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景观膜结构膜材撕裂的问题分析及解决建议

  某景观膜结构使用膜材为PTFE,这个膜工程造型由几个伞状物连在一起组成。膜结构整体撕裂,而且撕裂部位不是沿热合线裂开,整个屋面像气球爆裂,PTFE膜材这样撕裂,应力集中肯定很高。栀杆顶部的残余索膜毛边是撕裂的,比较整齐的边缘可能是拆膜时剪下来的。设计充分考虑了该地区的多雨和降雪,在屋面钢构与膜连接四周做了天沟,并且膜是直接覆盖在天沟边界的,所以雨雪本不应在膜面产生堆积效应而导致膜面整体破裂,钢构外形是两个圆柱面相切。在左右两个圆锥体单元沿着屋面两端延展时,充分考虑了曲面平衡问题,提高了计算和设计强度,但没有采取相应加强措施;膜材强度通常是由风载控制,如果施工过程中预应力施加不均匀有可能导致膜顶破坏;再有种可能就是PTFE膜被折过,膜里面玻璃纤维断了,结构只在相邻柱子间连有脊索而其他方向没有,对于面积稍大的膜结构,这种方式显然不行;环向应力抵抗的是上拔风,对于这种结构造型,由下压风(与雪荷载同向)造成损坏的概率越大一些。

  初始撕裂位置是该景观膜结构问题的关键,初始撕裂大多数是由微小口子引起的。撕裂强度要比拉伸强度低很多,很小的口子受载后就可能产生撕裂。如果膜张拉不正确,风的振动影响会使情况变的更糟糕。在装配、折叠、运输、展平、接缝、施工或张拉过程中对膜的错误操作都可能产生小切口,在风载下小切口可能不断扩大,因此要定期检查和维修张拉膜结构。

  与通常相反,膜材破裂很少发生在热合缝处。如果膜材发生大面积撕裂,一般是沿正交方向,膜材没有剪切刚度,一定是沿较大主应力方向。热合缝往往并不与较大主应力方向一致。热合缝的双层区域的撕裂强度远大于膜材其他位置的撕裂强度,即便在热合缝附近产生初始裂缝,也一定沿正交方向发展。该景观膜结构由多个相连的锥形单元所组成,对这种形状的体系,膜沿径向承受雪载等荷载时,同时在环向则承受风载作用。雪遇到相当光滑的膜面时就滑到膜的底部,而风可使雪进一步产生堆积,使膜的局部荷载系数达到2甚至5,此荷载由膜沿径向来承受,如果膜结构没有被径向索拉紧,或根本没有径向索,膜结构低洼处的应力集中就会向锥顶部转移,而不是由索来分担,则膜就会从顶部撕裂。通常膜锥顶部撕裂会引起雪的移动,雪的移动又会引起荷载转移。另外,膜结构周围有刚性边界,雪沿着普通屋面滑动到索膜处而被膜结构边缘挡住,同时落到膜结构高处的雪也会滑下,使得局部膜应力很高,由于膜结构承受了突加大荷载,膜就可能产生大变形而接触到尖利物体或绕拉索缠绕过多,使膜面产生小裂口,膜结构对突加荷载很敏感,因此会产生大面积撕裂。

  综上所述,景观膜结构的设计计算和施工中除要满足规范和规定外还应特别注意∶荷载的聚集效应;小切口出现的原因;膜的主应力和膜的接合缝的关系;膜结构和相关钢结构的连接关系;荷载的移动变化方向等问题,从概念上和构造上整体设计膜结构并使之越完善。