浅谈膜结构的维护和保养

【摘 要】结构这种新型结构体系在我国刚刚起步，无论从材料还是从技术方面与国外都有很大的差别。膜结构的很多优点是其他结构无法比拟的。只是由于膜结构的出现，使一些优秀建筑师的想法变成现实，所以对膜结构的深入研究很有必要。本文通过对膜结构的研究思考，认为由于膜结构的特殊性及膜材自身的特点，对膜结构的维护和保养有很多的现实意义，并提出几点自己的建议。

【关键词】膜结构；维护与保养；膜材料；腐蚀

随着经济的飞速发展，膜结构也在以飞快的速度走进中国市场。为2008年奥运会准备的国家体育场“鸟巢”工程和游泳馆“水立方”工程则充分说明了膜结构的发展潜力。于此同时，由于这种新型结构的不成熟性，会有很多问题等待我们共同努力去解决。其中，对膜结构的维护和保养是一个不容忽视的问题，必须引起我们的注意。

1 概述

1.1 膜结构的发展

膜结构既是一种古老的结构形式，也是一种代表当今建筑技术和材料科学发展水平的新型结构形式。它是张力结构的一种，以当今具有优良性能的玻璃纤维或柔软的纺织物为基层的膜材，并利用帆船原理，由膜内的空气压力支承膜面，或是利用钢索或刚性支承结构向膜内施加预应力，从而形成具有一定刚度，能够覆盖大空间的结构体系。

当今，随着材料的发展、技术基础的发展、计算机技术的发展、施工技术的发展以及人们观念意识的更新，使得膜结构这种外形美观，性能卓越的新型结构体系备受建筑师和工程结构师们的青睐。近几十年来，作为现代的原始建筑的膜结构广泛应用体育场、候机厅、游乐场、多功能厅等大型公共设施。

1.2 膜结构的优缺点

优点：公共建筑采用膜结构，造价会相对便宜，膜结构建筑层面重量比常规钢屋面要轻，大大降低了用钢量从而降低造价。而且其奇特的造型和夜景效果使其具有理想的商业效应，其价格效益比相对较高，外形也时尚等。

缺点：膜结构的缺点也明显，一是设计使用年限短，与一般所谓“百年大计”的概念不一致，二是对气候反应敏感，三是会污染环境。

2 膜结构材料的介绍

2.1 膜材

膜结构工程中膜材是重要的组成部分，其作用与钢筋和砼相同，常用膜材料的类别、代号、构成等性能指标见表1。

2.2 拉索和锚具

2.2.1 拉索

一般膜结构的拉索可采用热挤聚乙烯高强拉索、钢绞线或钢丝绳等柔性钢索作为受拉元件，其好处就是能充分利用钢材的强度。

2.2.2 锚具

膜结构中的锚具是一个重要的结构部件，锚具起锚固钢索的作用，钢索中的张力通过锚具传到其他构件中。

2.3 拉索和锚具的防腐措施

无论是拉索还是锚具的成分都是钢，在大气中很容易被腐蚀，而腐蚀会对结构造成不可估量的麻烦，尤其是造成钢构件的强度，造成预应力损失等。所以对组成热挤聚乙烯高强钢丝拉索、钢绞线、钢丝绳的钢丝，应进行镀锌、镀铬或其他防腐层处理，对外露的钢绞线、钢丝绳，可采用高密度聚乙烯护套或其他方式防护。锚具与有防护层的索的链接处应进行防水密封。

表1膜材简介

类别 代号 基材 涂层 面层 保洁效果 耐火性 设计使用年限（年） 质量保证期（年）

G

GT 玻璃纤维 聚四氟乙烯PTFE ----- 优 优 >25 10～15

P PCF 聚酯纤维 聚氯乙烯PVC 聚偏氟乙烯PVF 良 良 15～20 10～15

PCD 聚酯纤维 聚氯乙烯PVC 聚偏二氟乙烯PVDF 较好 良 15～20 10～12

PCA 聚酯纤维 聚氯乙烯PVC 聚丙稀 Acrylic 一般 一般 10～15 5～10

注：GT称G类，为不然膜材；PCF、PCD、PCA统称P类，为阻燃类膜材。

3 膜结构维护与保养的几点思考

经过笔者分析，造成膜结构损伤的因素主要有两大方面因素：

一个是人为因素，即膜材的剪裁、运输、施工过程等环节都可能会对膜材造成损伤褶皱，可通过有效的管理避免；另一个是自然因素，既不可抗力因素，如强风、冰雹、暴雨、大雪等自然恶劣的气候会对膜结构造成结构变形，预应力损失或膜材撕裂等不可估量的破坏，可通过采取有效及时的预防措施来降低其对膜结构的损伤。经笔者总结并形成如下几点维护与保养的建议：

