金 振，何 勇，潘国华
（广厦建设集团有限责任公司，浙江杭州 310012）
[摘要]乐清市体育中心体育场屋面采用弯月形非封闭空间索桁体系覆盖PTFE膜材，整个膜屋面共有31组，每组由6个膜片单元组成，单元膜片四周边界分别与压环箱梁、下弦索及钢管拱等进行连接，屋面呈曲面波浪形，交替起伏，结构独特。通过合理优化、对称安装、均衡张拉，确保了膜结构的顺利施工，保证了工程质量。
[关键词]体育场；膜结构；安装；张拉；施工技术
[中图分类号]TU758[文章编号]1002-8498(2016)08-0060-04
1工程概况
乐清市体育中心位于乐清市旭阳路，由体育场、游泳馆和体育馆组成，总建筑面积61 378m2，其中体育场建筑面积21 058 m2。体育场建筑南北长约229m，东西宽约211m，柱顶标高约42m，屋面采用弯月形非封闭空间索桁体系覆盖PTFE膜材，最大悬挑跨度约57m。PTFE膜分为两部分，靠内环单元使用圣戈班PTFE网格膜，面积为2 200m2，其他单元使用圣戈班SF-ⅡPTFE膜材，面积为14730m2，膜屋面总面积为16 930m2。整个膜结构屋面呈曲面波浪形，交替起伏，膜结构曲面波浪由索桁体系上的咖273×10钢管拱支撑成型，在两个波浪的谷底布置索结构下弦索，膜结构轴测图如图1所示。
整个膜屋面分为31组，每组由6个膜片单元组成，单元膜片四周边界分别与压环箱梁、下弦索及钢管拱等进行连接，膜单元布置如图2所示。整个膜结构屋盖充分利用了结构基础的整体承载能力，最大限度地发挥了材料力学的效能，具有设计新颖、结构独特、造型美观、技术难度高等特点。
2工程特点
由于屋盖为索桁体系，在索上安装钢管拱，技术难度非常高。钢管拱在没有跟膜连为整体时是一个可变体系，采取何种临时固定措施非常关键。钢管拱结构的安装误差直接影响到膜的安装质量、张力分配以及整体外观效果。膜屋面共分为31组，每组有6个膜片单元，具有膜结构连接形式多样、膜片单元节点复杂等特点，膜屋面的吊装、安装顺序、预应力张拉方式等都是至关重要的。由于工程复杂，施工过程中对膜屋面应力的测试与监控非常必要。因此，本工程膜结构安装的重点是钢管拱结构的安装、膜屋面的安装与预应力施加、膜屋面应力检测等。
3 钢管拱施工
3.1 地面拼装方法
由于钢管拱矢长在12~17m，矢高在3.9~4. 7m，不能满足运输条件，所以155件钢管拱都由工厂分两段制作后，在现场地面进行拼装，再进行吊装。每件钢管拱放置4件铁马凳作拼装胎架，拼装胎架离地面高度1m。将每个钢管拱的矢高和矢长投影到地面上，以检验钢管拱的拼装质量。
3.2 走道及操作平台安装
考虑到整体工期及安装钢拱与膜结构施工人员的操作需要，采取钢爬梯平用的方案搭设走道和操作平台。制作单节长度6~9m的钢走道，钢走道上捆绑木板使钢走道一面形成平面，使用1~ 2t尼龙吊带将钢走道捆绑于径向索上，下挂高度1. 2m，吊点间距3m，如图3所示。1台起重机吊装走道，1台吊装吊笼，安装第1段走道时，人站在吊笼内进行走道安装。
3.3连接耳板安装
索桁体系地面拼装完成后，将连接在索夹上的连拱耳板在地面安装完成，待索桁体系提升、张拉．结束后，连拱耳板也随索桁体系安装到位，接着再安装钢管拱。
3.4吊装钢管拱
根据膜屋面的安装顺序，钢管拱分别从②和95轴向32和65轴方向进行安装（见图4），同一膜单元内钢管拱安装顺序如图5所示。钢管拱矢长在12～17m，采取3点吊装，中间钢丝绳加葫芦可以调节钢管拱的位置。待钢管拱吊装至安装位置后，先将一端连接插板插入钢管拱内开槽处，然后安装另一端，最后将2根缆风绳临时固定，点焊完成后再松钩。
3.5 钢管拱测量纠偏
钢管拱吊装之前，在钢管拱最高点提前绑好2根缆风绳，钢管拱吊装后，2根缆风绳分别从2个方向进行纠正和固定。采取土洋结合的方式进行钢管拱的测量定位。“土”即在钢管拱最高点绑扎1根钢丝，下吊线锤，根据钢丝的投影点和钢管拱下调节索的位置关系，进行调节；“洋”即在钢管拱最高点下口部位提前做好标定，利用激光铅垂仪的投影点来调节钢管拱的偏差。待钢管拱测量纠偏完成之后，立即进行焊接钢管拱与连拱耳板之间的焊缝。钢管拱安装完成后进行膜结构施工。4膜结构安装
4.1膜材裁剪
索、附属钢结构施工完成后对每个单元采用全站仪进行相对位置测量，根据实际测量数据进行膜单元裁剪设计。由于本工程索膜结构为空间曲面，裁剪就是用平面膜材来表示空间曲面，因此裁剪难度很大，通过拉伸试验进行精确确定。膜片下料完成后再根据排水方向和膜片连接节点确定热熔合方案。
4.2膜材运输
