基本介紹
- 公司名稱:深圳市港築膜結構公司
- 總部地點:深圳市
- 經營範圍:從事膜結構、張拉膜、索膜結構工程
- 員工數:十餘人
公司架構,公司特色,公司的宗旨,公司理念,適用範圍,膜結構介紹,膜結構設計,膜結構施工,施工步驟,維護保養,
公司架構
公司分為市場部 技術開發了 工程部 質量控制部 財務部 加工基地。並設有駐外地辦事處;核心員工十餘人,已組成一批經驗豐富的設計監管隊伍和獨立的施工管理隊伍。
公司特色
資深膜結構設計建設企業
港築國際集團是專業從事膜結構設計與建設的大型企業,具有多年的大型空間結構設計與建設經驗,已承 建數十個10000平米以上的大型膜結構工程,
世界先進的膜結構專業技術
港築國際集團擁有用先進的膜結構專業軟體:德國easy軟體及義大利staandpro軟體,從結構設計到膜材製作設備都具有世界先進水平,從而確保公司的長期成功。
高素質的膜結構專業團隊
港築國際集團擁有眾多從事膜結構建築的高素質專業工程技術人才,我們的專業膜結構建造師、膜結構方案規劃設計師、結構工程師擁有豐富的大型空間統文化膜結構設計經驗,設計風格新穎獨特,既有異國風情之長,又具有中國傳統之細,根據不同用途、風格、環境設計建造不同造型的膜結構建築,每一項膜結構建築都是一道靚麗的風景線
專業完善的膜結構質保體系
深圳港築公司為香港港築集團成員,擁有先進的膜結構技術與膜材加工生產專用設備,年加工能力為60萬平方米,同時擁有高精度的鋼結構製作人才與設備,各專業技工持證上崗確保了工程質量達到優良水平
高品質的膜結構施工技術
經過近多年數以百計的工程錘鍊,港築的設計師、工程師、施工技術人員,每天都在完成各類膜結構工程設計與施工,積累了豐富而成熟的施工經驗,我們有能力和技術完成各項膜結構工程的設計、製作、安裝、與維護。具有中國鋼結構協會空間分會會員,膜結構專業設計與施工資質企業
優質完善的售後服務保障
港築國際經過多年的工程建設錘鍊,我們的設計師、建築師、施工工程師積累了豐富的膜結構建築經驗,可為全國各地的業主提供全方位的專業服務,作為膜結構建築行業重要的一員,我們具有強烈的責任感,這種責任感是我們強有力的精神支柱,確保我們的團隊長期成功公司的宗旨
公司的宗旨
為中國建造最美麗的膜結構建築
公司理念
誠信第一、質量第一、價格最優、不斷創新!
適用範圍
膜結構是隨著現代科學技術發展起來的全新建築技術表現形式,是材料科學、建築學、結構力學以及現代環境學高速發展的綜合產物。20世紀60年代隨著現代柔性建築材料的發展,建築師們從帳篷著一最古老的簡單建築結構出發,構造出了魔幻般的形式——膜結構。它可以構成單曲面,多曲面等不同建築結構形式,滿足了建築師們對建築與美學高度統一的要求。
柔性材料具有透光和防紫外線功能,在一些室外建築和環境小品中得到廣泛 的套用。正是由於這一特徵,夜間的燈光設計使膜結構具有鮮明的環境標誌特徵。優美造型的膜材,不鏽鋼配件和緊固件加上設計輕巧合理,表面處理嚴格的鋼結構支撐,塑造出形式美觀,設計合理的膜結構,在當今世界範圍內的建築環境設計中占有舉足輕重的地位。
1.娛樂空間
近年來,隨著建築空間觀念的日益深化以及科學手段的不斷提高,“回歸自然”、“沐浴自然之溫馨”已是現代建築環境學發展的主流。室內外的視線越來越模糊,出現了許多亦內亦外、相互滲透的不定空間,如:天井、四季廳、動植物園、體育、文化娛樂場所等。由於膜材的光透性,白天陽光可以透過膜材形成慢射光,使室內達到和室外幾乎一樣的自然效果,因此膜結構能創造出與自然環境相媲美的空間形式。
2.標誌性小品
一個城市的中心區反映一個城市的地理風貌和民族風情,同時,也是一個城市文化發展程度的標誌。而景觀設計要求其具有廣泛的可讀性、雅俗共賞,既有超凡脫俗的藝術價值,又能使大眾喜聞樂見與大眾息息相通。膜結構以其鮮明的個性和標識性,套用於城市小品設計中。
