大跨度膜結構屋面安裝施工技術

黃祺合 蘆繼忠 陶富錄 陳學良 周汝貴

廣西建工集團第五建筑工程有限責任工程公司 廣西 柳州 545001

1 工程概況

貴港體育中心位于廣西貴港市港北區荷城路與迎賓大道交界處西北面，占地面積為314 050 m2。體育場整個造型如蓮蓬上一顆顆突起的蓮子，西看臺建筑高度最高點48.0 m，東看臺建筑高度最高點34.4 m。體育中心建筑結構由鋼、索、膜結構支撐組合而成，其中屋蓋結構的平面投影呈橢圓形（圖1）。索膜結構的膜材料分別選用PTFE膜材和ETFE膜材。PTFE膜展開面積為12 504 m2，ETFE膜展開面積為5 656 m2。

圖1 膜結構安裝效果圖

2 工藝原理

由鋼結構構件安裝固定形成穩定的結構體系，將各種高強薄膜材料（PTFE、ETFE）、加固構件、鋼拉索及錨固系統組成空間結構形式，通過支柱與鋼在膜材中施加張力以實現穩定的狀態，從而將優美的膜結構造型覆蓋在鋼結構表面。本施工工藝具有施工精度高、結構性能強、表現力豐富的特點[1-2]。

3 施工工藝流程

現場踏勘→施工人員進場→起重設備進場→膜面運至現場保管、膜面安裝工具進場→操作擱置平臺搭設→繩網拉設→膜塊就位→膜面展開→周邊固定→提升膜面→調整及張拉膜面→膜結構驗收

4 操作要點

4.1 安裝準備

1）提前準備膜結構安裝過程中需要的工具。

2）施工前，施工單位應對安裝圖紙進行會審，完善吊裝和安裝方案，對施工現場操作人員就質量要求和質量標準進行技術交底。安裝前對原材料進行復核，保證膜尺寸與鋼結構部分相對尺寸相吻合。

4.2 施工平臺搭設

膜安裝用施工排架主要目的是為施工人員提供安全站立平臺，施工排架可獨立設置，通過φ16 mm鋼絲繩連成整體。施工排架自身穩定性應足夠且有足夠的操作空間，并不阻礙膜安裝。

4.3 安裝場地平面布置

1）總平面布置原則：節約用地，便利安裝，方便生產，便于管理。

2）安裝場地布置：在體育場看臺內、外側設置膜單元堆放區，便于膜單元在現場的安裝和保護以及安裝過程中設備和材料的倒運。此外，在位于結構正下方看臺，并向外延伸30 m處，設置膜單元折疊、吊裝場地，場地須整潔、干凈，無其他專業施工。

4.4 安裝設備布置

1）汽車吊位于吊裝作業區。吊裝作業區設置在場內、外，場地須平整、堅實，無其他專業施工。

2）電焊機、切割機、臺鉆等置于庫房內，以便于零星材料的加工。

3）附件布置：將膜單元安裝用的附件置于庫房內，由專人保管，待用。

4）膜單元布置：為便于膜成品在現場的保護和減少安裝過程中的倒運次數，膜單元在鋼結構安裝完畢并驗收合格后，按現場實際施工進度分批進場，預先將施工場地清潔整理，所有與膜安裝無關的材料、設備需清理干凈。

5）第1批膜單元運至現場后，采用汽車吊，將膜及卷筒吊裝至地面，卷筒兩端放置于安裝有萬向輪的可移動支架上，移動鋼支架和卷筒，按組裝位置就位，以便于膜展開安裝，同時注意成品保護，現場預先制作臨時支架，便于膜單元卷筒布置、固定[3-5]。

