ETFE膜结构工程.docx
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ETFE膜结构工程
ETFE膜结构工程
1.概述
1.1ETFE膜结构
ETFE膜是乙烯-四氟乙烯共聚体，作为一种新型的建筑材料，具有轻质、高强、长寿命、宽气候带、高透光性、高自洁性、高吸音性、难燃、高耐腐蚀性和成型后良好的保温、隔热性能，且自身可回收再利用，是绿色环保材料。
经过测试，其耐用年限在30年以上，透光率达95%,可在温度-100度---+180度范围内正常使用，满足DIN4102的B1级防火标准。
基于其以上优异的性能，ETFE在出现后仅仅十几年时间，就在世界范围内得到了大量的应用，广泛用于展览建筑、大型商业设施、体育设施、大型智能温室等等领域，其独特的特性，使全新的透明屋顶系统变成现实，为人们带来了前所未有的奇妙感受，使人们可以在室内享受阳光和自然。
图示照片是英国南部康沃尔郡圣奥斯特尔的伊甸园热带植物园，使用4600根钢架搭建了625个蜂巢状六边形，钢架外覆以625个最大单体达80平米的六边形ETFE充气膜单元，并于适当的位置设置了可遥控的通风换气装置。
在北纬50度的地方成功营造了一个生机盎然的热带植物园。
ETFE膜工程实例如：
附图6-89ETFE膜应用实例1
附图6-90ETFE膜应用实例2
附图6-91ETFE膜应用实例3
1.2PTFE膜结构
与ETFE近似，PTFE的发展也仅仅近30年的时间，PTFE的构成为玻纤织物外层涂覆TEFLON而成，同样具有轻质、高强、长寿命、宽气候带、透光性好、自洁性高、难燃、高耐腐蚀性的特点，其优异的张拉性能，使得其在大跨度建筑中得到大量的应用，广泛用于体育场馆、博览会建筑、大型游乐设施、交通设施等等大空间建筑的屋盖系统，以下工程图片充分说明了PTFE膜材的广泛用途。
附图6-92PTFE膜应用实例1
附图6-93PTFE膜应用实例2
2.ETFE与PTFE（Fabrasorb）建筑膜材简介
2.1ETFE
2.1.1分子组成：
材料分子组成25%ethene,75%tetrafluorethene-monomere（乙烯-四氟乙烯共聚物）。
ETFE为热可塑性氟素树脂。
附图6-94ETFE分子组成
附图6-95ETFE涂层示意
2.1.2性能特点∶高透光率：
最大可达90%以上；耐热：
熔点为270℃；耐药品：
不易发生化学反应；非粘着：
自洁性好；自重轻、大跨度、自由度好；表面可印图案、减少透光度；可回收再利用；每个单元跨度受限制；耐久年限∶30年。
膜材制造商∶Dupon，3M，旭硝子等。
2.1.3ETFE膜材料技术数据
附表6-60ETFE膜材料技术数据
重量
350g/m2
厚度
250um
抗拉强度
52N/mm2
抗撕裂强度
30N/mm
防火试验
DIN4102的B1难燃
2.1.4ETFE膜结构气垫单元
附图6-96ETFE膜结构气垫
2.1.4.1根据具体结构分析及建筑物使用功能的要求，ETFE膜结构可采用多层膜材，一般常用的为双层或三层充气膜结构。
充气膜之间的距离将根据具体的充气单元大小来确定。
当充气单元的尺寸变小时充气层间距也随之减小。
本结构中，我们预计采用5m大小的单元来组成。
2.1.4.2ＥＴＦＥ气垫ETFE膜结构的每个单元如同一个一个气袋，因其内部压力（250pa或60mmhq）大于外部大气压，并且足以能够使其承受外部的雨、雪、风荷载。