最大膜片单元面积约为l80m2，质量约180kg，因PTFE膜不宜折叠，膜包装运输时使用滚轴进行包装。包装完成后，在膜体外包装上标记包装内容、使用部位及膜体折叠与展开方向。在运输时也要充分考虑安装顺序，尽量将膜体一次运送到位，避免膜体在场内的二次运输，减少膜体受损的机会。
4.3现场准备
先将地面位置上的杂物和油渍清理干净，将突出地面的带有锐角的硬物剔除；然后将已经清洗干净的保护膜铺设在地面上并拉设好防护绳；接着将需要安装的膜单元从堆放场运至安装位置；拆除包装，将膜单元展开，检查膜单元周边尺寸、搭接长度、开孔位置、热合缝是否符合要求，检查膜面有无破损，有无瑕疵，有无污染，合格后进入下道工序；最后检查清理膜单元与钢结构接触的表面，将残留的飞溅物、尖角清除并打磨光滑。
4.4膜单元吊装 95轴向32和65
膜片分31纽，将月牙形中部②~95轴的膜组单元标记为M1，将②~32轴的膜片分别标记为M2，…，M16，将95~65轴的膜片分别标记为M2’,M3’，…，M16’。膜结构施工时，首先施工月牙形中部②~95轴的膜单元M1，然后从月牙形的中部往两边对称施工，一边从②轴往32轴安装M2，…，M16，另一边从95轴往65轴施工M2’,M3’，…，M16’。
膜单元施工前，先复核支承结构的各个尺寸，使每个控制点的安装误差均在设计和规范允许的范围内；然后在膜单元安装位置的钢拱上、钢索上每隔2m布置提升吊点，采用人力同步提升膜单元并提升至安装空间位置。膜单元吊装到位后，将膜夹具、螺杆按设计图纸要求与膜单元连接部位组装，组装完成后用工装夹板与钢拱的边界、索的边界作临时拉接。
4.5膜安装张拉
膜与索的边界、膜与钢管拱的边界为固定边界，膜展开后先使用张拉机具将膜与钢管拱的边界、膜与索的边界作临时拉接。当膜单元所有配件都连接上，将膜单元定位点与钢管拱的边界、索的边界进行对正，通过调节螺栓将膜布张拉至安装位置；接着对称地将钢管拱边界张拉到位，并由钢管拱中部向两边依次安装膜附件及螺栓；最后在索的边界进行对称张拉并安装不锈钢卡具，通过膜组单元张拉微调完成整组膜组单元的张拉工作。依次进行其他膜组单元安装。如图6所示为膜结构安装完成后膜片与下弦索、钢管拱的连接情况。
体育场内侧膜单元为网格膜，网格膜下有索网。先将膜在地面展开，穿入索网的横向拉接索，接着穿入索网的纵向索，然后将膜与索网整体提升到安装位置，在高空进行索网与边索的安装，再安装张拉膜单元，最后安装不锈钢拉杆。
4.6膜张拉顺序
膜结构安装过程即为预应力施加过程，每个膜单元施加预应力时采用“先短边，后长边；先边角，后中部；对称张拉”的施工方法。每个膜单元的6个膜片标识为膜片1、膜片1’、膜片2、膜片2’、膜片3、膜片3’，张拉顺序为：膜片1、膜片1’→膜片2、膜片2’→膜片3、膜片3’。每个膜片的张拉顺序为：先同时安装张拉钢管拱边，再同时安装张拉下弦索边。张拉时逐步均衡给膜面施加预张力，膜组单元张拉顺序如图7a所示，膜片张拉顺序为先同步对称张拉短边，再同步对称张拉长边（见图7b）。
4.7膜张拉控制方法
在张拉过程中整个结构的刚度尚没有完全建立，某些构件的超载对结构施工的稳定性影响较大，因此必须严格控制膜张拉的应力与应力施加间隔。
1)张拉螺杆位移控制 第1次位移量为设计位置量的50%，第2次位移量为设计位置量的30%，第3次位移量为设计位置量的20%，位移允许偏差±10%。
2)预应力施加间隔 每次施加预应力间隔24h。第2，3次施加预应力时，各工作点位人员随时观察膜面张紧度，遇有应力集中的情况应及时调整，避免膜面破坏。膜单元张拉完成后，安装焊接盖口膜。
4.8膜安装质量检测
1)膜单元应力检测
2)撕裂强度检测
靠近环索处的膜单元为网格膜单元，网格膜单元与附属索网一起构成整体受力单元，为确保索膜的共同抗风要求，进行索鞘撕裂强度检测。经试验确定，索鞘处膜材在受力超过要求时，主膜撕裂而索鞘处膜材完好，满足设计要求。
4.9成品保护措施
膜是一种新型建筑材料，具有强度高、使用年限长、易造型、但又易划伤的特点，施工过程控制尤为重要。膜面安装前需检查所有与膜面相关的连接点是否有飞溅、毛刺等现象，确保无锋利刺口。膜面安装前，用棉布将周边可能伤及膜的构件进行包盖；周边螺栓固定结束后，逐一进行检查，保证做到螺栓无缺少、无漏拧。安装夹板时，必须确保膜边绳边露在上夹板外侧。安装人员在膜面行走时必须穿软底工作鞋，保证鞋底无污染物。
5 结语
乐清市体育中心体育场屋面覆盖PTFE膜材，整个膜屋面共有31组，呈曲面波浪形，交替起伏，设计新颖、结构独特。通过合理优化、对称安装、均衡张拉，膜面成型后膜面平整光滑，外观质量符合要求，膜面无褶皱和撕裂现象，经检测相关参数符合要求，确保了膜结构的顺利施工，保证了工程质量。乐清市体育中心一场两馆工程获得了2013年度中国钢结构金奖。
