卫晋生

(山西建筑工程集团有限公司，山西 太原 030001)

科学技术的不断发展，为建筑项目的建设提供了更多样化的新型技术和材料，能够满足业主对建筑项目施工建设的多方面要求。膜结构是现代建筑行业发展背景下提出的1种新型建筑结构构件，主要作为1种覆盖结构，基于良好的耐久性、隔热性等优势，满足建筑结构施工质量的要求。结合实际的工程案例对双曲面多功能膜结构建造技术进行分析，对促进膜结构技术的发展具有积极的意义。

1 膜结构施工技术

1.1 膜结构的基本性质

膜结构的应用原料以具有高强度的薄膜材料和钢结构等加强构件为主，主要依据预张应力来形成某种具体的空间形状。将膜结构作为建筑项目的覆盖结构，可以在让膜结构承受一定外荷载的基础上，达到理想的建筑空间结构外形，同时也能够满足建筑施工质量的要求[1]。从本质上来看，膜结构属于一种张力结构，需要在受到张力作用的情况下，才能够让膜结构的形状和刚度产生变化，应用这一方式能够赋予建筑力的平衡美，也能够有效满足建筑规划大跨度和覆盖大空间的主要目的。

1.2 膜结构施工技术过程

通常情况下，进行膜结构施工前，需要做好设计图纸的交底工作，并能够认真进行安装与设计的配合会审，并通过规范例会制度、制定专题讨论会和加强质检的方式，保障施工技术的应用效果和质量水平。在实际施工中，需要按照加工制作钢结构、加工制作膜结构、钢结构的拼装与吊装、膜结构的安装与张拉的顺序来进行施工[2]。整个施工过程需要严格按照相应的规范进行，尽可能避免由于焊缝、材料运输、吊装安装等过程的不规范，对最终的膜结构呈现效果造成影响。

2 基于实例的双曲面多功能膜结构建造技术分析

膜结构作为一种新型材料，在环保、安全、节能等方面有着较为明显的优势。为进一步探讨膜结构在建筑项目中的应用特点和优势，让其在建筑行业发展中发挥更大的作用，结合某建筑项目应用膜结构的实际案例，对该项目中应用的双曲面多功能膜结构建造技术进行分析，探讨能够基于膜结构原理，选择更优质的膜结构来满足建筑项目建设要求，从而有效促进建筑项目的建设发展[3]。基于此，重点从以下方面，探讨双曲面多功能膜结构建造技术的应用情况。

2.1 工程概况

现阶段，膜结构施工技术在体育场馆类的建筑项目中有着更为广泛的应用。本文选择的膜结构建筑项目为某工程，该工程屋盖以钢结构环桁架+索结构+金属屋面+人字形玻璃天窗为主要结构，屋盖整体呈马鞍形，东西最高点33.8m，南北最高点为15.4m。考虑该建筑项目的应用功能，在选择膜结构施工技术时，以G类膜材为主，选择以钢结构骨架为主的玻纤膜和以索-钢-铝网架为主的低辐射吸声膜，供给不同的建筑内部空间应用。该项目建设中应用的膜材料性能如表1所示。

表1 膜材料参数

2.2 膜结构深化设计

2.2.1 膜结构施工方案的深化设计

为让膜结构的施工符合项目的整体建设要求，该工程在施工前对膜结构的具体施工方案进行了深化设计，能够基于建筑本身的功能特点，发挥膜结构的作用价值。考虑该工程中应用的膜结构位置在室内，且低辐射吸声膜的龙骨吊挂在索网的下方，以保障建筑内部空间的整体呈现效果为主要目的，由于膜单元随着索网的尺寸而变化，在索网网格投影尺寸为4m×4m、膜材标准宽度为2.62m的前提下，要求取每个4m宽的南北长向为1个膜单元，且焊缝搭接的长度应超过50mm。

在这一前提下，该工程主要提出3种不同的膜结构施工方案。

方案一强调将膜焊缝布置在膜单元的正中位置，将膜材的损耗率控制在45%左右；方案二则要求让膜材紧贴膜单元进行布置，且基于膜焊缝，将膜单元分为一宽一窄2条膜片，将膜材的损耗率控制在42%左右；方案三则需要将膜材布置在膜单元的正中位置，以两侧对称的方式来布置窄条膜材。这一方案下膜材的损耗率在30%左右。

