低。目前，市场上常见的几种节水方法有：

第一，通过增加储水箱进行节水。目前，绝大多数厂家采取此法。实际上，2009年在深圳就有净水公司在尝试试图通过管路改造从而实现节水。通过压力罐回收浓水，供用户做其他之用。

第二，通过电路控制部分进行改变，配合水质调节，从而实现节水。安吉尔推出的脉冲节水技术是一种代表，减少浓水量，使比例达到1：1的效果，这也是一种方法。

第三，回收使用。通过对浓水进行回收，再通过RO膜过滤之后重新使用。对于此种方法国外应用已经成熟，国内一些品牌的净饮产品也有采用。如安吉尔2014年推出的一款新品净饮机即采用此种方法。

第四，双出水方式。2014年，很多净水品牌均重点推出“纯水+净水”双出水产品。为了增加使用效率，降低废水比率，双出水产品在原有的反渗透膜基础上增加超滤膜的应用，用户根据不同的需求选择水质，或纯水、或净水，避免单一纯水所产生大量的浓水，从总体上有效降低浓水的排放。这种根据用途进行的产品结构改造是今年的热门。三泰集团技术总监罗总介绍，三泰今年推出的双出水产品除了采用反渗透膜和超滤膜之外，与单出水最大的不同在于活性炭的应用上，三泰采取的活性炭纤维技术，在保证过滤精度的同时保持产品较高的耐用性。

第五，采用纳滤膜。目前，国内一些净水品牌也在推广纳滤产品，例如三达的纳滤采取陶瓷芯、物理过滤。碧水源的超低压纳滤D系列产品，通过在工艺上设置节水调节阀，将废水比设置几个固定值，根据各地区水质检测情况，用水需求情况等，用户可以手动调节制定浓水回收率，从而实现节水。

改变膜性能是根本的解决之道

通过改变膜本身的结构最大程度上实现节水，这可以说是节水技术的根本。

目前，国内有些膜生产厂家已经引进国外设备，通过新的工艺进行反渗透膜的生产制作，推出更适合国内使用情况的反渗透膜。例如国内企业碧水源以及美国陶氏。过去，中国家用净水市场并没有引起陶氏的重视，但随着市场爆发式的增长，陶氏也开始关注国内家用市场，加之国内净水企业的要求，在膜生产工艺和节水问题的改进改善上陶氏也将会出台新的措施。

膜结构篇10

Abstract: This article elaborates a membrane structure engineering construction progress, and analyzes and studies the feasibility of membrane structure engineering in construction organization and construction technology, at last, puts forward the optimized construction technology and measures of a membrane structure engineering construction.

关键词： 膜结构；安装施工；可行性研究

Key words: membrane structure；installation construction；feasibility study

中图分类号：TU74 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2012）21-0127-02

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。

参考文献：

[1]王海明.ETFE膜结构主要形式及ETFE工程难点[J].世界建筑,2009,(10):105-109.

[2]黄建鹰.浅谈骨架支承式膜结构工程的质量控制[J].福建建筑,2007,110(8):70-72.

[3]柳晓博,陈昆,孙景芳.浅论21世纪的大跨度索膜结构[J].四川建筑,2009,(2):160-161.