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膜結構工程的後期維護保養

2020-02-04

張拉膜結構需要維護的頻度由設計、功能、美觀、材料和場地環境等許多因素決定,維護的頻度從“幾乎不用維護”到“定期維護”不等。為了滿足客戶需求,維護的概念設計應該納入到統一的設計過程中。一年一次的目測檢查和惡劣天氣之後的隨時檢查應該滿足的最低要求。

   需要考慮的六種典型維護要求如下麵各小節所述。

1、  清潔

膜麵上汙垢的堆積與當地的環境條件、膜材特性和膜麵的形狀有關。從技術的角度看,膜結構不一定需要清洗。對於大多數膜材而言,清洗不能延長其工作壽命,相反,不恰當的清洗還會縮短其壽命。在設計和膜材選擇中影響汙垢堆積的因素有:

(1)    當地的降水量和頻率。

(2)    空氣汙染情況。

(3)    與落葉樹木和粘性花粉樹木間的距離。

(4)    鴿子和海鷗等鳥類的排泄物。

(5)    屋麵的傾斜程度(盡量避免較小的坡度,因為降雨不能完全排走,剩餘水分的蒸發後會有汙漬殘留)。

(6)    塗層不沾灰塵的惰性。

(7)    在編織和塗覆前膜材纖維受化學品汙染的程度。

為了便於清潔,在設計階段應考慮設置清洗人員上屋頂的通道和便於安全索和保險繩固定的連接件。清洗工作應該按照加工商提供的操作手冊進行。

清潔時應該保證不破壞PVDF或FEP等塗層膜材的表麵處理層。因此,不可使用擦洗劑、強溶劑、硬刷和高壓水槍。此外,清洗人員在屋麵行走時必須穿軟底謝。

膜麵在潮濕狀態下會很滑,因此應使用安全繩及防墜網等安全措施。考慮到在清洗老舊建築時可能發生斷裂等破壞,故應在其下麵布置安全網。

與家用肥皂或餐具清潔劑相比,一般的膜材清洗劑通常是相對安全的,但也必須避免其與皮膚、眼睛和粘膜的長期接觸。

必須嚴格遵守清洗劑供應商提供的安全使用說明。

清潔手冊一般包括下列內容:

(1)   大顆粒積灰應該用清水衝洗。

(2)   使用加工商指定的清洗劑並配套使用相應的軟刷、海綿以及清洗設備清洗膜麵,並用清水衝洗以便在膜麵幹燥(考慮到風和太陽的作用)前將灰塵和清洗劑衝走。

(3)   讓清洗劑作用幾分鍾,但是要避免清洗區域被風幹。

(4)   對於頑固汙漬可能需要高濃度清洗劑(可以參考生產商的說明和膜材樣本的測試)刷洗,但要避免刮掉膜材的麵層。

(5)   用清水衝洗清洗過的膜麵直至沒有清洗劑殘留在膜麵上為止。

使用清洗機很有可能會損壞塗層甚至衝漏膜材。為避免其發生,清潔機應配上安全防護裝置以使噴水嘴不致距膜麵太近。一個簡單且便於判別的準則是能使皮膚感覺疼痛的物體都可能對膜材造成損害。

2、  腐蝕

應該根據現場環境來選擇防腐措施和防腐材料。定期檢查支承結構、索(特別是那些深入固定端的)、夾板和螺栓連接等處的腐蝕情況。若有腐蝕發生,首先應該除去腐蝕層,然後重新做好表麵的防腐處理。若螺栓連接發生腐蝕,則應予以替換。

3、  排水和積水

由於荷載作用下膜材會產生變形,膜麵坡度較小處可能會有積水。降雨或者降雪較大及雪融後,應對張拉膜結構進行監測以避免產生積水。

如果產生積水,必須立即清除積水或積雪。如果雨雪天氣持續不斷,積水會使膜材破壞,故要對公眾關閉膜麵覆蓋的空間,並立即采取措施避免新的積水。

如果屋頂設有排水道,就必須定期予以檢查和清掃,使其不致因樹葉或其他雜物堆積而堵塞。

4、  預應力和二次張拉

膜結構的穩定依賴於膜內預應力的保持。預應力的水平影響膜在荷載作用下的變形。如果預應力太低,膜就會產生較大位移,在風作用下發生顫振。

因為膜材在荷載的持續作用下會產生鬆弛和徐變,所以在使用期間膜內預應力會發生變化。用於特定結構的膜材性能可以通過雙軸試驗來確定,並應用於預應力設計中。處理膜材料在使用期內產生的鬆弛和徐變的處理方法有兩種,其一是安裝時施加一個較高的初始應力,其二是使用一段時間之後實施二次張拉。

負責結構設計的工程師必須預先給出施工完成後的預應力水平,以便在結構建成後進行核實。而且工程師也必須確定每隔多長時間用何種方式量測一次預應力水平。

預應力水平監測既可以通過推動膜材或者感覺扣帶(非常小的結構)對側向位移的抵抗力等簡單方法得到,也可以通過張力計、測壓元件或者幾何測量的方式進行現場測試得到。

何時需要對結構實施二次張拉由維護設計確定的預應力水平決定。隻有設計了可調節的部件(比如:索頭的花籃螺栓、支承柱的伸縮杆等)才可能實現二次張拉。很多結構都被設計成使用壽命內能夠保持最小預應力。二次張拉常常不能實現。對於這種情況,雙軸測試和膜材裁剪的長度補償及加工製作中的容差控製都應該予以特別重視或采用特殊方法。

5、  修補

在安裝過程中會有意或無意地造成膜麵出現較小損傷,此時可以進行現場修補。應該對基層纖維布和塗層進行定期檢查。對於小的裂口或長度小於5cm的小洞可以直接在膜麵外側加焊補丁予以修複,補丁必須作圓角處理。應將焊接麵的塵土、油脂和油漬手印清理幹淨。修補工作應該由經驗豐富的員工完成。

修補PVC膜材一般采用熱氣焊。焊接區內的PVDF麵層必須仔細地予以去除。隨著紫外線的長期作用PVC塗層會變脆,在老舊膜屋麵上進行焊接比較困難且焊縫不穩定。因此一些加工商推薦采用膠粘修補。

PTFE膜材應該按規定的加熱和冷卻循環程序進行焊接。焊接時應在屋頂膜麵和補丁間增加FEP或PEA助焊層。

膜材加工商應為業主提供少量原始材料以確保現場隨時備有用於修補的膜材。備用材料應存放於陰涼幹燥的環境中。

6、  替換

在結構的整個使用期內保留所有的加工圖可使膜的替換非常簡單。單需對采用的新膜材重新進行試驗以確定其補償值。如果原幅寬的膜材缺貨,則需要重新進行裁剪設計。也可能需要根據現有支承結構的具體尺寸重新進行結構找形。

在替換之前,需對鋼框架、鋼索、夾板、螺栓、螺母和墊圈等其他結構元件進行檢查以便決定是繼續使用還是予以更換。對繼續使用的夾板和鋼件都應進行清洗,並檢查是否發生了腐蝕。應將所有的腐蝕層予以除去,並采取充分的保護措施。腐蝕嚴重的構件和已損壞鋼索等應予以全部替換。

為了對其他構件進行充分地維修或替換,建議在新膜材到貨之前就拆除舊結構。