一种大曲率大跨度多层ETFE充气膜结构及其施工方法与流程

一种大曲率大跨度多层etfe充气膜结构及其施工方法
技术领域
1.本发明属于etfe膜结构施工技术领域，涉及一种大曲率大跨度多层etfe充气膜结构及其施工方法。


背景技术：

2.etfe膜(乙烯-四氟乙烯共聚物膜)作为结晶性高聚物，熔点为256～280℃。烯烧时可自熄。其抗剪切机械强度高，耐低温冲击性能是现有氟塑料中最好的，从室温到-80℃都能够有较高的冲击强度，化学性能稳定，电绝缘性和耐辐照性能好。现有技术中对大曲率大跨度的etfe充气膜结构并无具体的、实用性高且易于安装的施工方法，多数是简单安装，未考虑自然因素对大曲率大跨度多层etfe充气膜结构的影响。


技术实现要素：

3.本发明在于提供一种大曲率大跨度多层etfe充气膜结构及其施工方法，通过找形分析、载荷分析、裁剪分析优化etfe膜结构，达到大曲率大跨度多层etfe膜结构稳定的目的。
4.为了实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：
5.一种大曲率大跨度多层etfe充气膜结构施工方法，屋面拼装、滑移就位安装拱梁结构，对其进行焊接、涂料，加固稳定；优化etfe膜结构，进行找形分析、载荷分析、裁剪分析，安装智能充气系统，etfe膜结构与拱梁连接。
6.优选的，所述拱梁结构为单管拱梁钢结构，最大长度为61.9m，最大宽度为23.5m。
7.优选的，所述屋面拼装、滑移就位安装拱梁结构包括应用数控相贯线切割主要受力构件，自制拼装胎架装置拼装钢梁，地坦克搬运车进行钢梁滑移到位。
8.优选的，所述找形分析包括确定结构的初始几何形体。
9.优选的，所述载荷分析包括确定结构的动力特性和动力响应。
10.优选的，所述裁剪分析包括采用几何非线性有限元分析法，将膜材空间预应力状态还原为平面无应力状态进行裁剪。
11.一种大曲率大跨度多层etfe充气膜结构，包括若干个充气叶片和拱梁；
12.所述若干个充气叶片堆叠安装形成气枕件，相邻的两个充气叶片堆叠的中空空间形成空气腔；所述拱梁的上端安装有协调件；所述气枕件的侧端和协调件固定连接。
13.优选的，所述协调件包括维护轨道、固定架、充气设备管道和智能控制单元；所述固定架的下端和拱梁的上端固定连接；固定架的侧端和充气叶片固定连接；所述充气设备管道和智能控制单元安装在固定架内；所述维护轨道安装在固定架的上端。
14.优选的，所述气枕件设置有进风口，所述充气设备管道和进风口连通。
15.优选的，所述气枕件的外端设置有水槽，所述水槽包围气枕件。
16.本发明的有益效果：本发明采用屋面拼装、滑移就位安装拱梁结构，减少屋面施工荷载、保护原混凝土结构、防止钢结构变形，优化etfe膜结构，进行找形分析、载荷分析、裁
剪分析，多层充气叶片形成的气枕结构，一方面通过充气使得叶片内部具有一定的压力，从而抵抗外界荷载，如风、雨、雪等而引起的立面变形，另一方面，多层膜结构所形成的空气腔可以增加其热阻，提高膜层的保温性能，多种分析使得膜结构形体合理，减少自然环境下对膜结构的影响。
附图说明
17.图1是本发明施工方法流程示意图。
18.图2是本发明整体结构侧面剖视图。
19.图3是本发明部分结构放大示意图。
20.图4是本发明整体结构示意图。
21.附图标记说明如下：1-充气叶片；2-拱梁；3-气枕件；4-空气腔；5-协调件；6-维护轨道；7-固定架；8-充气设备管道；9-智能控制单元；10-进风口；11-水槽。
具体实施方式
22.下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例，应理解，本技术不受这里公开描述的示例实施例的限制。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
23.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
24.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
25.在本发明实施例中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
26.本发明提供了附图1～4，本发明实施例中，一种大曲率大跨度多层etfe充气膜结构施工方法，屋面拼装、滑移就位安装拱梁2结构，对其进行焊接、涂料，加固稳定；优化etfe膜结构，进行找形分析、载荷分析、裁剪分析，安装智能充气系统，etfe膜结构与拱梁2连接。
27.所述拱梁2结构为单管拱梁2钢结构，最大长度为61.9m，最大宽度为23.5m。拱结构在承担竖向荷载作用时支座产生水平推力，利用其几何曲线将荷载作用转化为轴向压力，显著减小其弯矩和剪力，能够充分利用材料的强度。