3.綠色漫步道
近年來,在人口密集的大城市,在居住區周邊配置綠色空間並有人行步道。居民可以在不受車輛的影響下,在居住區附近的街心地帶輕鬆愉快地散步、休憩,而感到十分愜意。在綠色空間中構造一座膜小品,即生動的美化了環境——如同廣闊綠洲中的點點白帆,又有很強的功能性——人們可以在行走之暇小憩一會兒。
4.商業街
商業街在城市中占有相當大的比重。商業街的建築與環境是城市文明的視窗,代表著物質文明和精神文明的水平,同時,也是景觀環境的重要組成部分。膜結構輕巧別致極具現代化風格,且易於安裝移動,在商業街設計中得以廣泛套用
5.建築入口
建築入口使城市公共空間與建築空間相鄰的界面,成為城市空間的組成部分。它是人們視覺最先接觸的部分,因此,除了功能以外,還應有很強的標識性,並能體現建築的個性,是建築環境和城市景觀的重要組成部分。由於膜結構獨特的造型是其他結構類型無法比擬的,故成為近來建築入口經常採用的形式。
6.步行街
利用膜結構輕巧,別致的造型建造各種半封閉,全封閉的不行空間,使其形成全天候的建築空間,提供防風雨,防日曬等人工環境,並有較好的標識招攬效果,因此是步行街改造和新建的絕佳選擇。
7.停車場
停車場隨著都市現代化步伐的加快,汽車成為任何一個都市不可缺少的交通工具。我國由於汽車工業高速發展,城市的汽車擁有量成倍上升,但城市建設規劃沒能儘快適應這一發展的要求,常常是車無停放之地。所以在建設群規劃時就應充分考慮停車場的問題,把停車場的建設和規劃當成現代城市建設規劃的重要組成部分,變得越來越重要。同樣,膜結構在停車場建設中也擔當重要角色! 膜結構車棚以新穎,耐用,自潔,20年不變色而在現在中國各大城市得到大規模的推廣!我國由於汽車工業高速發展,城市的汽車擁有量成倍上升,但城市建設規劃沒能儘快適應這一發展的要求,常常是車無停放之地。膜結構車棚可以解決城市停車難的大問題,所以膜結構車棚以新穎,耐用,自潔,20年不變色而在現在中國各大城市得到大規模的推廣!
8其他適用範圍:
體育設施:體育場、體育館、健身中心、游泳館、網球館、訓練中心、高爾夫球場等。
商業設施:商場、購物中心、酒店、餐廳、商業街等。
文化設施:展覽中心、劇院、會議廳、博物館、植物園、水族館、表演中心、旅遊區、度假山莊、舞台、音樂廣場等。
交通設施:機場、火車站、公車站、收費站、碼頭、加油站、停車場等。
工業設施:工廠、倉庫、科研中心、外理中心、溫室、物流中心、大型停車棚。
景觀設施:建築入口、標誌小品、步行街、房地產公司、小區花園等
膜結構介紹
膜結構(MembraneStructure),也即張拉膜結構(TesionedMembraneStructure),是依靠膜材自身的張拉力和特殊的幾何形狀而構成的穩定的承力體系。膜材只能承受拉力而不能受壓和彎曲,其曲面穩定性是依靠互反向的曲率來保障,因此需製作成凹凸的空間曲面,故習慣上又稱空間膜結構。
古老的膜結構在公元前幾千年就已經出現,最早是由天然枝條和獸皮搭成的帳篷(Pavilion),然後發展到由鐵木和帆布製作成各種各樣的形狀。但是,從歐洲古羅馬帝國、中國漢朝時代到十九世紀末,膜結構幾乎處於一個停滯發展的階段。直到第二次工業革命,化學工業和工程力學迅速發展,高分子合成材料技術得到大力改進,膜材料擺脫茹毛飲血的狀況,現代膜結構才開始蓬勃發展。另外,兩次世界大戰也加快了膜結構的發展。