2.1.4.3气袋内的大气压的大小均通过全自动化计算机控制来调节内部压力，确保每个膜单元达到一个平稳的气压状态。
附图6-97膜单元
2.1.4.4气垫的跨度大小由屋顶的几何形状及外部荷载（风雪）所决定。
长方形宽度4.5m,长度几乎不受控制。
圆形7.5m。
当ETFE与索网结合时,可实现大跨度。
重要的ETFE材料要控制在其弹性阶段。
2.1.4.5室内温度的调节：
室内温度调节通过2大步骤，自然通风系统与人工通风系统。
自然调节是在室内温度达到一定高度时，通过自动打开侧面窗户与顶部窗户来进行整体室内空气的调节，达到空气的流通。
人工通风系统，在自然调节的基础上，由计算机控制，采用自动化调节充气系统的风质量。
附图6-98侧面窗户换风系统
附图6-99顶部窗户换风系统
2.1.5遮阳措施：
ETFE膜材表面可以涂上各种颜色及图案。
涂层的主要目的是降低减少外部热能进入室内。
现在，人们主要不断的采用相同的图案其原因是要降低制作新模型的成本。
附图6-100ETFE膜材表面颜色及图案示例
2.1.6ETFE自洁性
ETFE具有独特的自洁性，并具有很高的表面抗附着性。
每个气垫都有其曲率的表面，在下雨时，雨水自然将表面的尘土冲洗干净。
一般情况下，ETFE表面的尘土不需要人为清洗。
但在高灰尘的区域，可用水来冲洗，但不要用任何布或毛刷。
但要比玻璃清洁好且持续时间长。
2.1.7双层充气式膜结构：
附图6-101双层充气式膜结构
2.1.8ETFE充气膜室温控制：
附图6-102双层ETFE充气膜与三层ETFE充气膜的U-values值
2.2PTFE（Fabrasorb）
2.2.1材料分子组成：
Polytetrafluoroethylene聚四氟乙烯，在极细的玻璃纤维（3微米）编织成的基布上涂上PTFE树脂而形成的复合材料。
涂层材料--聚四氟乙烯树脂（PTFE）
基布材料--玻璃纤维
附图6-103PTFE分子组成附图6-104PTFE膜构造
2.2.2特点和技术数据
附表6-61PTFE膜结构技术参数
序号
项目
参数
1
透光率
21%左右
2
光反射率
79%左右
3
厚度
410um
4
重量
489g/㎡
5
抗拉强度
214×171（㎏/3㎝）
6
抗撕裂强度
18×13（㎏）
7
通气量
6~15（ml/cm2·sec）
8
耐热性
-180度~+260度
9
耐燃性
UL-94,V-0,OxygenIndex>95，酸素指数95以上
10
抗化学性
几乎对所有的化学品不反应
11
电气特性
低介电常数，有良好的绝缘特性
12
耐气候性
适应气候性非常强。
13
抗污染性
灰尘很难沾付在上面
14
摩擦系数
固体中的最小摩擦系数
15
耐久年限
30年
3.膜布置方案
3.1主结构布置方案
附图6-105主结构布置图
3.2开启屋盖布置方案
附图6-106开启屋盖布置图
4.结点构造图
附图6-107结点构造详图1
附图6-108结点构造详图2
附图6-109结点构造详图3
5.充气装置
附图6-110充气系统构造图
附图6-111充气装置图
6.内膜开启方案及实例
6.1折叠式开启屋面
附图6-112折叠式膜结构上节点
附图6-113折叠式膜结构下节点
附图6-114折叠式膜结构打开状态剖面
附图6-115折叠式膜结构打开状态平面
附图6-116折叠式膜结构关闭状态平面
附图6-117折叠式膜结构关闭状态剖面
