张拉膜景观棚与膜结构停车棚的工程维护
时间:2020-06-15 来源: 作者:
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张拉膜景观棚维护的频度由设计、功能、美观、材料和场地环境等许多因素决定，维护的频度从“几乎不用维护”到“定期维护”不等。
需要考虑的六种典型维护要求如下面各小节所述。
1、 清洁
膜面上污垢的堆积与当地的环境条件、膜材特性和膜面的形状有关。从技术的角度看，膜结构不一定需要清洗。对于大多数膜材而言，清洗不能延长其工作寿命，相反，不恰当的清洗还会缩短其寿命。在设计和膜材选择中影响污垢堆积的因素有：
（1） 当地的降水量和频率。
（2） 空气污染情况。
（3） 与落叶树木和粘性花粉树木间的距离。
（4） 鸽子和海鸥等鸟类的排泄物。
（5） 屋面的倾斜程度（尽量避免较小的坡度,因为降雨不能完全排走，剩余水分的蒸发后会有污渍残留）。
（6） 涂层不沾灰尘的惰性。
（7） 在编织和涂覆前膜材纤维受化学品污染的程度。
为了便于清洁，在设计阶段应考虑设置清洗人员上屋顶的通道和便于安全索和保险绳固定的连接件。清洗工作应该按照加工商提供的操作手册进行。
清洁时应该保证不破坏PVDF或FEP等涂层膜材的表面处理层。因此，不可使用擦洗剂、强溶剂、硬刷和高压水枪。此外，清洗人员在屋面行走时必须穿软底谢。
膜面在潮湿状态下会很滑，因此应使用安全绳及防坠网等安全措施。考虑到在清洗老旧建筑时可能发生断裂等破坏，故应在其下面布置安全网。
与家用肥皂或餐具清洁剂相比，一般的膜材清洗剂通常是相对安全的，但也必须避免其与皮肤、眼睛和粘膜的长期接触。
必须严格遵守清洗剂供应商提供的安全使用说明。
清洁手册一般包括下列内容：
(1) 大颗粒积灰应该用清水冲洗。
(2) 使用加工商指定的清洗剂并配套使用相应的软刷、海绵以及清洗设备清洗膜面，并用清水冲洗以便在膜面干燥（考虑到风和太阳的作用）前将灰尘和清洗剂冲走。
(3) 让清洗剂作用几分钟，但是要避免清洗区域被风干。
(4) 对于顽固污渍可能需要高浓度清洗剂（可以参考生产商的说明和膜材样本的测试）刷洗，但要避免刮掉膜材的面层。
(5) 用清水冲洗清洗过的膜面直至没有清洗剂残留在膜面上为止。
使用清洗机很有可能会损坏涂层甚至冲漏膜材。为避免其发生，清洁机应配上安全防护装置以使喷水嘴不致距膜面太近。一个简单且便于判别的准则是能使皮肤感觉疼痛的物体都可能对膜材造成损害。
2、 腐蚀
应该根据现场环境来选择防腐措施和防腐材料。定期检查支承结构、索（特别是那些深入固定端的）、夹板和螺栓连接等处的腐蚀情况。若有腐蚀发生，首先应该除去腐蚀层，然后重新做好表面的防腐处理。若螺栓连接发生腐蚀，则应予以替换。
3、 排水和积水
由于荷载作用下膜材会产生变形，膜面坡度较小处可能会有积水。降雨或者降雪较大及雪融后，应对张拉膜结构进行监测以避免产生积水。
如果产生积水，必须立即清除积水或积雪。如果雨雪天气持续不断，积水会使膜材破坏，故要对公众关闭膜面覆盖的空间，并立即采取措施避免新的积水。
如果屋顶设有排水道，就必须定期予以检查和清扫，使其不致因树叶或其他杂物堆积而堵塞。
4、 预应力和二次张拉
膜结构停车棚的稳定依赖于膜内预应力的保持。预应力的水平影响膜在荷载作用下的变形。如果预应力太低，膜就会产生较大位移，在风作用下发生颤振。
因为膜材在荷载的持续作用下会产生松弛和徐变，所以在使用期间膜内预应力会发生变化。用于特定结构的膜材性能可以通过双轴试验来确定，并应用于预应力设计中。处理膜材料在使用期内产生的松弛和徐变的处理方法有两种，其一是安装时施加一个较高的初始应力，其二是使用一段时间之后实施二次张拉。
负责结构设计的工程师必须预先给出施工完成后的预应力水平，以便在结构建成后进行核实。而且工程师也必须确定每隔多长时间用何种方式量测一次预应力水平。