1917年美國蘭徹斯特建議利用新發明的電力鼓風機將膜布吹脹,作野戰醫院,但沒有真正成為使用的產品。1946年,一位名為貝爾德的人為美國軍方做了一個直徑15m圓形充氣的雷達罩,由此而衍生出了新的膜結構工業產業。最受人注目的是1967年FreiOtto設計的加拿大蒙特婁博覽會上的西德館,其以輕質透明有機織片作為頂部結構,開了膜結構商業化的先河。1970年日本大阪萬國博覽會上一座氣承式膜結構的擬橢圓形美國館(尺寸140×83.5m),首次採用了聚氯乙烯(PVC)塗層的玻璃纖維織物,這是世界上第一個大跨度的膜結構。以後,膜結構象雨後春筍,迅速發展。
膜結構是隨著現代科學技術發展起來的全新建築技術表現形式,是材料科學、建築學、結構力學以及現代環境學高速發展的綜合產物。20世紀60年代隨著現代柔性建築材料的發展,建築師們從帳篷著一最古老的
簡單建築結構出發,構造出了魔幻般的形式——膜結構。它可以構成單曲面,多曲面等不同建築結構形式,滿足了建築師們對建築與美學高度統一的要求。柔性材料具有透光和防紫外線功能,在一些室外建築和環境小品中得到廣泛的套用。正是由於這一特徵,夜間的燈光設計使膜結構具有鮮明的環境標誌特徵。優美造型的膜材,不鏽鋼配件和緊固件加上設計輕巧合理,表面處理嚴格的鋼結構支撐,塑造出形式美觀,設計合理的膜結構,在當今世界範圍內的建築環境設計中占有舉足輕重的地位。
膜結構設計
膜材料的組成和分類
通俗地講,膜材就是氟塑膠表面塗層與織物布基按照特定的工藝粘合在一起的薄膜材料。常用的氟素材料塗層有PTFE(聚四氟乙烯)、PVDF(聚偏氟乙烯)、PVC(聚氯乙烯)等。織物布基主要用聚酯長絲(滌綸PES)和玻璃纖維有兩種。
膜材的粘合就是將塗層與基材合二為一組成整體。建築結構所用的膜材大多是以壓延成型和塗刮成型的。所謂壓延成型,就是將選定的軟PVC經塑煉後投入壓延機,按照所需厚度、寬度壓延成膜,立即與布基粘合,再經過軋花、冷卻即可製得壓延膜材。而塗刮成型,則是將聚氯乙烯糊均勻地塗或刮在布基上,再加熱處理即可獲得塗刮膜材,普遍的是採用刮刀直接塗刮,也有採用輥式塗刮的。
根據表面塗層(Coating)和織物基材(Layer)不同,膜材料分為三大類:
(1)A類膜材是玻璃纖維布基上敷聚四氟乙烯樹脂(PTFE),這種膜材的化學性能極其穩定,露天使用壽命達25年以上,為不燃材料(通過A級防火測試)。
(2)B類膜材料是玻璃纖維布基上敷矽酮塗層,由於膜材自身性能欠佳,現在基本不再使用。
(3)C類型膜材料是聚酯長絲布基上塗聚氯乙烯樹脂(PVC),這種膜材受自然條件如日曬雨淋等影響較大,一般使用壽命為10年至15年,是難燃材料(通過B1級防火測試)。
膜作為繼木材、磚石、金屬、混凝土之後的第五代建築結構材料,具有顯著的自身特性。第一代木材和第三代鋼材拉壓性能均良好,第二代磚石和第四代混凝土則只具備良好的抗壓能力,作為第五代的膜材料則只能受拉,沒有承壓和抗彎曲能力,這是膜的最本質的特徵。具體地講,膜材的主要特徵如下:
(1)拉伸性能
膜材的拉伸性能包括拉伸強度(TensionnStrength)、拉伸模量(ModulusofElasticity)和泊松比(Poisson‘sRatio)三個力學指標。膜材本身不能受壓也不能抗彎,但具有很高的拉伸強度,所以要使膜結構正常工作就必須引入預拉力、並形成互反曲面。通常膜材料的拉伸強度都可達100MPa以上。
模材應力-應變關係是非線性的,一般採用切線模量作為彈性模量,膜材的彈性膜量約為鋼的1/3左右。膜材的泊松比,即橫向變形特徵,約為0.2左右。由於膜是雙向受力結構,設計時必須以膜材的雙軸拉伸實驗確定膜的彈性膜量及泊松比。
(2)撕裂強度
膜材是張拉結構材料,其撕裂破壞比受拉破壞要嚴重很多,所以撕裂強度和抗撕裂性能非常重要。PVC塗覆聚酯長絲織物具有中等的撕裂強度,PTFE塗覆玻璃纖維的材料具有較高的撕裂強度。
(3)正交異向性
張拉膜結構曲面需要經向和緯向兩個主軸方向反向曲率來保證,一個方向的曲率向下凹,另一個方向必須向上凸。傳統膜材基材是由經﹑緯向紗線編織而成,因而呈現很強的正交異性性能,經緯向變形能力相差達3-5倍之多。