附图6-118折叠式膜结构装置打开状态
附图6-119折叠式膜结构装置关闭状态
6.2卷轴式开启屋面
附图6-120卷轴式开启屋面
7.充气膜及张拉膜施工方案
7.1施工准备
7.1.1工地状况的确认
7.1.1.1将工地的全体工程的进度状况做确认。
7.1.1.2将关联工程的工程进度状况做确认。
7.1.1.3确认施工范围的现状。
7.1.1.4对所有状况进行商讨及调整。
7.1.1.5现场预留仓库：
总面积需1000m2，远离粉尘并运输便利。
7.1.2作业路线的确保
7.1.2.1保留出入车辆的行经路线。
7.1.2.2起重机的作业范围、预留距离等告知其他作业者。
7.1.2.3将障碍物等的移动及撤去。
7.1.2.4如有必要则进行整地、及敷铁板。
7.1.3其它方面
7.1.3.1膜及配件、钢索、机电设备等运输到施工现场后专门搭设货物仓库。
7.1.3.2保证施工道路的畅通及本工程文明施工的需要，膜及配件、钢索、机电设备等集装箱运输至施工现场后直接卸放在该堆场内，卸车后不要开启箱盖，以免造成损坏或遗失。
为防止雨水对箱体的侵蚀，应用彩条布将包装箱覆盖。
待施工时，将膜布、配件、钢索、机电设备从箱内取出，按施工区域依次就位。
7.1.3.3待货品到达现场后，应指派专人在堆场内进行值班，负责安装工具及五金件的看管工作，保证所有物件完好、不丢失。
7.1.3.4工程办公室安排在距离施工现场较近的位置，包括1间办公室及1间卫生间；职工宿舍不安排在施工场区内。
7.1.3.5认真熟悉图纸和施工方案，了解工程各部几何尺寸。
7.1.3.6要求对所需材料的规格、型号、数量与图纸认真核对，做到准确无误，并且有合格证。
若无合格证或有质疑时，必须进行复验。
同时应符合规范要求，并做好检验记录和标识工作。
7.1.3.7备好施工用料和施工机具。
7.1.3.8做好支撑钢结构、预埋件等的检查工作，保证其位置及尺寸正确无误，以防延误工期，同时做好中间交接记录。
7.2搬入计划
7.2.1养护
在工厂加工完了后的膜材料，经过制品检查终了后，于出货前有以下几点必须注意。
请多多留意。
7.2.1.1依材料清单确认数量。
7.2.1.2寄货单等是否贴在正确的位置并以能确认的寄货单贴付。
7.2.1.3防止翻倒滑动以架台固定之。
7.2.2出货
7.2.2.1事前协议并依订定之输送计书顺序行事。
7.2.2.2输送中必牢固绑紧制品以免翻倒受损。
7.2.2.3尽量下工夫减少堆积层数若为堆积运送，则一定要用间隔材、分离材等适切保护之。
7.2.3搬入
在现场搬入时应注意以下事项小心搬运且一定要遵守。
7.2.3.1材料入场时，一定要整理放置场及其附近环境。
7.2.3.2材料装柜时，注意不要一边倒。
7.2.3.作业前必先取得关联工作人员的确认以便统一行事。
7.2.3.4若有必要设置监视员.路障等。
7.2.4卸货
7.2.4.1设置木材.架台等，并将货置于其上。
7.2.4.2以重机慎重地将制品小心卸下。
7.2.5养护及其他
7.2.5.1卸下之材料行临时固定，并加以养护。
7.2.5.2随天气状况的变化，与负责人商讨对应之。
7.2.5.3强风时施行倒塌防止措施。
7.3膜现场安装
7.3.1工艺流程：
（见下页）
7.3.2总体安排
在业主及设计单位批准施工图纸后，分别进行膜面、配件、钢索、机电设备的加工工作，再分批运输至施工现场进行安装。
施工时，在钢结构主体全部或部分安装完成并完成表面终饰后，开始安装膜结构。