预应力水平监测既可以通过推动膜材或者感觉扣带（非常小的结构）对侧向位移的抵抗力等简单方法得到，也可以通过张力计、测压元件或者几何测量的方式进行现场测试得到。
何时需要对结构实施二次张拉由维护设计确定的预应力水平决定。只有设计了可调节的部件（比如：索头的花篮螺栓、支承柱的伸缩杆等）才可能实现二次张拉。很多结构都被设计成使用寿命内能够保持最小预应力。二次张拉常常不能实现。对于这种情况，双轴测试和膜材裁剪的长度补偿及加工制作中的容差控制都应该予以特别重视或采用特殊方法。
5、 修补
在安装过程中会有意或无意地造成膜面出现较小损伤，此时可以进行现场修补。应该对基层纤维布和涂层进行定期检查。对于小的裂口或长度小于5cm的小洞可以直接在膜面外侧加焊补丁予以修复，补丁必须作圆角处理。应将焊接面的尘土、油脂和油渍手印清理干净。修补工作应该由经验丰富的员工完成。
修补PVC膜材一般采用热气焊。焊接区内的PVDF面层必须仔细地予以去除。随着紫外线的长期作用PVC涂层会变脆，在老旧膜屋面上进行焊接比较困难且焊缝不稳定。因此一些加工商推荐采用胶粘修补。
PTFE膜材应该按规定的加热和冷却循环程序进行焊接。焊接时应在屋顶膜面和补丁间增加FEP或PEA助焊层。
膜材加工商应为业主提供少量原始材料以确保现场随时备有用于修补的膜材。备用材料应存放于阴凉干燥的环境中。
6、 替换
在结构的整个使用期内保留所有的加工图可使膜的替换非常简单。单需对采用的新膜材重新进行试验以确定其补偿值。如果原幅宽的膜材缺货，则需要重新进行裁剪设计。也可能需要根据现有支承结构的具体尺寸重新进行结构找形。
在替换之前，需对钢框架、钢索、夹板、螺栓、螺母和垫圈等其他结构元件进行检查以便决定是继续使用还是予以更换。对继续使用的夹板和钢件都应进行清洗，并检查是否发生了腐蚀。应将所有的腐蚀层予以除去，并采取充分的保护措施。腐蚀严重的构件和已损坏钢索等应予以全部替换。
为了对其他构件进行充分地维修或替换，建议在新膜材到货之前就拆除旧结构。
需要考虑的六种典型维护要求如下面各小节所述。
1、 清洁
膜面上污垢的堆积与当地的环境条件、膜材特性和膜面的形状有关。从技术的角度看，膜结构不一定需要清洗。对于大多数膜材而言，清洗不能延长其工作寿命，相反，不恰当的清洗还会缩短其寿命。在设计和膜材选择中影响污垢堆积的因素有：
（1） 当地的降水量和频率。
（2） 空气污染情况。
（3） 与落叶树木和粘性花粉树木间的距离。
（4） 鸽子和海鸥等鸟类的排泄物。
（5） 屋面的倾斜程度（尽量避免较小的坡度,因为降雨不能完全排走，剩余水分的蒸发后会有污渍残留）。
（6） 涂层不沾灰尘的惰性。
（7） 在编织和涂覆前膜材纤维受化学品污染的程度。
为了便于清洁，在设计阶段应考虑设置清洗人员上屋顶的通道和便于安全索和保险绳固定的连接件。清洗工作应该按照加工商提供的操作手册进行。
清洁时应该保证不破坏PVDF或FEP等涂层膜材的表面处理层。因此，不可使用擦洗剂、强溶剂、硬刷和高压水枪。此外，清洗人员在屋面行走时必须穿软底谢。
膜面在潮湿状态下会很滑，因此应使用安全绳及防坠网等安全措施。考虑到在清洗老旧建筑时可能发生断裂等破坏，故应在其下面布置安全网。
与家用肥皂或餐具清洁剂相比，一般的膜材清洗剂通常是相对安全的，但也必须避免其与皮肤、眼睛和粘膜的长期接触。
必须严格遵守清洗剂供应商提供的安全使用说明。
清洁手册一般包括下列内容：
(1) 大颗粒积灰应该用清水冲洗。
(2) 使用加工商指定的清洗剂并配套使用相应的软刷、海绵以及清洗设备清洗膜面，并用清水冲洗以便在膜面干燥（考虑到风和太阳的作用）前将灰尘和清洗剂冲走。
(3) 让清洗剂作用几分钟，但是要避免清洗区域被风干。
(4) 对于顽固污渍可能需要高浓度清洗剂（可以参考生产商的说明和膜材样本的测试）刷洗，但要避免刮掉膜材的面层。
