1.石横特钢集团有限公司山东肥城271612；2.中冶东方工程技术有限公司山东青岛266555
摘要：通过对膜结构的常见形式进行分析，结合储料场项目的设计特点，提出设计建议和设计中的相关注意事项。
关键词：骨架膜；空气支承；膜结构；
一、前言
储料场是工业企业与社会物流装备衔接的转载接口，用于储存外来的生产所用的原、燃料或工厂内的循环产品，在钢铁冶金、煤炭、化工、电力、港口等行业有着广泛的应用。传统的储料场基本为露天堆场或露天料场四周设防风抑尘网的方式，生产作业时产生扬尘，大风大雨天气时物料损耗严重。新建和改扩建原料场采用封闭结构，对工业企业节能减耗、降本增效、环境友好、提升企业竞争力具有重要意义。
膜结构建筑作为一种新颖的建筑形式与20世纪50年代开始出现。膜材料重量只有传统建筑材料的1/30，在实现建筑结构轻量化的同时，从根本上克服了大跨度建筑所遇到的困难。建筑膜结构有多种类型，在工业企业封闭储料场使用的一骨架膜结构和充气膜结构为主。
二、膜结构的特点和形式
1.膜结构特点
与传统结构相比，膜结构具有以下特点：
（1）、自重轻、跨度大。建筑膜材料的特点是自重轻，可以轻易的跨越较大的跨度，且单位面积的自重与跨度不会随跨度的增加而明显增加。
（2）、建筑造型丰富。膜结构建筑造型丰富、新颖独特。不仅可以用于大跨空间结构，体育场看台，也可以用于遮阳棚、景观小品等。
（3）、施工方便。膜材的生产。裁剪、粘接主要是在工厂进行，成品运至现场可直接张拉就位，施工周期可大大缩短。
（4）、经济性。膜结构中的膜材即是围护材料，也是承重结构，可减少屋面结构的构件。同时，由于自重轻，基础的费用相应降低。
（5）、抗震性能。膜材料自重轻，具有良好的抗震性能。哦结构是荣幸材料，可以适应较大的变形。
（6）、透光、自洁性。膜材具有良好的透光性，同时对光有较好的折射性，在室内形成自然漫射光，白天无需人工采光，节约能源。膜材表面的涂层，具有良好的非粘接性，表面的灰尘易被雨水冲刷，常年食用仍能保持外观的洁净。
膜结构除以上所述的优点外，膜材料也存在寿命短、保温隔热性能差、隔音效果差、抵抗局部作用能力弱的缺点。
2.膜结构的形式
膜结构形式多种多样，造型丰富，分类的方法与标准也不同。根据膜结构支承形式，可将膜结构分为以下几种形式：
（1）、整体张拉式膜结构。整体张拉膜结构依靠薄膜自身的预张力与拉索、支柱共同作用构成结构体系，利用拉锁、支柱在膜材中引入预张力形成稳定的曲面外形。膜材为主要的受力构件，基本单元的曲面一般为简单的双曲抛物线或类锥形悬链面。
（2）、骨架支承式膜结构。骨架支承式膜结构是由钢或其它材料构成刚性骨架，膜材料通过张拉置于骨架上。这种结构膜材料主要起覆盖屋面的功能，不是维持结构体系稳定的基本结构单元。骨架可以是桁架、网架、网壳、拱、刚架等。骨架膜结构与常规设计比较接近，设计。支座都比较简单，在封闭储料场工程中容易被各方接受。
（3）、索系支承式膜结构。索系支承式膜结构是由索系和压杆构成的预应力索杆体系为支承骨架、并在其上敷设张紧膜材的结构形式。索系支承式膜结构受力合理，但成形及受力分析比较复杂，施工难度大，技术要求高。
（4）、空气支承式膜结构。空气支承式膜结构是利用薄膜内外的空气压差，膜体产生一定的预张力来稳定膜面以承受外荷载的结构形式。通过膜面上布置的起加劲作用的网状拉索可以实现较大的跨度。
三、膜材料
织物膜材是膜结构建筑工广泛应用的膜材，一般是由纤维织基布、涂层、表面涂层、胶粘剂组成。膜材的产品种类众多，在封闭储料场中使用的膜材以玻璃纤维为基布、PTFE为涂层的G类膜材和以聚酯纤维为基布、聚乙烯基类为涂层（PVC类，主要为PVDF/PVF等）的P类膜材为主。基材决定了膜材的结构力学性能，涂层对基材其保护作用。