4.5 安裝條件

1）鋼結構主體及涂裝工程施工完成并驗收合格。

2）保證材料運至現場時進出材料堆場的道路及二次搬運道路通暢。

3）現場施工用電100 kVA，設置配電箱1個，配置自來水。

4）膜片吊裝作業半徑往外擴10 m范圍，嚴禁其他專業同時施工，清理干凈吊裝區域其他專業的建筑材料、設備和建筑垃圾，杜絕因場地原因污染膜片的問題。

5）膜吊裝、展開區域下方嚴禁其他專業人員進入，以免造成膜片損傷和污染或造成人員傷害。

4.6 結構誤差控制和監測

1）鋼結構專業應在土建基礎施工時開始跟蹤監測，以消除因基礎誤差而對鋼結構安裝產生的影響。

2）在鋼結構生產時，應對制作過程進行全程跟蹤控制，特別是膜結構安裝的相關節點，確保鋼構件精度。

3）在鋼結構安裝時應根據現場情況提出安裝誤差方案，并在安裝時全程監控。

5 現場安裝

5.1 PTFE膜單元安裝

5.1.1 準備工作

1）把鋪放膜的區域清理干凈，將突出地面的鋼筋頭、管子頭和有銳角的物件割除，同時清洗干凈地面污染物。

2）在展開膜單元區域鋪設驗收合格的保護膜，并設置好防護繩。

3）采用人工方式，將要安裝的膜單元從膜單元堆放場運至安裝位置，并在地面鋪設鋪地膜。

4）打開膜包裝，按工藝順序把膜單元鋪開（圖2），然后進行膜單元復核，核對其四周尺寸、搭接方向、開孔位置、熱合縫是否滿足設計要求，檢查膜表面是否破損，有無瑕疵和污染情況，做好檢驗記錄，全部合格后方可進入下一道工序。

5）將PTFE膜單元放在安裝位置正下方的鋪地膜上，組裝夾板、張拉螺桿，掛大繩。

6）為保障高空作業時施工人員的安全，在主體鋼結構的下弦鋪設木板和掛設安全繩，作為操作人員掛設安全帶的生命線。

7）檢查、清理膜單元與鋼結構接觸的表面，將殘留的飛濺物、尖角清除并打磨光滑。

5.1.2 PTFE膜單元臨時折疊

按展開逆向將膜單元進行折疊或卷軸，根據PTFE膜材特性，折疊部位需加充氣軟管或塑料管，折疊或卷軸完成臨時打包后進行吊裝。

5.1.3 PTFE膜單元吊裝

根據現場的實際情況，選擇吊車或卷揚機進行吊裝，將PTFE膜單元吊裝至安裝區域（圖3）。膜單元吊運到指定位置后，根據折疊逆向順序把膜單元展開。同時根據設計要求將膜的夾具、螺桿和膜單元連接部位進行拼裝，拼裝結束后通過工裝夾板和鋼拱的邊界進行臨時拉結[6-7]。

圖2 膜展開方向

圖3 吊裝示意

5.1.4 PTFE膜安裝

1）膜材為PTFE的膜屋面能承受較大的張拉應力，安裝完成后，PTFE膜屋面可當工人的臨時施工平臺使用，而材質為ETFE的膜結構不能承受較大的張拉應力。因此，當2種材料同時使用時，其安裝順序為先高后低，先中間后兩邊，先PTFE后ETFE。

2）膜單元展開和組裝時，指定專人負責統一指揮，操作人員到各自負責區域后，按照要求進行組裝和安裝（圖4）。

3）吊車將膜單元提升至主體鋼結構上的錐體標準單元上，在提升過程中，地面工作人員要用毛巾將膜片內面的污漬清擦干凈。

4）高空作業人員將膜單元鋪平蓋在錐體鋼構上，并用2道大繩十字交叉臨時攬住膜單元，為保證膜單元受力均衡及安裝快捷，膜單元四邊應同時安裝。同時為保證膜片安裝位置正確，在安裝膜邊夾板、螺栓時，要先將膜邊拉伸，當膜孔位與繃膜板的孔位對正后，再安裝鋁夾板及螺栓。