3.1 人为因素

3.1.1 前期维护与保养

（1）在对膜材进行剪裁、热合等制作过程中建立有效监督机制，保证整个制作过程对膜材表面应无针孔，无明显褶皱和明显污渍，不应出现断丝裂缝和破损等。

（2）在制作完成后对膜材的存放于运输过程中也要保证膜材清洁，采取措施确保膜材与运输工具间不发生相对移动和撞击。建议采用先对膜材密封标识后再运输。

（3）在安装和吊装前应先检查是否满足安装吊装条件，如膜材及钢构件、拉索及其配件的验收是否合格，施工组织设计是否完成，安全措施是否制定，并应对安装现场可能伤及膜材物件采取防护措施。

3.1.2 后期维护和保养

（1）在过程竣工后一年内，制作安装单位应对膜结构进行1～2次常规检查和维护，必要时应采取预张应力补强或其他措施。接连件如有松动，应重新拧紧或予以加固。

（2）针对不同膜材自洁性的强弱环境的污染程度定期清理，清洗时应采用专用的清洗剂。

（3）管理者应安排专业人员定期检查膜结构是否处于正常工作状态，检查内容包括：膜面有无较大变形，膜面是否因预张力损失而松弛，膜面是否局部撕裂，膜材涂层是否剥离，连接件是否松动等。

3.2 不可抗力因素

3.2.1 在雨季、冬季来临之前，管理者应指定专人对膜结构进行常规检查和维护，确保膜面排水设施的畅通，雪荷载较大地区应有必要的融雪、排雪应急措施。

3.2.2 在强风、冰雹、暴雨、大雪等恶劣天气过程中及过程后，管理者应指定专业技术人员对膜结构进行安全检查，及时检查膜结构建筑物有无异常现象，并采取必要的措施及时消除安全隐患。

3.2.3 对人员密集型建筑如体育场等，如遇重要赛事或活动，管理者应提前2周指定专业工人进行安全检查和必要的清理，确保赛事的安全正常举行。

4 膜结构的维护与保养有很大的现实意义

膜结构在中国发展速度很快，但与世界先进水平相比，中国膜结构尚处于起步阶段，其发展还存在着较大的差距。因此笔者认为，对膜结构的维护与保养的意义主要有一下几点：

4.1 膜结构是国内刚刚崭露头脚的新型结构，在目前国家相应技术规范还不成熟的时候，加强对已建成膜结构的维护保养，是确保其在设计使用年限内安全正常使用，确保人身财产的安全的重要一环。

4.2 一般情况下，膜结构的设计使用年限为10～25年，而一般膜材的质量保证期为10～15年。如果通过有效的维护和保养，完全可以延长使用寿命，多延长一年就等于节约成本6.67～10，其经济上的意义可见一斑。

4.3 从环境意义上讲，膜材会对与环境存在污染，膜材不论是聚酯或玻璃纤维，都是不可再生的，到达使用年限后无法处置，因此导致对生态环境的污染。而目前国内外还没有解决这一问题，可见对膜结构良好的维护与保养延长其使用寿命，也间接的延缓了其对环境的污染。给各生产企业，科研机构创造更多的时间来研究新技术，从根本来解决这一世界性的难题。

4.4 从社会层面上讲，由于国内的恶性竞争，使得各生产施工企业都要考虑自身的利益的同时，又要从价格方面打压对手，势必导致膜结构的质量大打折扣，给膜结构造成了不可预测的安全隐患。进行合理的维护和保养，能及时发现并消除这些潜在的问题。

5 小结

总的来说，膜结构的发展是光明的，但道路是曲折的。能否健康发展就要看我们能不能在技术、立法、标准等方面给这个行业健康发展提供很好的环境。单靠维护与保养还是远远不够的，今后，膜结构的各个环节都有待完善。