1.PTFE膜材料
PTFE膜材料是由聚四氟乙烯（PTFE）涂层和玻璃纤维基布复合而成。PTFE膜材具有高强、自洁、耐久、耐火、耐腐蚀等优异的物理和化学性能。聚四氟乙烯树脂具有很好的化学稳定性，使用寿命长、透光率好，适用于永久性的大型建筑。玻璃纤维拉伸强度高、模量大，虽然断裂伸长小，但不宜老化，使用寿命长，一般可达20~30年。
2.PVDF膜材料
聚偏二氟乙烯建成PVDF，是在PVC膜表面处理后再增加PVDF（聚偏二氟乙烯）或PVF（聚偏氟乙烯）树脂涂层，使其具有更好的自洁性能和抗老化性能，材料构成为：高强聚酯织物布基+PVC涂层+PVDF或PVF涂层。聚酯纤维弹性好、强度高、断裂伸长率高，有利于安装时的调整，但在阳光照射下限位容易老化，使强度和弹性降低。
3.ETFE膜材料
ETFE是乙烯-四氟乙烯共聚物，既具有类似聚四氟乙烯的优良性能，又具有聚乙烯的机加工性能，在体育场馆。温室结构有较多应用。ETFE一般作为充气膜的材料，由2层、3层及3层以上的薄膜构成，层与层之间充气。
四、封闭贮料场膜结构形式及注意问题
分析储料场使用特点和膜结构形式的优缺点，骨架膜结构和充气膜结构在储料场封闭项目中有较多应用。
１、骨架支撑式膜结构
（1）、钢骨架可采用实腹工字型骨架钢、钢管桁架、空间网壳等结构形式。储料场一般跨度较大，采用空间钢管桁架可实现较大的柱距（一般采用18~24m之间），钢管桁架之间仅需要设置保证结构稳定型的必要的系杆。膜材料与钢管桁架上弦杆连接，不需要再另布置檩条。同时由于采用了大柱距，需要的基础数量大大减少，降低土建投资费用。
（2）、钢骨架形状可根据料场内堆取料机的设计使用界限确定，并满足结构矢跨比的要求，对既有储料场封闭项目具有较大的灵活性。
（3）、膜材料虽具有较高的抗拉强度，对大跨度储料场建筑，特别是对超大跨度、大柱距的储料场，膜材料的抗拉强度和撕裂强度应经过计算确定。
（4）、对在沿海等使用环境比较恶劣的建筑，膜材料选材时以增加防腐和防霉变要求，提高膜材的使用寿命。
（5）、沿海台风区或风荷载比较大的地区使用膜材料时，井进行抗风设计，膜材料与骨架的连接采取必要的抗风措施。
２、空气支承式膜结构
（1）、空气支承式膜结构膜顶高度越大建筑成本越高，膜顶高度太低又容易引起积雨、积雪，一般矢跨比在1/3~2-3之间。
（2）、当跨度大于30m、正常工作内下压，膜预应力已经超过预应力限值，需要采取纵横索或斜向交叉索网予以加强。加密的索网可以有效限制膜体的位移，同时将膜体破坏控制在一定范围内。
（3）、台风地区选用气膜时，需要进行充分的论证，并采取可靠地措施。
五、工程实例
某钢铁企业根据环保要求，多现有的两座露天原料场原料场的封闭改造，分为东区原料场和西区原料场。经过对原料场常用的几种维护材料的比较，PVC膜材料最终作为两座原料场建筑的维护材料。东区原料场跨度为99.5m，采用三心圆柱面网壳结构，见图一。西区原料场跨度65.4m，采用钢管桁架结构，见图二。
原料场建成后的图片见图三、图四。
六、总结
膜结构在储料场项目中的应用时间较短，虽然膜结构有较多的优点，但由于工业项目中环境的差别，其耐久性尚需经过时间检验。设计中需要关注风及雨雪等荷载对结构及膜的影响，必要时采取适当的措施，防止局部积雪或积水对整体结构的影响。
参考文献
[1]《膜结构技术规程》CECS158：2015，中国计划出版社
[2]《新型空间结构分析、设计与施工》董石麟等著，人民交通出版社，2006
[3]《膜结构工程设计》，陈务军边柱，中国建筑工业出版社，2005
[4]《钢结构与索膜结构工程施工新技术典型案例与分析》，张可文主编，机械工业出版社，2011