(4)蠕變和鬆弛
蠕變和鬆弛是膜材的另一個重要特性,也是膜起皺和失效的重要原因,在裁剪分析和加工時需要考慮這個因素。聚酯長絲織物在使用的頭十年里就會因為蠕變喪失50%的預張拉力,相反,玻璃纖維織物要穩定很多。
(5)非力學性質:安全方面的性質,如耐久性、防火性能、防雷性能等;非安全方面性質,如隔音或音響性能、自潔性能等等。
由於膜結構的造型要求和膜材自身特性的原因,膜結構設計與其它結構有很大的不同。膜結構設計包括形狀確定(“找形”,FormFinding)、荷載分析(LoadingCaseAnalysis)和裁剪分析(CuttingPattern)等三方面內容,下面分別論述。
膜結構的形狀確定
膜結構的形狀確定問題就是確定初始狀態的問題,在許多專著上被稱為“找形”(FormFinding)。膜結構的形狀確定問題有兩種類型:
(1)給定預應力分布的形狀確定問題:預先假定膜結構中應力的分布情況,在根據受力合理或經濟原則進行分析計算,以得到膜的初始幾何狀態。
(2)給定幾何邊界條件的形狀確定問題:預先確定膜結構的幾何邊界條件,然後計算分析預應力分布和空間形狀。
肥皂泡就是最合理的自然找形的膜結構。最初的找形正是通過皂膜比擬來進行,後來發展到用其他彈性材料做模型,通過測量模型的空間坐標來確定形狀,對於簡單的外形也可以用幾何分析法來確定,膜結構找形技術的真正發展來自計算機有限元分析方法的發展。為了尋求膜結構的合理的幾何外形,需要通過計算機的多次疊代才能得到。
常用的計算機找形方法有:力密度法、動力鬆弛法、有限元法。
1.力密度法
索網結構中拉力與索長度的比值定義為力密度(ForceDensity)。力密度法(ForceDensityMethod)是由Linkwitz及Schek提出來的,原先只是用於索網結構的找形,將膜離散為等代索網,後來,該方法被用於膜結構的找形。把等代為索的膜結構看成是由索段通過結點相連而成,通過指定索段的力密度,建立並求解結點的平衡方程,可得各自由結點的坐標。
不同的力密度值,對應不同的外形。當外形符合要求時,由相應的力密度即可求得相應的預應力分布值。力密度法也可以用於求解最小曲面,最小曲面時膜內應力處處相等,肥皂膜就是最好的最小曲面的例子。實際上的最小曲面無法用計算機數值計算方法得到,所以工程上常採用指定誤差來得到可接受的較小曲面。
力密度法的優點是只需求解線性方程組,其精度一般能滿足工程要求。用力密度法找形的軟體有德國EASY(EasyForm)、義大利Forten32、新加坡WinFabric等。
2.動力鬆弛法
動力鬆弛法(DynamicRelaxationMethod)是一種專門求解非線性系統平衡狀態的數值方法,他可以從任意假定的不平衡狀態開始疊代得到平衡狀態,最早將這種方法用於索網結構的是Day和Bunce,而Barnes則成功地套用於膜結構的找形。
力密度法只是從空間上將膜離散化,而動力鬆弛法從空間和時間兩方面將膜結構體系離散化。空間上的離散化是將結構體系離散為單元和結點,並假定其質量集中於結點上。時間上的離散化,是針對結點的振動過程而言的。初始狀態的結點在激振力作用下開始振動,這時跟蹤體系的動能;當體系的動能達到極值時,將結點速度設定為零,跟蹤過程重新開始,直到不平衡力為極小,達到新的平衡為止。
動力鬆弛法最大特點是疊代過程中不需要形成剛度矩陣,節約了剛度矩陣的形成和分解時間,並可在計算過程中修改結構的拓撲和邊界條件,該方法用於求解給定邊界條件下的平衡曲面。其缺點是疊代步驟往往很多。用動力鬆弛法找形的軟體有英國InTENS、新加坡WinFabric、英國Suface等。
3.有限單元法