(5) 用清水冲洗清洗过的膜面直至没有清洗剂残留在膜面上为止。
使用清洗机很有可能会损坏涂层甚至冲漏膜材。为避免其发生，清洁机应配上安全防护装置以使喷水嘴不致距膜面太近。一个简单且便于判别的准则是能使皮肤感觉疼痛的物体都可能对膜材造成损害。
2、 腐蚀
应该根据现场环境来选择防腐措施和防腐材料。定期检查支承结构、索（特别是那些深入固定端的）、夹板和螺栓连接等处的腐蚀情况。若有腐蚀发生，首先应该除去腐蚀层，然后重新做好表面的防腐处理。若螺栓连接发生腐蚀，则应予以替换。
3、 排水和积水
由于荷载作用下膜材会产生变形，膜面坡度较小处可能会有积水。降雨或者降雪较大及雪融后，应对张拉膜结构进行监测以避免产生积水。
如果产生积水，必须立即清除积水或积雪。如果雨雪天气持续不断，积水会使膜材破坏，故要对公众关闭膜面覆盖的空间，并立即采取措施避免新的积水。
如果屋顶设有排水道，就必须定期予以检查和清扫，使其不致因树叶或其他杂物堆积而堵塞。
4、 预应力和二次张拉
膜结构停车棚的稳定依赖于膜内预应力的保持。预应力的水平影响膜在荷载作用下的变形。如果预应力太低，膜就会产生较大位移，在风作用下发生颤振。
因为膜材在荷载的持续作用下会产生松弛和徐变，所以在使用期间膜内预应力会发生变化。用于特定结构的膜材性能可以通过双轴试验来确定，并应用于预应力设计中。处理膜材料在使用期内产生的松弛和徐变的处理方法有两种，其一是安装时施加一个较高的初始应力，其二是使用一段时间之后实施二次张拉。
负责结构设计的工程师必须预先给出施工完成后的预应力水平，以便在结构建成后进行核实。而且工程师也必须确定每隔多长时间用何种方式量测一次预应力水平。
预应力水平监测既可以通过推动膜材或者感觉扣带（非常小的结构）对侧向位移的抵抗力等简单方法得到，也可以通过张力计、测压元件或者几何测量的方式进行现场测试得到。
何时需要对结构实施二次张拉由维护设计确定的预应力水平决定。只有设计了可调节的部件（比如：索头的花篮螺栓、支承柱的伸缩杆等）才可能实现二次张拉。很多结构都被设计成使用寿命内能够保持最小预应力。二次张拉常常不能实现。对于这种情况，双轴测试和膜材裁剪的长度补偿及加工制作中的容差控制都应该予以特别重视或采用特殊方法。
5、 修补
在安装过程中会有意或无意地造成膜面出现较小损伤，此时可以进行现场修补。应该对基层纤维布和涂层进行定期检查。对于小的裂口或长度小于5cm的小洞可以直接在膜面外侧加焊补丁予以修复，补丁必须作圆角处理。应将焊接面的尘土、油脂和油渍手印清理干净。修补工作应该由经验丰富的员工完成。
修补PVC膜材一般采用热气焊。焊接区内的PVDF面层必须仔细地予以去除。随着紫外线的长期作用PVC涂层会变脆，在老旧膜屋面上进行焊接比较困难且焊缝不稳定。因此一些加工商推荐采用胶粘修补。
PTFE膜材应该按规定的加热和冷却循环程序进行焊接。焊接时应在屋顶膜面和补丁间增加FEP或PEA助焊层。
膜材加工商应为业主提供少量原始材料以确保现场随时备有用于修补的膜材。备用材料应存放于阴凉干燥的环境中。
6、 替换
在结构的整个使用期内保留所有的加工图可使膜的替换非常简单。单需对采用的新膜材重新进行试验以确定其补偿值。如果原幅宽的膜材缺货，则需要重新进行裁剪设计。也可能需要根据现有支承结构的具体尺寸重新进行结构找形。
在替换之前，需对钢框架、钢索、夹板、螺栓、螺母和垫圈等其他结构元件进行检查以便决定是继续使用还是予以更换。对继续使用的夹板和钢件都应进行清洗，并检查是否发生了腐蚀。应将所有的腐蚀层予以除去，并采取充分的保护措施。腐蚀严重的构件和已损坏钢索等应予以全部替换。
为了对其他构件进行充分地维修或替换，建议在新膜材到货之前就拆除旧结构。
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