7.3.3施工方法
7.3.3.1施工脚手及操作平台搭设
1）尽量利用主体钢结构的上下弦搭设悬挂式或悬挑式操作脚手平台。
平台顶面应低于安装面，宽度不小于80cm，并在外侧设置安全防护栏杆。
搭设完成后，平台表
面用竹笆满铺。
附图6-121膜结构施工工艺流程
2）搭设脚手平台及拉设安全绳网时，凡与主体钢构接触的物件，必须用棉布衬垫，防止损坏结构表面油漆。
3）所有平台搭设完成后，外围应设置安全防护栏杆。
4）每处脚手平台搭设完成后，应由专职安全员进行安全检查，验收合格挂牌后，方可使用。
5）所有脚手平台的搭设及验收应依照《建筑施工普通脚手架安全技术规定（试行）》及《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范》进行。
7.3.3.2ETFE膜面铺设
1）膜面安装必备条件：
钢结构必须安装完毕，操作脚手平台及登高脚手必须安装完成，并应满足设计要求：
结构整体是安全、稳定的；相关区域内构件的涂装必须施工完毕；该膜单元组供气系统及设备安装调试完毕；膜面安装技术指导抵达现场，对现场情况全面检查后同意开工；
2）膜面安装要求约放置一定数量的膜面固定材料以及临时张拉工具。
膜面固定材料及临时张拉工具包括铝合金压条，膜面螺旋夹，白色夹具，拉条及卸甲，绳索紧绳机，钢丝绳紧绳机，紧固钳和Ф14尼龙绳。
3）装膜面的手工工具分发到各个班组。
手工工具包括大力钳、套筒扳手及带安全挂钩的工具袋。
4）膜面就位：
根据膜面安装部位确认相同编号的膜布；膜布的外层包裹着很厚的塑料纸，每一层之间摆放有硬纸筒，将膜布从包装箱内取出时，吊装用索具为4根1.5t绳圈。
起吊时，为防止绳圈直接接触膜面造成膜布上产生折痕，应将绳圈从硬纸筒内穿过，然后用吊车将膜布就位至安装位置下方搁置平台的中心并使用卷扬机将膜块吊至安装面。
5）展开膜布：
膜面展开必备条件：
当天风力不大于5级（风速小于8.2m/s）；且非大雨天。
平台面必须清扫干净，不得有任何尖锐物体。
所有参展膜面展开工作的人员，必须穿软底胶鞋。
待安装膜单元区域已拉设好临时绳网并张紧。
膜吊装过程中应注意：
①应由专人负责统一指挥；②确保膜布的任何处不与钢结构相接触；③保证上升速度均匀；④有专门技术人员跟踪监督。
膜布展开时，随时观测膜布外观质量，发现因制作引起的破损、构丝及不可清除的污迹，及时通知有关方面。
6）膜固定（以一个单元为例）
第一，膜单元于绳网上按折叠或卷制顺序反向打开。
膜单元展开后，必须立即于膜上方拉设反绳网并张紧。
第二，使用膜夹板及紧线器，按1米间距将膜边夹紧并拉伸至固定位置。
第三，使用铝压条固定膜单元周边
膜布安装时，操作工人的手套必须是干净的、无油污的；鞋子必须是软底胶鞋；安装工具放置时一定要平稳摆放，使用时必须做到是安全的、可控制的；小工具必须放置在工具包内。
膜面安装完成后保证膜布不破损，表面不被污浊。
7）膜单元组安装完毕后，对膜进行充气。
同时松开临时绳网及反绳网。
8）按同样程序进行下一组膜的安装。
9）全部安装完成后，对整个系统进行全面的检查和调试。
7.3.3.3PTFE膜面铺设
1）膜面安装必备条件：
同ETFE膜。
2）膜面就位：
同ETFE膜。
3）展开膜布：
同ETFE膜。
4）膜固定（以一个单元为例）
第一，于看台上将膜单元展开，于相应位置安装铝合金条及其他所有膜配件。
第二，吊起膜单元到安装位置，将膜单元与运行机械连接
