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摘要：现阶段，在大跨度场馆建筑中，张拉索膜结构因为具有承重效果好、节能环保、外形美观等一系列特点，有着较为广泛的使用。因此，研究张拉索膜结构设计与施工具有重要意义。下面笔者就对此展开探讨。

关键词：张拉索膜;结构设计;施工;

1 工程概况

背景工程位于开发区，是开发区标志性建筑，为承接国际性大型展会做准备，是目前最大的展览中心。该工程由2座办公楼、2个大型展厅和登录大厅5部分组成。登录大厅的上部为钢结构金属屋面，吊顶是骨架支撑式膜结构，钢结构屋面顶标高为41.2 m，钢结构底标高29.6 m。膜结构的钢龙骨质量约700 t，膜结构由约16750.5 m2 PTFE外膜和约11572.2 m2 内膜2部分构成，均为反装膜结构，为国内面积最大的反装膜结构工程。

2 张拉索膜结构设计要点

2.1 膜结构设计

设计膜结构的第一步是根据工程设计方案确定其形状。在设计时，以实用性为基础，通过受力分析设计出满足力学平衡的空间曲面，在此基础上还要兼顾外形，追求艺术性和观赏性。设计师综合运用几何分析法、计算机模型法等，确定膜结构的初始几何形状，然后运用动力松弛法、杆长修正法等，分析该形状下膜结构的预应力分布情况，避免某点应力过于集中而导致膜结构变形、褶皱等问题。完成上述两步设计后，基本上得到了符合建筑要求的膜结构框架，最后进行荷载态分析，设计师通过模拟荷载的情况，观察膜结构的抗破坏能力，例如在仿真环境下模拟风荷载、雪荷载等，观察膜材稳定性，为下一步膜结构施工提供参考。

2.2 抗拔锚固设计

抗拔锚固设计也是张拉索膜结构工程的重要部分。根据作用形式的不同，可供选择的锚固体系也有多种类型，设计方案也不尽相同。比较常用的是阻力锚固体系，具体又分为适用于浅层地面和深层地面的两种类型，前者没有剪切应力，后者存在垂直方向上的剪切应力。除此之外，还有抗拔桩锚固体系、锚杆锚固体系以及岩石锚固体系等类型，每一种体系使用到的构件、适用的环境，以及其受力形式等均存在较大差异。在设计阶段，应结合工程所在地区的地质条件和施工需要加以确定。

3  工艺流程

单元龙骨吊装工艺流程为：场地平整、设置支撑→拼装单元龙骨→焊接吊点→设置卷扬机→设置滑轮组→吊装单元龙骨→单元龙骨安装固定。单元膜面吊装工艺流程为：手拉葫芦及膜搁置支架安装→膜就位于展开位置→将膜对应着龙骨四角展开→布置膜上防风绳→设置铝型材和张拉螺栓→用卡具夹紧铝型材→膜面高空吊装→膜周边临时固定→膜周边固定→多次张拉调整。

4  操作要点

4.1 测量控制单元

龙骨拼装测量：通过三维模型转换地面拼装坐标，每片拼装前调整标高，核实无误后进行拼装，确保拼装的精度;设置多个测量控制点，且控制点宜设置在主体结构以外，防止主体结构沉降徐变等对测量精度产生影响;根据设计要求，每块独立膜单元在钢龙骨现场拼装完成后，都要测量，并将整理好的实际模型提供给公司设计师，按照实际测量设计数据设计膜材。标高控制测量：为了保证钢结构现场拼装及吊装的要求，标高控制网使用土建提供的高程控制网的基准点，在安装区域每隔10 m布置一个基准点，形成一个闭合的网状水准线路，每次使用前都要对其标高复测检查，以提高测量的精度。标高控制网设在±0 m顶板上，并保证在钢结构安装期间相互可以通视。

4.2 单元龙骨吊装

4.2.1 单元钢龙骨拼装

首先，将单元龙骨在地面进行拼装，拼装时借助钢支撑进行定位。设置支撑前需要先平整场地，测放杆件连接的节点位置。支撑之间要采取钢构件进行固定，防止出现变形。之后，按照主龙骨、中间龙骨、吊点处临时支撑、吊点的顺序依次焊接单元龙骨，注意临时支撑仅在吊点钢梁处设置。需要注意的是，拼装时应设置监测点，为保证测量精度，对关键部位要提高精度，拼装结束后，要对拼装体的几何尺寸进行验收测量，为吊装提供依据。

