淺談膜結(jié)構(gòu)幕墻的應(yīng)用及其機(jī)械連接設(shè)計(jì)

張帥沈

摘 要：近年來，膜結(jié)構(gòu)技術(shù)在現(xiàn)代屋面建設(shè)項(xiàng)目中得到了廣泛的應(yīng)用。在許多國際大型活動(dòng)的建筑物的屋面建設(shè)中不乏應(yīng)用先進(jìn)的膜結(jié)構(gòu)技術(shù)。本文淺要論述了膜結(jié)構(gòu)的類別和一套ETFE膜結(jié)構(gòu)連接系統(tǒng)。

關(guān)鍵詞：膜結(jié)構(gòu)幕墻；類別；連接系統(tǒng)；應(yīng)用

中圖分類號：TU399 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1004-7344（2018）11-0335-01

引 言

膜結(jié)構(gòu)是一種非傳統(tǒng)的全新結(jié)構(gòu)形式。隨著經(jīng)濟(jì)和科學(xué)的不斷發(fā)展，人們對建筑型體外觀的追求不斷提高，國內(nèi)、外新建筑、新工藝、新材料、新結(jié)構(gòu)不斷涌現(xiàn)，建筑幕墻設(shè)計(jì)也日益多樣化，尤其是新的單曲、雙曲建筑屋面，為滿足建筑效果的實(shí)現(xiàn)，膜幕墻材料及連接調(diào)整結(jié)構(gòu)應(yīng)運(yùn)產(chǎn)生，能實(shí)現(xiàn)多角度、立體式的調(diào)整，這種結(jié)構(gòu)體系應(yīng)用范圍廣，可實(shí)現(xiàn)各種建筑幕墻外飾面的調(diào)整。

ETFE膜結(jié)構(gòu)的應(yīng)用：

膜結(jié)構(gòu)的類別主要包含有：張拉式膜結(jié)構(gòu)、充氣式膜結(jié)構(gòu)、索系支承式膜結(jié)構(gòu)三種基礎(chǔ)形式。它打破了純直線建筑風(fēng)格的模式，以其獨(dú)有的優(yōu)美曲面造型，簡潔、明快、剛與柔、力與美的完美組合，呈現(xiàn)給人以耳目一新的感覺。同時(shí)給建筑設(shè)計(jì)師提供了更大的想象和創(chuàng)造空間。

1 張拉式膜結(jié)構(gòu)

張拉索膜結(jié)構(gòu)是通過張拉使膜的內(nèi)部產(chǎn)生一定的預(yù)應(yīng)力，以抵御外界的風(fēng)荷載和其他荷載，同時(shí)使膜變形成為所需要的形狀。張拉膜是依靠膜材本身的張拉力和特殊的幾何形狀而構(gòu)成的穩(wěn)定的承力體系。膜只能承受拉力而不能受壓和彎曲，其曲面穩(wěn)定性是依靠相互反向的曲率來保障。因此需制作成凹凸的空間曲面，故習(xí)慣上又稱空間膜結(jié)構(gòu)。張拉膜結(jié)構(gòu)通常是沿著膜的邊緣布設(shè)鋼索，在鋼索上施加拉力，鋼索帶動(dòng)膜張緊成型，并產(chǎn)生足夠的預(yù)應(yīng)力，因而稱其是張拉式索膜結(jié)構(gòu)。其主要的應(yīng)用優(yōu)點(diǎn)在于創(chuàng)新度較高、造型美觀、結(jié)構(gòu)性能強(qiáng)，但存在造價(jià)高、施工精度高的困難。

2 充氣式膜結(jié)構(gòu)

充氣式膜結(jié)構(gòu)是一個(gè)相對密閉的空間結(jié)構(gòu)，與傳統(tǒng)空間結(jié)構(gòu)建筑不一樣的是，它通過風(fēng)機(jī)向結(jié)構(gòu)內(nèi)部鼓風(fēng)送氣，使膜結(jié)構(gòu)內(nèi)外保持一定的壓力差，以保證膜結(jié)構(gòu)體系的剛度，維持所設(shè)計(jì)的形狀。具有較好的抗壓性和高強(qiáng)度表面張力。因利用氣壓來支撐，及鋼索作為輔助材，無需任何梁、柱支撐，可得更大的空間，施工快捷，經(jīng)濟(jì)效益高，但需維持進(jìn)行24h送風(fēng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，在持續(xù)運(yùn)行及機(jī)器維護(hù)費(fèi)用的成本較高。

3 索系支承式膜結(jié)構(gòu)

索系支承式膜結(jié)構(gòu)應(yīng)由空間索系作為主要承重結(jié)構(gòu)，在索系上布置按設(shè)計(jì)要求張緊的膜材。索系支承式膜結(jié)構(gòu)主要由索、桿和膜構(gòu)成，三者共同起承重作用。在通常所稱的張拉整體結(jié)構(gòu)中，如采用膜材，即屬于索系支承膜結(jié)構(gòu)。