有限單元法(FiniteElementMethod)最初是用來計算索網結構的非線性疊代方法,但現在已成為較普遍的索膜結構找形方法。其基本算法有兩種,即從初始幾何開始疊代和從平面狀態開始疊代。顯然,從初始幾何開始疊代找形要比從平面狀態開始來得有效,且所選用的初始幾何越是接近平衡狀態,計算收斂越快,但初始幾何的選擇並非容易之事。兩種算法中均需要給定初始預應力的分布及數值。在用有限元法找形時,通常採用小楊氏模量或者乾脆略去剛度矩陣中的線性部分,外荷載在此階段也忽略。
有限元疊代過程中,單元的應力將發生改變。求得的形狀除了要滿足平衡外,還希望應力分布均勻,大小合適,以保證結構具有足夠的剛度。因此,找形過程中還有個曲面病態判別和修改的問題,或者叫形態最佳化(包括幾何形態最佳化、應力形態最佳化和剛度形態最佳化等)。用有限元法找形的軟體有澳大利亞FABDES等。
經過找形確定的結構初始形狀滿足了初應力平衡條件並達到預想的形狀,但其是否滿足使用的要求,還必須進行荷載效應分析。
膜結構的荷載分析
膜結構的荷載分析是在形狀分析所得到的外形與初始應力分布的基礎上進行的,檢查結構在各種荷載組合下的強度、剛度是否滿足預定要求的過程。
膜結構的找形有不同的理論方法,但荷載分析基本上都採用非線性有限元法(NonlinearFiniteElementMethod),即將結構離散為單元和結點,單元與單元通過結點相連,外荷載作用在結點上,通過建立結點的平衡方程,獲得求解。
由於索膜結構是大變形問題,在推導有限元方程時,需考慮位移高階項對應變的影響,即考慮幾何非線性。當然,膜材本身也是非線性的,在工程套用上時,材料的非線性問題一般不予考慮。
1.風荷載作用
膜結構區別於傳統結構的兩個顯著特點是輕和柔。輕,意味著結構自身重量和慣性力小,自重不是主要荷載,地震力可以忽略不計,而風是主要荷載;柔,意味著結構無抗彎剛度,結構對外荷載的抵抗是通過形狀改變來實現的,表現出幾何非線性特徵。膜結構的特點決定了膜結構是風敏感結構,抗風設計在膜結構設計中處於主要地位。
膜結構輕、柔、飄的顯著特點決定了膜結構抗風計算的內容也有自身特點。
(1)靜風壓體型係數的確定
風荷載體型係數是描述風壓在結構上不均勻特徵的重要參數,一般結構的體形係數可以從荷載規範查得。但膜結構形狀各異,不能從荷載規範直接獲得風壓體型係數。所以,較大的膜結構基本都要求進行風洞試驗,以獲得比較正確的膜結構的局部風壓淨壓係數和平均風載體形係數。由於風洞試驗要滿足一系列的相似準則,如幾何相似、雷諾數相似等,通常要完全滿足這些相似條件是不可能的,因此風洞模擬實驗結果有時會超過實測值很多。
(2)脈動風壓係數的確定
膜結構在荷載作用下的位移較大,結構位形的變化會對其周圍風場產生影響,所以膜結構的風動力回響過程是流固耦合過程。這種動力過程的風洞試驗必須採用氣動彈性模型,因此實現起來技術難度較大。近年來發展的“數值風洞”技術受到越來越多的重視。這種技術簡單的說就是將計算流體力學(CFD)和計算結構力學(CSD)技術結合起來,用計算流體力學來模擬結構周圍的風場,用計算結構力學來模擬膜結構,再藉助某些參數的傳遞來實現兩者之間的耦合作用,不過,該方法還處試驗階段。
(3)風振動力分析
風力可分成平均風和脈動風兩部分。平均風的周期較長,其對結構的作用性質相當於靜力。脈動風的周期較短,其對結構的作用為動力性質。當結構的剛度較小,自振頻率較低時,在脈動風荷載的作用下可能產生較大的變形和振動,所以在設計索膜這類小剛度結構時,應進行風振動力計算。索膜結構具有振型頻譜密集、非線性特徵和三維效應不可忽略等特點,針對高層和橋樑結構的風振分析方法不能直接套用。索膜結構的回響與荷載呈非線性關係,對於索膜結構定義荷載風振係數或陣風係數在理論上也是不正確的。
(4)空氣動力失穩