5）根據當地室外熱合實驗確定熱合時間、熱合溫度并進行蓋口封合，最終應做到嚴密、無滲漏的標準。

6）所有上述工作完成后進行膜單元表面清理，將PTFE膜表面上多余的膜材、橡膠繩、螺栓等雜物清理干凈，用毛巾擦掉膜片上的浮塵。

5.2 ETFE膜單元安裝

因ETFE單片面積均很小，質量很輕，且承載力較小不能上人，故可將膜單元吊裝至高空進行展開、組裝和安裝。

5.2.1 準備工作

1）將需要安裝的ETFE膜單元，采用人工轉運的方式從堆放場運至安裝位置，鋪設工作人員高空行走及安裝安全網，網眼承受荷載應不低于200 kg/m2。

2）檢查清理膜單元與索網四周接觸的表面，將殘留的飛濺物、尖角清除并打磨光滑，將鋼索穿在膜片內。

5.2.2 ETFE膜單元安裝

1）安裝人員到各自分工的位置就位后，準備好工具，用吊車將ETFE膜單元和所屬的連接索吊裝至安裝單元上并臨時放置在安全網上（圖5）。

圖4 膜展開示意

圖5 膜與繩索整體提升

2）安裝人員將ETFE膜單元展開，展開的各邊與上面的膜附屬鋼結構吻合。展開膜的過程中，應確保膜面清潔無污染。將膜單元全部展開后，根據設計要求復核膜單元周邊尺寸、搭接方向、開孔位置、熱合縫是否達到要求，確保膜面無破損、無瑕疵及無污染，做好檢驗記錄，全部合格后方可進入安裝連接索工序。

3）安裝人員在天溝及鋼箱梁上將連接索安裝就位后，拆除安全網。根據設計要求，對膜的夾板、拉力螺釘與膜元件的連接件進行組裝，然后依次進行其他ETFE膜單元安裝。

4）進行ETFE膜單元表面清理，將膜表面上多余的膜材、橡膠繩、螺栓等雜物清理干凈，用毛巾擦掉膜片上的浮塵。

5.3 膜結構安裝保護措施

1）膜作為一種新型建筑材料，具有強度高、使用年限長、易造型，但又易劃傷、污染的特點，因此施工過程應對各個環節進行嚴格把控。參與膜工程施工的施工人員應掌握各個膜單元節點的連接形式，并通過專業培訓和專業安全教育后才能進入現場。

2）在膜表面安裝之前，檢查與膜表面有關的所有連接點，以確保沒有飛濺、毛刺等現象，并用棉布覆蓋膜的周圍部分。

3）膜片打開后，必須檢查孔位是否正確，膜面有無傷痕和污染。

4）周邊螺栓固定完成后，應逐一進行核查，避免出現螺栓缺少、漏擰的現象。

5）當進行夾板安裝時，必須確保膜的邊緣接觸到上夾板的外側，如膠片線位于兩夾板的中間，應立即停止并及時處理張力。

6）膜面的保護要貫穿從運輸、起吊、展開到安裝的全過程。

7）充分掌握天氣預報，合理安排各膜單元的起吊時間，展開膜單元時應臨時固定。在溫度低于4 ℃時，應停止膜單元安裝工作。

8）安裝人員必須穿軟底鞋進行作業，同時保證鞋底無污染物，嚴禁穿皮鞋或鞋底較硬的鞋子在膜面上行走。在膜片安裝時，不得隨意丟擲工具，以免損壞薄膜表面。固定膜邊界螺栓時，禁止使用活絡扳手進行擰緊。所有的工具必須放在工具袋里，零散物件必須放在容器內，以防散落。嚴禁施工人員雙手拿物體進行上下行走，嚴禁使用有缺陷的工具[8]。

6 結語

大跨度膜結構已被廣泛應用于體育館等大型公共建筑，其中ETFE和PTFE膜材料更是在工程中取得了良好的應用效果。大跨度膜結構屋面，具有工廠集中加工、機械化施工、安裝效率高、無濕作業、無污染、較少影響屋頂以下分部工程施工的優點，屬綠色施工范疇，符合當代建筑的發展趨勢，值得廣泛推廣。