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                  膜結構在港口建筑中的應用-項目案例-污水池加蓋-反吊膜|膜加蓋-除臭加蓋-膜結構公司-上海華喜膜結構工程有限公司
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                  膜結構在港口建筑中的應用

                  發布時間:2019年9月21日 點擊數:1050

                  引言

                  膜結構又叫張拉膜結構 (Tensional Membrane Structure) , 是21世紀最具代表性與充滿前途的建筑形式。使建筑不再是直線塊體的堆砌, 而是以優美的曲線造型取而代之, 給建筑設計師提供了更大的想象空間和創造空間。膜結構建筑呈現明亮、簡約、輕快、柔美的感覺, 并能帶給人一定的視覺沖擊力, 同時體現了建筑物力與美、剛與柔的完美結合, 給人一種新鮮新奇的感受。

                  膜結構是一種高強度柔性薄膜材料與鋼結構支撐相結合的結構體系, 其整體結構可以承受一定外部荷載。這種結構形式特別適用于大型的大跨度體育中心、展覽會場、大型Shopping Mall、造型小品、入口廊道等大跨度建筑中, 以及進出港大門、高速公路口等交通服務設施中。膜結構建筑的造型自由、重量輕巧, 具有阻燃、生產制作簡單、安裝快速、節能、安全等優點, 因此被廣泛應用在世界各地。

                  自上世紀70年代以來我國大陸地區, 一些高等學府、設計單位、科研機構開始進行膜結構的研究。一些關鍵的技術也獲得了一定的進展, 為我國的膜結構的發展應用建立了一定的基礎。現在這種建筑形式越來越多的運用到港口建筑中, 使傳統單調的工業型建筑注入了一絲活力, 給人以耳目一新的感覺。

                  1 膜材料

                  1.1 PVDF膜材料

                  聚偏二氟乙烯 (Poly vinylidene Fluoride) 的簡稱為PVDF。在PVC膜表面處理后再增加PVDF (聚偏二氟乙烯) 或PVF (聚偏氟乙烯) 樹脂涂層, 使其具有更好的自主清潔性能和抗老化耐久性能, 材料構成為:高強聚酯織物布基+PVC涂層+PVDF或PVF面層。這種類材料具有很好的物理和化學性能, 如高強度、阻燃性、自清潔性能、耐久性及耐腐蝕性等。0.6~1.2 mm為一般常用的膜材料的厚度, 其可見光的透光率在6%~12%之間, 耐火等級一般為B1級, 使用年限在15年以上。

                  1.2 PTFE膜材料

                  聚四氟乙烯 (Polytetrafluoroethylene) 的簡稱為PTFE。在大自然中, 聚四氟乙烯樹脂本身已經具有很好的化學穩定性, 在高強超細玻璃纖維布基上涂上該種涂層。該類材料具有高強、自潔、耐久、耐火、耐腐蝕等優異的物理和化學性能。厚度僅0.8 mm的中等強度的PTFE膜材, 其拉伸強度就已達到了鋼材的水平。其具有獨特的光學性能, 可見光的透光率在10%~20%之間, 對熱能反射率73%, 熱吸收量很少, 夜間高反射性能使房間具有優良的照明效果, 減少能耗, 并可在夜空中渲染出建筑物的璀璨效果。白天入射光線為自然溫射光, 無陰影, 防止耀眼, 光線均勻分布;幾乎沒有紫外線, 防止了內部材料和設備的褪色。耐火等級可達到A1級標準, 使用年限在30年以上。

                  由此可見, PVDF類和PTFE類膜材料作為用于在惡劣的環境條件下的“建筑材料”, 如沿海港口和其他具有常年濕潤及腐蝕性環境的區域, 均具有良好的物理特性和化學穩定性。由于樹脂材料及表面涂層材料的不同, PTFE膜材料性能更好于PVDF類材料, 但同比造價高于PVDF類材料。

                  2 結構類型

                  膜結構按結構可分為:充氣式膜結構、張拉式膜結構、支撐式 (骨架式) 膜結構3種形式。

                  其中支撐式 (骨架式) 膜結構應用最為廣泛。骨架式膜結構是將膜體元件覆蓋或懸掛在穩定的骨架上, 然后通過設定的預應力裝置施在膜體元件上, 從而形成具有一定剛度的膜結構。此結構形式與傳統鋼結構的相比較的優勢在于其膜體元件可以使骨架外露, 避免其結構受到室內腐蝕性氣體的浸蝕, 減少主體鋼架結構的維護費用, 增加了使用年限。

                  膜材料本身具有較大的抗拉強度, 針對大跨度 (84 m以下) 、大開間柱距 (24 m以下) , 因此, 骨架式膜結構建筑的支撐骨架另一優勢就是, 其平面布局可以根據工藝的使用需求靈活布置, 進而減少了結構用鋼量, 同時縮短了鋼結構加工周期, 加快施工周期, 取得比傳統鋼結構建構筑物更大的經濟效益。