结合以上3种方案的深化设计思路，发现该项目应用的膜结构施工技术，以双曲面膜结构为主。在综合考虑3种方案的施工难度、施工期限以及经济效益等因素后，该项目主要选择方案三进行膜材焊缝施工。

2.2.2 多功能膜结构的设计

在此基础上，考虑该建筑项目的实际建设要求，为能够让建筑吊顶适当吊挂重物，选择在低辐射吸声膜的节点处设置吊环和开口，以实现封闭，满足多样化的吊顶功能需求。

选择应用低辐射吸声膜，需要考虑该类膜材料的物理参数，为满足建筑项目应用膜结构的降噪要求，在明确低辐射吸声膜的单独吸声系数为0.3的基础上，可以通过安装吸音棉的方式来进一步发挥降噪的功能作用[4]。在明确这一思路的前提下，需要对安装吸音棉后的吸声系数进行计算分析。在施工应用的材料尺寸为1 200mm×600mm×50mm，膜面密度为2.2kg/m2的前提下，将安装吸音棉后的膜结构构件置于混响室，计算统计在100～5 000Hz范围内的平均吸声系数达到0.87，进一步依据以下公式(1)，可以得到安装吸音棉后的膜结构的整体降噪系数：

(1)

在该式中，αs代表吸声系数，NRC代表降噪系数。

除此之外，考虑建筑项目屋盖的反射率要求，还可以在膜材的表面镀Low-E涂层，在事先对涂层的质量效果进行检验达到标准之后，将其融入到膜结构的设计施工方案和图纸当中。

2.2.3 膜结构的接地设计

除对膜结构建筑的基本结构以及功能进行深化设计外，还需要注重考虑膜结构应用的安全性，加强对其的接地设计。在应用传统建筑结构的常规方法进行接地处理时，金属构建应在结构基础上或能够与基础连接成为一个整体，按照接地材料的方式进行连接。而考虑该项目建筑的内部拥有电子信息系统，在接地设计方面，主要可以通过共用接地的方式，按照接地电阻的最小值来进行连接[5]。考虑膜结构的构架大多直接与空气接触，面对雷电天气，可以在以基础钢筋进行自然接地的同时，通过构建加密网格的方式，让膜结构能够形成一个完整的电气通路，并通过设置支撑架的方式，达到预防跨步电压的目的。

2.3 钢结构的加工制作与拼装吊装

2.3.1 钢结构的加工制作

在钢结构的加工制作中，应明确钢结构中每种杆件的下料长度和杆件的具体规格，基于钢管的相贯尺寸，应用自动切割机来切割相贯线，避免壁厚与坡口造成尺寸偏差。对钢结构的焊接加工，应保证焊缝的焊接效果，在焊接完成后以超声波探伤的方式进行焊缝的质量检验，保障钢结构的质量效果。

2.3.2 钢结构的拼装吊装

针对钢结构的施工，应主要采取分段拼装的方式，应用几台吊车同时进行吊装作业，满足一些大型钢桁架的吊装作业需求。几台吊车在同时工作时，应在场内外将主桁架和主预应力索吊到作业面上，将有支承段的桁架部分置于混凝土柱旁。然后需要基于钢结构的预拼装情况进行焊接作业，完成焊接后在钢结构的表面喷涂油漆。针对钢结构吊装安装施工中必然存在的误差问题，应做好针对钢结构基础的顶面标高、轴线尺寸等参数的复测工作，让结构内部的预应力分布情况符合建筑规范的要求，从而保障建筑结构整体的安全性。

2.4 膜结构的施工过程

2.4.1 膜结构的加工制作

对膜结构的加工制作，应考虑膜材本身的裁剪以及包装过程都较为复杂，以保障膜材的加工精度为主要目的。在加工制作前，抽取相应数量的膜片以及背贴条样品进行质量检验，基于双向拉断实验的目的，从驳接温度、电流、压刀时间等参数的变化角度，获得更直接的驳接数据。在正式热合加工前，也需要通过焊接实验的方式来验证焊接强度，保证得到的膜材符合项目的整体建设要求。结合本文中建筑项目的实际情况，在考虑锁膜结果本身为空间曲面的情况下，以裁剪的方式来通过平面膜材表示空间曲面，应注重裁剪过程中容易出现的误差问题。整个裁剪过程中尽可能避免膜体发生折叠而弯曲，影响建筑整体的美观效果。

