超长膜结构徐变和变形控制

超长膜结构徐变和变形控制
沈玉林
摘要：由于膜材本身特性或物理属性，长时间受力后会产生徐变并逐渐造成膜的松弛，影响建筑装饰效果，对于安装有LED屏，承受竖向拉力的膜结构，徐变和变形将是工程的难点和重点。工程实践中采用膜材创新、节点优化和网格设计很好的解决了上述问题。
关键词：超长膜结构徐变二次张拉
1.工程概述
某天幕工程平面状如一条丝带，纵向轴长约540米，宽为31.2米。天幕膜结构工程分为两部分，分别为布置于钢结构上弦的双层ETFE气枕和布置于钢结构下弦的PTFE网格膜。整个建筑平面呈曲壳型，网格膜水平投影面积约8670㎡，展开面积约10000㎡，钢结构下弦横向间距为16.8米，沿纵向布置共计为150个膜单元。PTFE膜结构安装总共分1、2、3、4区，其中1、3、4区的LED以PTFE网格膜为安装和受力载体。
PTFE网格膜平面图
2、难点分析
（1）由于膜材料本身特性或物理属性，长时间受力后会产生徐变并逐渐造成膜的松弛和变形。
（2）膜材安装张拉完成后，必须有足够大的张力以满足LED的安装和受力要求；根据建筑效果要求，整个天幕系统的核心部分之一的LED的安装和受力均以PTFE为载体，膜材承受外力，进一步加大了变形和松弛。
（3）良好的装饰效果。
解决膜材受力后变形问题。
3.设计和施工对策
（1）膜材制作和选用
在该工程上，PTFE膜结构主要的特征为膜材安装张拉完成后，必须有足够大的张力以满足LED的安装和受力要求和较高的装饰效果。为满足上述要求，根据工程的实际情况和材料要求向膜材供应商提出材料的特殊要求：为满足LED的受力要求，要求膜材张拉后的受力每延米不低于300㎏；为满足LED的安装需求，对膜材的网格误差做出明确规定；为满足膜材的装饰效果，对膜材的幅宽做出明确要求。膜材供应商根据要求专项研制和生产满足该工程的膜材，从受力、幅宽、比重和网格误差等各方面基本满足工程需要。
PTFE膜材具有极稳定的化学特性和物理特性，使用寿命较长，同时要求膜的附件也要具备耐腐蚀和使用寿命长的特性。根据工程受力和现场实际情况，选用阳极氧化后的铝夹具和镀有锌珞铬盐涂层的张拉螺杆作为主要的膜附件，基本满足工程需要。
（2）可张拉调节式节点设计。
另外考虑膜材料本身特性或物理属性，长时间受力后会产生徐变并逐渐造成膜的松弛，在给膜材施加完预张力后2年内需对膜片进行二次张拉，以保持膜面应力。如果膜片与边界采用固定连接方式，将无法进行膜片的二次张拉及膜片的更换。在深化设计上考虑了膜二次张拉的要求，将膜边界设计为可调边界，可通过调节张拉螺栓给膜逐步施加予张力，并可在今后的维护保养时期消除膜的松弛，节点如下示意图所示：

标准单元节点示意图

异型单元和伸缩缝单元节点示意图
（3）网格设计
为满足LED的施工要求，设计方从节点的布置、形式，膜单元的间距，相邻膜的间距等进行细致的思考和现场实际考察后，最终选用专门定制的网格膜，膜单元的间距基本为4.2米左右，膜单元之间的间距为300㎜左右。经过采用专用软件的计算分析，膜的下扰度≤120㎜.基本满足膜单元的安装要求和LED施工的技术要求。
4．结语
通过采用上述创新设计，满足以PTFE作为安装和受力载体的LED的施工要求，同时最大限度的体现了该工程建筑效果和意图。