膜布安装时，操作工人的手套必须是干净的、无油污的；鞋子必须是软底胶鞋；安装工具放置时一定要平稳摆放，使用时必须做到是安全的、可控制的；小工具必须放置在工具包内。
膜面安装完成后保证膜布不破损，表面不被污浊。
5）膜单元安装完毕后，对此膜单元进行调试。
6）按同样程序进行下一组膜的安装。
7）全部安装完成后，对整个系统进行全面的检查和调试。
8.主要施工设备
附表6-62膜结构安装主要设备
编号
设备名称
用途
1
500公斤紧绳器
临时牵引膜块及张拉副膜
2
铝夹板
临时固定膜边界
3
绳梯PVC覆盖物
防止绳梯碰坏膜面
4
棘轮带2.5t（白色）
临时牵引、固定（可在膜面上用）
5
棘轮带2.5t（带挂钩）
临时牵引、固定
6
焊接垫板500x200（表面无附加层）
焊接未成型面时用
7
焊接垫板500x200（表面有附加层）
焊接成型面时，垫于背面，防止变色
8
拉夹（用于角钢11）-直型
边界固定11型夹具
9
拉夹（用于角钢11）-角型
隅部固定11型夹具
10
PVC安装覆盖膜16X3m
包裹钢结构，防止结构尖锐处碰坏膜
11
磁性PTFE焊熨
用于单侧无法加垫时的膜焊接
12
紧绳器紧绳Ø4.5a'5m
用于紧绳器
13
紧绳器紧绳Ø4.5a'20m
用于紧绳器
14
紧绳器紧绳Ø4.5a'30m
用于紧绳器
15
500KG紧绳器张拉柄（包括扳手）
临时牵引膜块及张拉副膜
16
紧绳器3.2t
临时牵引膜块及张拉副膜
17
6t简易吊车
临时起吊
18
3t简易吊车
临时起吊
19
1.5t简易吊车
临时起吊
20
0.75t简易吊车
临时起吊
21
PRS带1m（带三角）
牵引膜
22
PTFE焊接工具（1调节器，1焊熨，1冷熨，1架子）
焊接用
23
起重带2tx1,5m
起吊膜等易破物
24
电动订机
固定底层副膜
25
尼龙绳Ø10250m
牵引膜用
26
尼龙绳Ø6500m
牵引膜用
27
焊接胶粘卷200m
焊接助焊剂
28
PVC透明软管a´50m
绳网保护管
29
10t液压泵（黄色）
预张膜面
30
千斤顶（红色）
预紧钢索
31
EPDM橡胶垫圈Ø6mm
非结构防水要求处密封，需与32配合
32
射钉枪AMDM18
固定夹板
33
注胶枪350
非结构防水要求处灌胶密封
34
Ø14割孔机
膜面割孔
35
扭矩扳钳
测张拉力
36
尼龙锤Ø50
37
钢索切割机
切割钢索用
38
大助力扳手
用于需较大扳力的位置
39
艾伦内六角扳手棘轮1/2"
用于需较大扳力，空间又小的位置
40
PTFE焊熨盖
防风
41
钢索夹
索引钢索时的夹头
42
送缆器
钢缆输送用
43
焊接紧钳
保证焊熨与被焊面贴合紧密
44
热汽枪
形成热熔保护/密封层
45
热割绳器
切割助焊带
46
绳梯（带吸盘）
当膜面封闭后，在光滑膜面上行走时用
9.施工进度保障措施
9.1施工进度计划见工程施工总进度（附后）；
9.2充气膜结构须根据屋顶次结构布置进行膜单元加工，设计单位应尽早提供施工详图，使膜结构提前进行详图设计、加工；
9.3钢结构施工分部分进行验收，尽早为膜结构施工提前插入创造条件；
9.4膜结构使用材料ETFE需要进口。
为加快进度，便于施工统筹安排，膜材进口，进行国内热合；
9.5现场安排一套加工设备，便于膜结构临时加工的需要。
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