膜結構是風敏感結構,存在空氣動力失穩(AerodynamicInstability)的問題。從本質上看,結構空氣彈失穩是由於結構在振動過程中從與氣流的振型耦合中吸收能量,當吸收能量大於耗散能量時,就會產生能量累積,當這種能量累積達到某一閥值(臨界風速)後,結構就會從一種低能量(穩定)的振動形式躍遷到另一種高能量(不穩定)的振動形式上去。所以,膜結構存在設計風速作用下的動力失穩問題,幸運的是至今還沒有這方面破壞的膜結構實例。
2.膜面褶皺問題
結構上的褶皺(Drape)是指因膜面在一個方向上出現壓應力導致膜材屈服而產生的褶皺現象,而結構鬆弛是指膜面在兩個方向上都呈現無張力狀態,故鬆弛的膜面不能承受任何荷載。褶皺判別的兩種方法:(設拉為正、壓為負)
(1)應力準則:若主應力σ2>0,膜元是張緊的;若σ2<0且σ2>0,膜元是褶皺的;若σ1<0,單元是鬆弛的。
(2)應變準則:若ε2>0,膜元是張緊的;若ε2<0且ε1>0,膜元是褶皺的;若ε1<0,單元是鬆弛的。在荷載分析中,在每一荷載增量步中對所有的單元進行逐一判別,如發現褶皺單元,可按以下方法處理:
(1)修改單元剛度:減小褶皺單元對結構總體剛度的貢獻,即修改褶皺單元的剛度矩陣,從而減小自身的實際荷載分擔,結果是增加了相臨單元的負擔。
(2)修改結構剛度:回到找形階段,對曲面進行修正,即通過修改局部區域的邊界條件或調整預應力的方法來修正結構的剛度。
常用的膜結構幾何非線性荷載分析軟體有:美國ANSYS,德國EASY(EasyScan)、義大利Forten32、新加坡WinFabric,英國InTENS等等。
膜結構的裁剪分析
上面已經提到,膜結構的分析包括三大方面內容,即形狀確定(FormFinding)、荷載分析(LoadingCaseAnalysis)和裁剪分析(CuttingPattern)。裁剪分析,就是將由找形得到並經荷載分析覆核的空間曲面,轉換成無應力的平面下料圖。裁剪分析包含三個步驟:
(1)空間膜面剖分成空間膜條
膜結構是通過結構來表現造型,空間膜面在剖分成膜條時,要充分考慮膜條的邊線即熱合縫對美觀的影響;同時膜材是正交異性材料,為使其受力性能最佳,應保證織物的經、緯方向與曲面上的主應力方向儘可能一致;此外,用料最省、縫線最短,也是進行膜面剖分必須考慮的因素。
(2)空間膜條展開成平面膜片
空間膜條展開成平面膜片,即將膜條的三維數據轉化成相應的二維數據,採用幾何方法,簡單可行。但如果膜條本身是個不可展曲面,就得將膜條再剖分成多個單元,採用適當的方法將其展開。此展開過程是近似的,為保證相鄰單元拼接協調,展開時要使得單元邊長的變化為極小。
(3)應力狀態轉化到無應力狀態
從應力狀態到無應力狀態的轉化,即釋放預應力、進行應變補償。膜結構是在預應力狀態下工作的,而平面膜材的下料是在無應力狀態下進行的,為確定膜材的下料圖,需對膜片釋放預應力,並進行應變補償。這裡的補償實際上是縮減,在此基礎上加上熱合縫的寬度,即可得膜材的下料圖。
上述過程,即為裁剪分析。
1.測地線裁剪法
裁剪分析與找形技術的產生及發展過程極為相似,都是從測量實物模型開始的,對於簡單規則的可展曲面,可直接利用幾何方法將其展開。現代概念上的裁剪分析,主要還是依賴於計算機技術的發展而發展的。在此過程中,產生了許多方法,如測地線法、有限元法、最佳化分析法,等等。下面介紹被廣泛套用的測地線法(GeodesicLineMethod)。
測地線又稱短程線,是大地測量學的概念,其通常被理解為:經過曲面上兩點並存在於曲面上的最短的曲線。所以用測地線作裁剪分析,就是以測地線來剖分空間膜面。這樣做的好處是熱合縫最短、用料較省,但熱合縫的分布及材料經、緯方向的考慮不易把握。