28.所述屋面拼装、滑移就位安装拱梁2结构包括应用数控相贯线切割主要受力构件，自制拼装胎架装置拼装钢梁，地坦克搬运车进行钢梁滑移到位。相贯线数控切割机是通过数控系统控制机床各轴联动来进行切割，能在管件上切割出高精度、高质量的相贯曲线，可加工出各种角度相贯、偏心相贯、多重管件相贯的相贯体。数控相贯线切割能在主管上切割多个不同方向、不同直径的圆柱相贯线孔，满足支管轴线与主管轴线偏心和非偏心的垂直相交的条件；能在支管端部切割圆柱相贯线端头，满足支管轴线与主管轴线偏心和非偏心的垂直相交、倾斜相交的条件；能在圆管端部切割斜截端面；能在圆管上切割焊接弯头，“虾米节”两端斜截断面；能切割与环形主管相交的支管相贯线端头；能切割变角度坡口面；能在圆管上切割方孔、腰形孔；能进行钢管截断。
29.所述找形分析包括确定结构的初始几何形体。给定预应力分布以及控制点(即约束点，通常为实际的支座点)坐标，通过适当的方法确定该预应力分布下膜结构的平衡形态。
30.所述载荷分析包括确定结构的动力特性和动力响应。分析预应力索膜结构在外载荷作用下的应力、位移，确定其承载能力，以验证结构是否具有足够的刚度(此刚度为预应力刚度)以及在外载荷作用下是否会出现皱褶。
31.所述裁剪分析包括采用几何非线性有限元分析法，将膜材空间预应力状态还原为平面无应力状态进行裁剪。大曲率大跨度多层etfe充气膜结构优化找形、荷载、裁剪分析及应用：采用三层的气枕结构，一方面通过充气使得叶片内部具有一定的压力，从而抵抗外界荷载，如风、雨、雪等而引起的立面变形，另一方面，多层膜结构所形成的空气腔4可以增加其热阻，提高膜层的保温性能。并采用智能充气系统(含空气过滤、干燥装置等)及防鸟绳。
32.找形分析确定结构的初始几何形体。荷载分析确定结构的动力特性和动力响应，因本项目膜结构跨度大、重量轻，易成为风敏感结构，因此风荷下的合理形体特别重要。裁剪分析采用几何非线性有限元分析法，考虑应力释放，把膜材由空间预应力状态还原为平面无应力状态进行裁剪。减少展开误差，使得膜材安装充气后美观饱满无褶皱。
33.一种大曲率大跨度多层etfe充气膜结构，包括若干个充气叶片1和拱梁2；所述若干个充气叶片1堆叠安装形成气枕件3；相邻的两个充气叶片1堆叠的中空空间形成空气腔4；所述拱梁2的上端安装有协调件5；所述气枕件3的侧端和协调件5固定连接。拱梁2用以支撑etfe充气膜整体结构，为支撑主体，拱梁2可悬挂多种室内设备，由于拱梁2的结构特性，拱有水平推力，由于推力的存在，拱截面上的弯矩比相应简支梁的弯矩要小，从而使拱结构主要承受压力，能更好的发挥材料性能，充气叶片1主要由乙烯和四氟乙烯共聚物制成，厚度一般小于0.20mm，它可以有力地支撑起巨大的温室，除具有坚固、轻盈的优点外，若干个充气叶片1堆叠安装形成气枕件3；相邻的两个充气叶片1堆叠的中空空间形成空气腔4，还具有很高的透光性，而且比普通玻璃有更好的隔热效果，既有利于灵活设计拱式的建筑外形，又具有较强的地形适应性，不必大范围地改变原有地形，空气腔4白天积蓄热量，夜间释放热量，协调件5用以协调安装各个气枕件3模块，且可内置多种控制系统和单元。
34.所述协调件5包括维护轨道6、固定架7、充气设备管道8和智能控制单元9；所述固定架7的下端和拱梁2的上端固定连接；固定架7的侧端和充气叶片1固定连接；充气叶片1可通过裁剪、焊接、胶水连接等方式与固定架7连接，保证其气密性的同时，也可保证连接的稳定性。所述充气设备管道8和智能控制单元9安装在固定架7内；所述维护轨道6安装在固定
架7的上端。所述气枕件3设置有进风口10，所述充气设备管道8和进风口10连通。固定架7固定维护轨道6、充气设备和智能控制单元9，充气设备管道8用以将气体充入空气腔4中，智能空气单元用以监控空气腔4中的气压值，智能自动调整气压。
35.所述气枕件3的外端设置有水槽11，所述水槽11包围气枕件3。水槽11用以疏通整体装置内的积水。
36.还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个......”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
37.对所公开的实施例的上述说明，使本领域技术人员能够实现或使用本技术。对这些实施例的多种修改对本领域技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本技术的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本技术将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