4.2.2  单元龙骨吊装施工

1）内膜龙骨单元的吊装（图1）：滑轮①与事先预埋好的地锚相连，滑轮②、③与原钢结构上焊接的吊耳（吊耳位置通过测量放样后焊接）相连。为了吊装方便，将滑轮③和滑轮④组成简易滑轮组。龙骨单元在地面拼装后，在预先计算好的吊点位置焊接吊耳。用钢丝绳连接龙骨单元上的吊耳和滑轮④，通过同时启动2台卷扬机来提升小拼单元的高度。2）外膜东、西两侧龙骨单元的吊装：滑轮①与预先预埋好的地锚相连，滑轮②、③、④、⑤与原钢结构上焊接的吊耳（吊耳位置通过测量放样后焊接）相连。为了吊装方便，将滑轮⑤和滑轮⑥组成简易滑轮组。龙骨单元拼装完成后在预先计算好的吊点位置焊接吊耳。用钢丝绳连接龙骨单元上的吊耳和滑轮⑥，通过启动2台卷扬机来提升小拼单元的高度。

4.3 膜面张拉施工

4.3.1  膜面吊装

膜面展开：首先找出钢龙骨的中心位置，膜布直接运输到单元钢龙骨下方进行展开，展开方向应与单元钢龙骨同方向，减少二次搬运。展开后，膜面边界四周穿上铝型材，并按照龙骨边界处螺栓孔数量，在铝型材上设置张拉螺杆，后在膜的适当位置安装工装夹板。膜单元吊装就位：用卷扬机将膜吊到龙骨对应位置，与已经挂好的手拉葫芦固定。通过大绳牵引膜面，膜面吊至安装位置，两侧工人用绳索拉紧夹具，抖动膜面，辅助膜面的牵引。

4.3.2 膜面的固定

首先进行临时固定，本工程膜结构形式为骨架支撑式膜结构，膜面直接固定在钢龙骨上，膜单元吊装基本就位后，用事先布置好的手拉葫芦、专用夹具和边界螺栓将膜边临时固定在龙骨上。之后，膜面安装固定的过程也是张拉的过程，通过手拉葫芦和边界螺栓进行膜边固定、张拉，在初始阶段张拉时位移较大，主要采用手拉葫芦进行张拉，张拉后期位移较小，采用螺杆或紧线器张拉调整，就位后将拉杆与钢龙骨之间的螺栓固定好，确保膜材张力之后，将手拉葫芦卸载，膜面张拉、固定完成。

4.3.3 膜面张拉工艺

本工程使用的是新型PTFE膜材，这种膜材有较好的焊接性能，有优良的抗紫外线、抗老化和阻燃性能。另外，其防污自洁性是所有建筑膜材中最好的，但柔韧性差，施工较困难。针对此问题，项目技术人员决定采取多次张拉成形，从位移和拉力两方面对膜面张拉过程进行控制的施工工艺，防止造成破坏。本项目的膜结构经纬方向一般均匀张拉3次才完成，经建模计算，第1次张拉设计值为膜边距钢龙骨10 cm，第2次张拉设计值为膜边距钢龙骨约8 cm，第3次张拉设计值为膜边距钢龙骨5 cm，同时通过紧线器对膜面周边进行拉力检测，防止将膜面拉裂。在正常天气情况下第1次张拉与第2次张拉间隔30～60 min，持续一段时间（约2 h）膜面应力基本平衡后，再进行第3次张拉并固定膜面。张拉过程中时刻对膜边张拉位置和横向、纵向热合线的尺寸进行测量，同时与设计理论尺寸进行比较，以判定膜张力，通过每次张拉位移控制保证膜单元受力均匀，避免张力不足或超张拉。

结束语

综上，在现有的各类规范及标准中，鲜有对膜面张拉的相关介绍和对应的质量标准，反装膜结构的施工要点更是未见提及，且膜面张拉完成后如何对其进行验收，如何判别质量缺陷，也未寻得好的方法。希望业界同人日后对此开展进一步的研究，并形成相关的规范。相信本文中对膜结构张拉工艺的介绍，可为类似的膜结构施工提供帮助，促进新型绿色膜材的推广和应用。

参考文献

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