求曲面上的測地線的問題,實際上是一個求曲面上兩點間曲線長度之泛函極值的問題。由於膜結構幾何外形的新奇多變,也就無法得到曲面上兩點間曲線長度的泛函的顯式,所以通常是求極值確定測地線上的若干點,再用線性插值的方法求中間點,從而求得測地線。
有了測地線就可以確定裁剪線:直接以測地線為裁剪線或從一條測地線向另一條測地線作垂線,以垂線中點的連線作為裁剪線。
2.應變補償
膜結構是在預張力作用下工作的,而膜材的裁剪下料是在無應力狀態下進行的,因而在確定裁剪式樣時,有一個對膜材釋放預應力、進行應變補償的問題。影響膜材應變補償率的因素可歸納為以下幾個方面:
(1)膜面的預應力值及膜材的彈性模量和泊松比,這是影回響變補償率的最直接因素。
(2)主應力方向與膜材經、緯向纖維間的夾角,這一問題變的重要是因為膜材是正交異性材料。
(3)熱合縫及補強層,熱合縫及補強層的性能不同於單層膜,其應變補償應區別對待。
(4)環境溫度及材料的熱應變性能,尤其是雙層膜結構環境溫度相差較大時,要特別注意。
在荷載分析中,在每一荷載增量步中對所有的單元進行逐一判別,如發現褶皺單元,可按以下方法處理:
(1)修改單元剛度:減小褶皺單元對結構總體剛度的貢獻,即修改褶皺單元的剛度矩陣,從而減小自身的實際荷載分擔,結果是增加了相臨單元的負擔。
(2)修改結構剛度:回到找形階段,對曲面進行修正,即通過修改局部區域的邊界條件或調整預應力的方法來修正結構的剛度。
常用的膜結構幾何非線性荷載分析軟體有:美國ANSYS,德國EASY(EasyScan)、義大利Forten32、新加坡WinFabric,英國InTENS等等。
膜結構施工
膜結構的施工安裝過程大體如下:
1、在基礎工程或主體結構施工完成後,進行膜支承結構的安裝,並完成局部補油漆、進行防火處理等; 2、測量支承結構及連線節點的幾何並與設計值比較,對找形結果進行必要的修正;按修正後的形狀進行裁剪設計,加工製作膜面;如膜面先於支承結構完工已開始製作,應通過其他方案如更換連線件等規格等來糾正偏差;
3、將加工好的膜成品按施工組織設計的要求摺疊、包裝,並做好標示;運輸至安裝現場;
4、清理現場,在地面鋪墊保護材料;向工人講解工序及分工;展開膜面,進行如在膜面打孔、穿鋼索、安裝膜角節點板或膜夾板等準備工作;在支承結構上綁紮繩網以臨時支承展開的膜面;
5、準備工作就緒後,吊裝機械就位,吊裝並對角點作臨時固定;
6、逐步均衡張拉,給膜面施加預張力;
7、對邊角及有褶皺的區域進行局部張拉調節,並最終固定膜面及節點;完成雨水系統安裝及防水覆蓋等; 8、清洗內外膜表面。
施工步驟
一、膜材裁剪、包裝及運輸
索膜結構體形通常都較為複雜,各種角度變化較多,且加工精度要求非常高。在製作過程中要加強質量管理,保證製作精度。在膜結構製作前,需要對工程所用膜材及配件按設計和規範要求進行材質和力學性能檢驗,如膜材的雙向拉伸試驗。膜材加工製作要嚴格按設計圖紙在專業車間由專業人員製作。由於索膜結構通常均為空間曲面,裁剪就是用平面膜材表示空間曲面。這種用平面膜材擬合空間曲面的方法必然存在誤差,所以裁剪人員在膜材裁剪加工過程中加入一些補救措施是相當必要的。對已裁剪的膜片要分別進行尺寸複測和編號,並詳細紀錄實測偏差值。裁剪作業過程中應儘量避免膜體摺疊和彎曲,以免膜體產生彎曲和摺疊損傷而使膜面褶皺,影響建築美觀。膜片下料完成後再根據排水方向和膜片連線節點確定熱熔合方案。在正式熱合加工前,要進行焊接試驗,確保焊接處強度不低於母材強度。 經檢驗合格的成品膜體,在包裝前,應根據膜體特性、施工方案等確定完善的包裝方案。如聚四氟乙烯為塗層的是玻璃纖維為基層的膜材料可以以卷的方式包裝,其中卷芯直徑不得小於100mm,對於無法捲成筒的膜體可以在膜體內襯填軟質填充物,然後摺疊包裝。包裝完成後,在膜體外包裝上標記包裝內容、使用部位及膜體摺疊與展開方向。在膜材運輸過程中要儘量避免重壓、彎折和損壞。同時在運輸時也要充分考慮安裝次序,儘量將膜體一次運送到位,避免膜體在場內的二次運輸,減少膜體受損的機會。 膜材加工製作工藝漉程為:膜裁剪出圖→審圖→膜加工技術交底→檢驗→放樣→裁剪→膜材預拼裝→膜材熱熔合→邊緣加工→成型尺寸覆核→清洗→包裝→出廠。