技术特征：
1.一种大曲率大跨度多层etfe充气膜结构施工方法，其特征在于，屋面拼装、滑移就位安装拱梁结构，对其进行焊接、涂料，加固稳定；优化etfe膜结构，进行找形分析、载荷分析、裁剪分析；安装智能充气系统，etfe膜结构与拱梁连接。2.根据权利要求1所述的一种大曲率大跨度多层etfe充气膜结构施工方法，其特征在于，所述拱梁结构为单管拱梁钢结构，最大长度为61.9m，最大宽度为23.5m。3.根据权利要求1所述的一种大曲率大跨度多层etfe充气膜结构施工方法，其特征在于，所述屋面拼装、滑移就位安装拱梁结构包括应用数控相贯线切割主要受力构件，自制拼装胎架装置拼装钢梁，地坦克搬运车进行钢梁滑移到位。4.根据权利要求1所述的一种大曲率大跨度多层etfe充气膜结构施工方法，其特征在于，所述找形分析包括确定结构的初始几何形体。5.根据权利要求1所述的一种大曲率大跨度多层etfe充气膜结构施工方法，其特征在于，所述载荷分析包括确定结构的动力特性和动力响应。6.根据权利要求1所述的一种大曲率大跨度多层etfe充气膜结构施工方法，其特征在于，所述裁剪分析包括采用几何非线性有限元分析法，将膜材空间预应力状态还原为平面无应力状态进行裁剪。7.一种大曲率大跨度多层etfe充气膜结构，其特征在于：包括若干个充气叶片和拱梁；所述若干个充气叶片堆叠安装形成气枕件，相邻的两个充气叶片堆叠的中空空间形成空气腔；所述拱梁的上端安装有协调件；所述气枕件的侧端和协调件固定连接。8.根据权利要求7所述的一种大曲率大跨度多层etfe充气膜结构施工方法，其特征在于，所述协调件包括维护轨道、固定架、充气设备管道和智能控制单元；所述固定架的下端和拱梁的上端固定连接，固定架的侧端和充气叶片固定连接；所述充气设备管道和智能控制单元安装在固定架内；所述维护轨道安装在固定架的上端。9.根据权利要求8所述的一种大曲率大跨度多层etfe充气膜结构施工方法，其特征在于，所述气枕件设置有进风口，所述充气设备管道和进风口连通。10.根据权利要求7所述的一种大曲率大跨度多层etfe充气膜结构施工方法，其特征在于，所述气枕件的外端设置有水槽，所述水槽包围气枕件。

技术总结
本发明公开了一种大曲率大跨度多层ETFE充气膜结构结构及其施工方法，屋面拼装、滑移就位安装拱梁结构，对其进行焊接、涂料，加固稳定；优化ETFE膜结构，进行找形分析、载荷分析、裁剪分析，安装智能充气系统，ETFE膜结构与拱梁连接。本发明采用屋面拼装、滑移就位安装拱梁结构，减少屋面施工荷载、保护原混凝土结构、防止钢结构变形，优化ETFE膜结构，进行找形分析、载荷分析、裁剪分析，多层充气叶片形成的气枕结构，通过充气使得叶片内部具有一定的压力，从而抵抗外界荷载，如风、雨、雪等而引起的立面变形，另一方面，多层膜结构所形成的空气腔可以增加其热阻，提高膜层的保温性能。提高膜层的保温性能。提高膜层的保温性能。


技术研发人员：吴奕君 龙思丰 钟国雄 段伟宁 罗轶青 陈威羽 薛荣祥 武智鑫 郝瑾 谭颖诗 李根
受保护的技术使用者：广东省第一建筑工程有限公司
技术研发日：2023.05.06
技术公布日：2023/9/23