                  膜材料本身已經具有良好的氣密性和水密性, 進而通過特殊的鏈接方式, 使得膜結構建筑可用于對水密或氣密具有較高要求的特殊環境, 如圖1、圖2所示。

                  圖1 膜材料之間射高頻熱合縫

                  圖1 膜材料之間射高頻熱合縫   下載原圖

                  圖2 膜體單元現場接縫

                  圖2 膜體單元現場接縫   下載原圖

                  另外, 膜結構建筑使用的膜材料還具有很好的耐久性和自潔性, 比常規彩鋼屋面具有較好的經濟效益。通常膜材料在使用過程中不需要任何維護, PVDF類膜材和PTFE類膜材的使用年限均可達到15年以上, 后者甚至能達到30年。現階段該產品在港口建筑中也有著廣泛應用, 如:大型倉庫、堤頭燈、進出港大門等。

                  3 骨架式膜結構的應用

                  3.1 煙臺港某化肥庫骨架式膜結構

                  煙臺港擬建大跨度化肥庫 (390.0 m×84.0 m) 若采用傳統彩鋼板屋面形式, 彩鋼板屋脊處坡度較緩面板固定鉚釘較多, 施工時很難保證每個鉚釘都不漏水, 在使用中屋面漏水現象嚴重且很難解決。隨著時間的推移鉚釘孔處也很容易發生銹蝕。在長期的使用過程中接連部位的鉚釘也有會出現一些松動現象。綜上所述多種原因使庫內的堆存貨物很容易發生變質, 會造成巨大的經濟損失。如圖所示采用的骨架式膜結構形式的新建化肥庫, 則可避免以上遇到的各種問題, 同時也解決了化肥釋放的腐蝕性氣體對彩鋼板侵蝕的影響。

                  擬建化肥庫390.0 m×84.0 m, 庫內最小凈空16.0 m, 如圖3所示。膜骨架管桁架間距24 m。鋼結構支撐的基礎點位及組合管桁架為常規結構的一半, 土建費用也相應減少至少20%。同時體現了港口建筑所具有的功能性、技術性和藝術性的綜合特征。

                  圖3 煙臺某化肥庫鳥瞰

                  圖3 煙臺某化肥庫鳥瞰   下載原圖

                  3.2 天津南港骨架式膜結構堤頭燈

                  隨著大港港區 (南港工業區港區) 防波堤及口門的不斷完善, 為保障來往船舶通航安全, 展示南港工業區港口形象, 在口門處適當位置設置堤頭燈。位于大港港區最東端, 分別布設于防波堤南北兩側堤頭處。堤頭燈基礎為高樁墩臺式結構, 基礎平臺為圓形, 直徑12 m。基礎承臺頂面高程10 m, 燈身高25 m (燈高距基礎平臺) , 頂部設置燈籠高程為35 m, 燈光焦面高約31 m。南堤燈樁燈質采用等明暗紅4 s, 北堤燈樁燈質采用等明暗綠4 s。為滿足使用功能要求及考慮海上施工的困難, 該項采用骨架式膜結構堤頭燈燈身, 膜本身具有一定的透光率, 白天無需采光;夜間照明以內膜反射光源光線的方式來實現, 無眩光增強堤頭燈在夜間使用功能。

                  在燈樁頂部處設有觀光平臺, 直徑為4.2 m, 可供旅游、參觀功能, 筒體底層設有設備間及鍍鋅鋼螺旋樓梯一部, 分為3段, 每段6 m。可直通頂部觀光平臺, 筒體外飾面采用1.2~2.2 m寬 (由上之下逐漸加寬) 紅 (綠) 、白相間環保節能材料四氟乙烯膜 (ETFE) 制成的氣枕, 觀光平臺采用亞光厚壁不銹鋼欄桿, 基礎平臺四周均設有花崗巖材質的欄桿, 見圖4、圖5。

                  圖4 南堤頭燈

                  圖4 南堤頭燈   下載原圖

                  圖5 北堤頭燈

                  圖5 北堤頭燈   下載原圖

                  上部結構的混凝土強度等級采用C40。鋼筋混凝土樁身須在基礎墩臺施工結束后進行施工, 因基礎平臺面積較小, 缺少施工作業面, 施工難度較大。由于采用骨架式膜結構樁身, 結構主體擬采用分段預制, 每6 m一段現場拼裝。縮短了海上施工作業時間和工作難度。該項目已于2015年4月通過竣工驗收交付使用, 且得到了使用單位的好評。

                  3結語

                  目前膜結構在我國港口建筑中尚處于小范圍的使用階段, 但隨著經濟的發展, 新工藝、新材料、新設備的出現, 人們越來越強調愉快、富有人性的生活及生產環境, 有“軟雕塑”之稱的膜結構建筑, 在藍天、白云、碧草、水光的映襯下, 那極富藝術表現力的空間曲線, 以及那活潑、自由、灑脫的造型特點, 既能極大地激發建筑師們的設計靈感, 又能使傳統單調呆板的港口工業型建筑注入了一絲活力, 更能充分展現各個地區港口的個性化和多元化特點。膜結構建筑具有很強大的生命力, 自重輕、跨度大、造價低, 可以最大限度發揮材料特性, 其工程的規模可大可小, 壽命可長可短, 色彩可素可花, 在建筑業的百花園中, 已占有一席之地, 可以預期, 這朵嶄新的建筑之花必將在港口工程中盛開、怒放。

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