二、支承結構安裝
張拉索膜結構的支承可分為剛性邊界和柔性邊界。支承結構安裝誤差的大小,不僅直接影響建築的外觀,還影響結構內預應力的分布,嚴重者將影響結構的安全性。在安裝支承鋼結構前,應按規範和設計要求對鋼結構基礎的頂面標高、軸線尺寸做嚴格的複測,並作複測紀錄。 承結構安裝工藝流程為:鋼結構預埋交底→鋼結構預埋→鋼結構製作→基礎預埋覆核→構件防腐塗裝→構件防火塗裝→構件吊裝。
三、膜體安裝
膜體進場安裝前,應組織項目有關人員對施工方案進行評審,確定詳細的安裝作業與安全技術措施。先覆核支承結構的各個尺寸,使每個控制點的安裝誤差均在設計和規範允許的範圍內;對膜體及配件的出廠證明、產品質量保證書、檢測報告及品種、規格、數量進行驗收;檢查膜體外觀是否有破損、褶皺,熱熔合縫是否有脫落,螺栓、鋁合金壓條、不鏽鋼壓條有無拉傷或鏽蝕,索和錨具塗層是否破壞。 在組織驗收構件的同時,還應根據場地條件和施工方案搭設膜體展開平台,安裝安全網。對大型的張拉膜結構,要收集安裝期間的氣象信息。安裝過程中要密切注意風向和風速,避免膜體發生顫動現象。在強風或大雨天氣要及時停止施工,並採取相應的安全防護措施。
維護保養
膜結構建築是新材料--膜材的出現後誕生的新型建築,膜結構中的膜材是一種具有高強度、柔韌性好的薄膜材料;高強度織物基材---聚酯纖維及玻璃纖維,表面塗有聚氯乙烯樹脂(PVC),矽酮及聚四氟乙烯樹脂(PTFE),它具有自重輕、柔韌、厚度薄、透光性好;對自然光有反射、吸收和透射能力;同時具有很好的防火性能,具難燃或不燃,氣密良好等特性;表面經氟素處理(塗覆PVF或PVDF)的膜材、自身不發粘、膜結構的特點:藝術性 經濟性 節能性 大跨度無遮擋的可視空間 工期短 造型多樣,飄逸的造型與現代氣息,基於表面經過特殊罩光處理的膜材具有壽命長及自潔性好等特點,使得本產品有別於常見的普通建築。深受建築師與用戶的喜愛,已被推廣套用大型體育館,運動場、收費站、停車場、機場、、車站、碼頭、大型體育場館、人行走廊、小品、公眾休閒娛樂廣場、展覽會場、購物中心等領域。
深圳港築膜結構公司特此提供本維護說明書作為膜結構產品竣工後用戶日常維護的指導。
1、使用溫度
本產品使用溫度環境為-40℃/+70℃,注意設定燈光和採暖設備時,不宜離膜材太近,以免燒傷膜材。
2、產品維護一般要求
用戶應注意產品的保護和維護。膜材表面不應與刀子、銳器接觸,以免劃破及磨傷膜材表面。一旦發現膜材被劃破、嚴重磨傷等現象時,應及時採取有效措施以免磨傷更加嚴重,同時通知廠商派人修復,鋼構件表面不得遭受硬物打擊與劃傷,不得接觸各種酸性、鹼性和有機溶劑。
3、膜材表面需清洗、打掃時:
a. 工人不應穿硬底鞋直接接觸表面,防止沙土磨傷表面,嚴重磨刮膜表面。
b.清洗膜表面時,套用清水或中性清洗劑,不宜用如:汽油、酒精、氯水等酸性或鹼性材料液劑清洗。
c.膜表面不宜長時間堆放異物如:鐵件、化學物品或其它帶顏色的材料等。
4、對結構中的鋼結構、鋼索、夾板及螺栓等部件在未經廠商認可的情況下不得任意調整、拆卸。
5、未經許可不許在膜材上隨意牽拉、懸掛重物及物品。
6、用戶應定期(半年至一年)對鋼結構安全進行防鏽及維護,確保結構安全,防止銹水滴落膜材表面。
終上所述,深圳市港築膜結構公司就是從膜結構的歷史和發展中,結合實際情況,幫客戶設計、施工、保養膜結構建築的公司!