2.4.2 膜材下料与地面铺装

在实际的膜结构施工中，应基于保障膜材清洁效果，避免膜材损伤的总体目标和要求，首先需要将膜材下料，在明确建筑项目需要应用的膜材材料和建材尺寸的前提下，以构建建筑结构模型的方式，明确进行膜材下料的主要流程和基本方法。为达到膜结构施工的质量目标，在膜材施工阶段，应始终围绕张拉力的控制来进行施工。具体而言，对建筑索网结构尺寸进行测量与复核后，通过BIM技术来构建符合实际情况的建筑模型，基于模型来对屋盖膜材的荷载动态变化情况进行模拟分析，在荷载变化的过程中找出能够满足建筑施工建设要求的预应力状态的空间曲面，然后将曲面转化为无应力状态下的平面下料模型，供给后续施工建设进行参考。

在模拟下料完成后，需要在地面完成膜材的铺装和组装，在对地面进行清洁处理后，安装膜龙骨时，应在龙骨上安装好吊绳、安全网、脚手板马道等安全设施，检查膜面尺寸、搭接等准确无误。然后就可以安装四周铝合金夹具，以此来构成1个完整的膜单元。该项目在安装膜单元时，主要以工装连接的方式来保障膜单元的连接效果。

2.4.3 膜结构整体吊装

当前膜结构施工中主要应用多点整体提升法进行吊装作业，考虑该建筑项目的规模和场地覆盖范围较大，相应的所需的屋盖膜结构也较多，在实际施工中，该项目主要选择巨长条状的膜单元进行整体吊装施工。在这一过程中，结合深化设计提出的方案三要求，将低辐射吸声膜沿南北共划分为49个长条状的膜单元。

在吊装施工中，以整体提升的方式，遵循索网网格的投影尺寸，每隔4m沿膜单元附属框架的四周设置1个提升吊点，并以临时吊装工装来为膜吊装提供便利。在这一过程中，所有膜单元中的滑轮卷扬机以统一的速度提升，至距离地面0.5m时停止。整个起吊过程需对吊点的上升速度和距离进行严格控制，让膜面的传力均匀。

2.4.4 膜单元安装与张拉

考虑未张紧的膜材容易受到风载作用影响而导致破损，应在安装作业中尽可能降低风载作用的影响，尽可能选择无风的情况下进行施工。在安装和张拉膜单元时，需要基于膜单元吊装的实际要求，结合安装图纸中的规定顺序，在保证膜单元定位点与膜附属框架边界对正的前提下，依次进行铝合金夹具以及螺栓等附件的安装施工。整个安装过程应基于膜结构安装的预应力张拉过程，先短边再长边，在每次张拉完成后，都需要对膜面的应力变化情况进行检测。在预应力张拉完成后，需要基于设计张拉的位移量来进行位移量的偏差计算。

在明确以上基本步骤和程序后，设计人员应能够基于膜结构的材料、形状以及结构的使用荷载，确定膜面预应力的大小，以预应力最低值下的荷载工况组合不会导致膜面出现局部松弛为标准。通常情况下，膜结构的预应力水平范围在1～4kN/m之间，针对本项目中的马鞍形膜结构单元，需以对角同步或依次调整的方式逐渐将预应力加到设定值。

在安装完成后，还需要针对膜面是否存在渗漏情况、是否有明显褶皱和积水、膜面颜色呈现效果、连接节点牢固程度、是否存在明显蹭伤情况进行检验，用以保证膜结构的施工质量和效果。除此之外，考虑本文选择的项目在应用膜结构施工技术时，还基于降噪需求，通过吸声系数以及降噪膜材的选择来满足膜结构施工建设的多功能要求，可以在应用膜结构施工技术的过程中，深入探索其他能够优化提升和丰富膜结构功能的施工方式，以此来更好地满足各类建筑项目的功能和美观性建设要求，提升建筑的整体呈现效果。

3 结语

综上所述，双曲面多功能膜结构建造技术的应用，能够有效提升建筑结构的施工质量和水平。相较于一般的膜结构，双曲面膜结构拥有更明显的优势。在实际的施工建设中，需要基于项目的建设需求，在对膜结构进行深化设计的基础上，规范进行膜结构施工的主要工序，以此来保障膜结构技术施工建设的实际效果，同时也能够为提升建筑项目的质量和呈现效果起到积极的作用。