目前, 在世界上最主要的能生产加工制作膜结构的厂家, 主要有日本的太阳工业和德国的COVERTEX、FORETEX公司, FORETEX公司善于在中国周边国家经营, 而COVERTEX公司则最善于充气膜方面的加工制作。三家公司都是集生产设计安装于一身。这三家公司在中国都有各自的加工厂。

膜结构单元的加工制作流程:测量数据复核→膜结构裁剪图出图→膜材进场→膜材复验→膜材裁剪→索袋定位预焊接→索袋, 膜块焊接→边索索袋焊接→膜材外形尺寸, 焊接质量检验→边索加工→膜材包装→膜材运输。

膜材的切削裁剪下料的准确与否会直接影响膜结构施工安装后膜面的平整度, 即膜材的裁剪分割单元经焊接所得到的膜曲面与设计曲面的吻合程度, 而且还会影响到膜结构的荷载分析结果的准确性, 即结构在使用时的安全性能, 这些都直接决定和影响到膜结构最终的施工安装质量。

膜结构安装方法的影响因素主要有结构类型和场地情况, 这二者的不同直接影响到膜结构施工方法的选择, 进而会决定膜结构最终的安装质量。

张拉膜结构通常采用临时支撑法, 此法是在膜结构的施工过程中要设置临时支撑 (或临时拉索) 以保证结构能承受施工过程中的风荷载和附加荷载, 使结构稳定。第二种是顶升法, 一般多用于穹顶形式的膜结构施工当中, 此法则首先在结构中心搭设支架台和工作平台, 为后续工作提供支撑和工作面。然后在地面组装索网或部分构件, 与随后吊起的立柱 (或桅杆) 连接, 通过吊起立柱 (或桅杆) 把结构顶起至设计位置。在这个过程中给构件施加预应力。另外, 常用的还有提升法, 此法首先将结构 (或一部分) 在地面组装, 然后将结构 (或一部分) 垂直上提到预定位置, 再进行构件的张拉和连接。

对于刚性边界的膜结构, 由于安装边界存在本质的上的不同, 所以上述柔性边界膜结构的施工方法已不再适应。通常刚性边界的膜结构采用就近地面张拉, 连同边界构件一起吊装的方法, 膜的张拉过程通常是在地面完成的, 这种方法具有施工操作方便、省时省力, 然而它最主要的缺点是在吊装施工时往往需要大型的起重设备, 并且需要有相应足够的施工作业空间。因此, 这种方法会受施工工地现场条件的限制, 会出现将结构拼装成单元后, 将无法起吊的问题。通过对上述情况的分析, 可采用膜结构在空中进行拼装, 并在空中完成膜的张拉工作。

如上所述膜结构单元的安装通常要根据工程的实际情况以及安装界面, 事先对安装过程中可能会出现的问题进行分析, 然后根据这些问题, 再提出符合实际情况的有针对性的安装方法, 而对于膜结构单元在安装施工过程中所出现的褶皱和撕裂问题的分析及解决方法如下。

通常情况下, 膜结构单元的边界是焊接在主体结构上的天沟的支撑板, 因此, 天沟本身的安装质量, 就会对膜结构单元边缘有很大程度的影响。虽然在天沟安装时, 可提出过天沟安装质量的具体要求, 包括天沟的直线度、天沟弯曲度等指标, 但是如果天沟板本身较薄, 焊接难度较大, 焊接过程中变形严重, 天沟仍会在水平、垂直方向出现超差、弯曲的情况;同时, 如果膜结构单元边界的型材为直线型材, 那么直线型材与弯曲的天沟板连接在一起, 势必会形成局部应力分布不均匀, 在应力不均匀的位置, 膜材会形成皱褶。对于这些情况, 在安装过程中, 可采取相应的措施进行处理, 比如, 在天沟支撑板打孔时, 先拉线, 再找直, 然后进行孔定位。这样, 在尽量保证型材安装后, 外边线形成直线。但是, 即使这样处理, 也不能从根本上解决天沟偏差的问题, 仍然会因此而产生皱褶, 这部分皱褶, 目前仅通过人为方式调整还是不能完全消除得, 但由于使用膜材自身材料性能及对温度的敏感性, 经过一段时间温度变化, 以及膜自身应力的重新分布, 这些褶皱会减少或者消除。

膜结构在加工过程中, 往往由于热合移动速度的不均匀而导致会在膜的某些位置出现皱褶, 一般这些皱褶都比较细小, 分布均匀, 基本上不会对建筑外观产生影响。现阶段, 对于热合皱褶, 可通过组织加工厂操作人员加强岗位培训的方式, 提高热合质量, 消除热合皱褶的产生。

膜结构单元在安装过程中, 由于安装顺序不合理, 会在铝型材接口位置产生皱褶;通常正常安装顺序是先安装各角部, 在角部安装完毕后, 再进行边的安装。但是在安装开始阶段, 由于施工人员安装经验不足, 在安装角部的同时, 也将部分边部进行安装, 这样, 在膜材还没有得到充分的张拉时, 就已经被固定, 从而造成膜材表面应力分布不均匀, 进而产生皱褶。对于安装皱褶是可以进行调整的, 具体调整办法为:首先将有问题的膜区块从皱褶产生的位置拆开, 再重新进行张拉, 待消除皱褶后, 最后将铝型材固定。这种方法在工程实际中的应用取得了显著的效果。

为了保证撕裂处理的严肃性及程序化, 应按照如下程序来进行处理:首先, 发现撕裂情况后对撕裂位置进行准确记录, 并按附件一记录;其次, 上报撕裂位置及修补申请, 经相关部门同意后, 严格按照预案进行修补, 并按附件逐一记录;最后, 在发生修补日保留当日热合试件, 并送检。

膜结构单元在安装过程中, 由于施工人员经验不足、张拉顺序、张拉方法、张拉力度控制不理想, 会在膜的角部及边绳位置处产生撕裂现象。以上情况, 在膜结构单元安装中较为常见, 常采用手动热合机进行热合处理。

对于靠近角部的破坏, 即破坏位置距离边绳100mm~110mm, 可采用如下修补方法:首先, 取标准修补用透明膜材, 标准尺寸宽80mm, 按照撕裂长度来确定修补膜的长度, 原则为每边长度要大于裂缝50mm;再使用手动热合机进行热合, 热合时间根据膜材的厚度以及电压来确定, 热合温度不超过340℃;然后, 按照裂缝形状裁剪取膜材, 由于受热合机热合刀的尺寸限制, 无法热合超过热合刀长度的膜, 因此, 按照热合刀长度确定角部膜材的尺寸;最后, 将此膜材整体热合到撕裂的角部位置, 完成修补工作。

本文对于膜单元在安装施工阶段中出现的褶皱和撕裂施工问题进行了分析, 并根据这些问题, 提出了相应的安装施工处理措施方案:

(1) 天沟边界对ETFE膜结构安装施工所产生的影响;

(2) 膜结构在加工过程中产生的热合皱褶问题的处理方法;

(3) 膜结构在安装过程中产生安装皱褶问题的处理措施;

(4) 膜结构在安装过程中产生撕裂现象的处理措施。