由于其極好的透光性、延展性、抗壓性和抗拉性、輕質(zhì)性、環(huán)保性等優(yōu)點(diǎn)，特別適合建造需人工模擬自然環(huán)境的建筑如植物園以及運(yùn)動(dòng)場館等。而此類建筑共同的特點(diǎn)就是建筑造型復(fù)雜多余，空間曲面多變，且主體多為鋼結(jié)構(gòu)。由于鋼結(jié)構(gòu)的施工偏差較大。所以多方位可調(diào)節(jié)的連接系統(tǒng)，對實(shí)現(xiàn)建筑效果有著至關(guān)重要的作用。以下結(jié)合圖1對本實(shí)用新型系統(tǒng)作進(jìn)一步描述。

圖1中序號說明：

1——主鋼結(jié)構(gòu)（以球體為例）；

2——鋼圓管；

3——矩形鋼板；

4——槽鋼連接件；

5——鋼板連接件；

6——ETFE膜龍骨（示意）。

具體實(shí)施方式：根據(jù)預(yù)先放線定位好的安裝點(diǎn)，主鋼結(jié)構(gòu)1與鋼圓管2通過焊接連接固定；（由于主體結(jié)構(gòu)是球體，根據(jù)其特性選擇的圓管來連接，這樣可以在球體表面上自由挪動(dòng)，不受限制。如果主體結(jié)構(gòu)是圓管，則需要選擇槽鋼或者類似形狀的物件來連接）；然后在鋼圓管2上面放置一塊矩形鋼板3來提供安裝平臺；根據(jù)預(yù)先放線定位好的安裝點(diǎn)，找出膜龍骨6與矩形鋼板3的位置關(guān)系后，將槽鋼連接件4焊接在矩形鋼板3上面；鋼板連接件5上面預(yù)先加工出長條孔便于上下調(diào)節(jié)；槽鋼連接件4與鋼板連接件5采用螺栓連接；膜龍骨6與鋼板連接件5采用焊接固定牢固。依次安裝不同位置的連接件，最后完成整個(gè)建筑樓體的幕墻安裝。

曲面異型建筑的特點(diǎn)是：各點(diǎn)有一個(gè)與其他三個(gè)點(diǎn)不在同一平面上，都存在大小不同的翹曲高差，需要三維方向上的調(diào)節(jié)才能最終實(shí)現(xiàn)建筑效果。而本連接系統(tǒng)對于不同的偏差都能實(shí)現(xiàn)多角度調(diào)節(jié)，我們通過分析總結(jié)出以下結(jié)論：

（1）主體結(jié)構(gòu)前后偏差時(shí)，通過調(diào)節(jié)鋼圓管2與主鋼結(jié)構(gòu)1的前后調(diào)節(jié)來解決。

（2）主體結(jié)構(gòu)左右偏差時(shí)，通過調(diào)節(jié)槽鋼轉(zhuǎn)接件4與矩形鋼板3的左右調(diào)節(jié)來解決。

（3）主體結(jié)構(gòu)上下偏差時(shí)，通過槽鋼轉(zhuǎn)接件4與鋼板轉(zhuǎn)接件5的上下調(diào)節(jié)來解決。

此連接結(jié)構(gòu)采用具有空間多角度調(diào)節(jié)功能的支撐系統(tǒng)，它解決了現(xiàn)有技術(shù)存在的空間施工精度難控制和主體結(jié)構(gòu)偏差大的問題，其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理，分體制造容易，現(xiàn)場施工安裝方便，既保證了室內(nèi)外飾效果，又降低了損耗成本。適用于各自復(fù)雜造型的ETFE膜幕墻結(jié)構(gòu)。

4 結(jié) 語

膜結(jié)構(gòu)幕墻不可能簡化到只依靠標(biāo)準(zhǔn)圖集和設(shè)計(jì)手冊就可以進(jìn)行設(shè)計(jì)，它注重基礎(chǔ)理論與工程設(shè)計(jì)的結(jié)合，建筑設(shè)計(jì)與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、機(jī)械設(shè)計(jì)的融合。本文淺顯介紹一種膜結(jié)構(gòu)幕墻連接系統(tǒng)，以冀能夠?qū)τ兄居谀そY(jié)構(gòu)幕墻的工程師和建筑師一點(diǎn)啟發(fā)。近年來我國建筑市場對索膜建筑技術(shù)和膜材的需求明顯有大幅度增長的趨勢。伴隨著技術(shù)領(lǐng)域一次次的變革，我們有理由相信ETFE技術(shù)會(huì)在未來的歲月中不斷發(fā)展、成熟。

參考文獻(xiàn)

[1]劉錫良，編著.現(xiàn)代空間結(jié)構(gòu).天津大學(xué)出版社.

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收稿日期：2018-3-15