付 茜 雅

(北方工業(yè)大學(xué)土木工程學(xué)院，北京 100144)

膜結(jié)構(gòu)是21世紀(jì)具有代表性的建筑結(jié)構(gòu)形式之一，為現(xiàn)代空間結(jié)構(gòu)體系和建筑設(shè)計(jì)提供了較大發(fā)展空間。優(yōu)秀的膜結(jié)構(gòu)強(qiáng)度高、柔韌性好，同時(shí)厚度小、質(zhì)量輕，防火性、耐久性、氣密性均較強(qiáng)[1]，可單層、多層或充氣使用，可較好地保持曲面結(jié)構(gòu)。在建筑領(lǐng)域中既可作為結(jié)構(gòu)材料又可作為模板材料，充分發(fā)揮其抗拉強(qiáng)度高的特性。其透水不透漿的特性，作為模板時(shí)可提高模注混凝土強(qiáng)度，且適用于規(guī)模大或狹窄的施工場(chǎng)地。膜材優(yōu)良的物理性能及化學(xué)性能支撐著膜結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，性能優(yōu)異的新型膜材的研發(fā)帶動(dòng)著膜結(jié)構(gòu)在混凝土模板中的應(yīng)用日漸廣泛。

1 膜結(jié)構(gòu)

膜結(jié)構(gòu)區(qū)別于傳統(tǒng)剛性結(jié)構(gòu)，是由柔性膜材料為主體組成的結(jié)構(gòu)。膜材是由基材和涂層組合而成的一種涂層織物，增強(qiáng)纖維材料編織而成的基材決定其是否具有優(yōu)良的力學(xué)性能，涂層則保證著材料的氣密性、自潔性，并在一定范圍內(nèi)保護(hù)并支撐纖維，將附加在上面的荷載均勻地進(jìn)行傳遞[2]。膜結(jié)構(gòu)隨著膜材的不斷發(fā)展，集建筑技術(shù)、材料工藝、設(shè)備管理技術(shù)等為一體，成為當(dāng)今結(jié)構(gòu)的重要分支[3]。

早期的膜結(jié)構(gòu)由帳篷結(jié)構(gòu)演變發(fā)展而來(lái)[4]，在發(fā)展初期這種結(jié)構(gòu)最明顯的優(yōu)點(diǎn)是不采用任何金屬、塑料等硬質(zhì)桿件，可在最大程度上避免因桿件破損導(dǎo)致內(nèi)部物質(zhì)受到損傷或破壞。發(fā)展至今，由于其具有包裝后體積較小，且包裝后形狀較為規(guī)則，便于儲(chǔ)存與運(yùn)輸；對(duì)施工空間要求較少，需要的設(shè)備與儀器簡(jiǎn)便；部分膜結(jié)構(gòu)采用充、排氣設(shè)備，無(wú)需支護(hù)結(jié)構(gòu)或需少量支護(hù)結(jié)構(gòu)，施工便捷，空間利用率高；有相對(duì)較少的單位面積造價(jià)等優(yōu)點(diǎn)，逐漸應(yīng)用于混凝土模板中。

2 膜結(jié)構(gòu)在混凝土模板中的應(yīng)用及優(yōu)勢(shì)

發(fā)展初期的膜結(jié)構(gòu)被用于搭設(shè)臨時(shí)性軍用建筑[5,6]，隨著研究的不斷深入逐漸被用于各種臨時(shí)展覽館、倉(cāng)庫(kù)的建造。時(shí)至今日膜結(jié)構(gòu)已廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域，生活領(lǐng)域中各類(lèi)體育場(chǎng)館的建設(shè)[7]，軍事領(lǐng)域中的臨時(shí)急救站、醫(yī)療倉(cāng)庫(kù)、臨時(shí)指揮部等，隨著航空航天技術(shù)的不斷發(fā)展也有學(xué)者正在研究如何使用膜結(jié)構(gòu)構(gòu)建大型的月球居住結(jié)構(gòu)[8]。

現(xiàn)如今膜結(jié)構(gòu)因其造價(jià)低、形狀可變、施工簡(jiǎn)便、易運(yùn)輸?shù)葍?yōu)勢(shì)逐漸被運(yùn)用于混凝土模板中，多位專(zhuān)家學(xué)者對(duì)其進(jìn)行研究，旨在將其運(yùn)用于更多領(lǐng)域的現(xiàn)澆混凝土工程中。柔?；炷磷鳛橐环N新型組合結(jié)構(gòu)，有著普通混凝土無(wú)法比擬的優(yōu)點(diǎn)，可應(yīng)用于土坡開(kāi)挖、基坑支護(hù)、邊坡加固等工程，也可用于鐵路加固、房屋軟基礎(chǔ)加固、擋土墻加固[9]，橋梁混凝土柱與地下工程等。在邊坡治理方面，柔?；炷林ёo(hù)被用于基坑開(kāi)挖以及邊坡穩(wěn)定，是一種新型的支護(hù)擋土結(jié)構(gòu)同時(shí)也是一項(xiàng)國(guó)際上非常先進(jìn)的邊坡治理技術(shù)，適用于開(kāi)挖規(guī)模大或者施工場(chǎng)地狹窄的工程[10]。其優(yōu)勢(shì)在于柔性模板透水不透漿，可增大現(xiàn)澆混凝土的密度與強(qiáng)度；柔性模板面積大且整體性良好，可針對(duì)工程需要制作不同形狀、尺寸、厚度的模板，制作速度快、用料少、施工便利。在地下工程的支護(hù)方面，柔模混凝土的研究處于起步階段，主要是其在沿空留巷中的研究與應(yīng)用(見(jiàn)圖1)。柔模混凝土用于加固圍巖并與圍巖形成整體，不僅能對(duì)圍巖起到加固作用同時(shí)會(huì)與圍巖組成一個(gè)整體，共同承受位移與變形，維護(hù)巷道穩(wěn)定[11]。在基坑支護(hù)領(lǐng)域柔?；炷林ёo(hù)技術(shù)也是一項(xiàng)新技術(shù)，利用柔性模板制成的混凝土擋土墻抗?jié)B透力強(qiáng)，支護(hù)強(qiáng)度大、效果好，架設(shè)簡(jiǎn)單方便，工程實(shí)用效果良好。膜材亦可制作成充氣膜結(jié)構(gòu)用于澆筑曲面較多的混凝土結(jié)構(gòu)或需水上澆筑的結(jié)構(gòu)，如浮式風(fēng)電的基礎(chǔ)部分(見(jiàn)圖2)，克服傳統(tǒng)模板曲面拼裝率低、運(yùn)輸困難、支護(hù)結(jié)構(gòu)多、水中施工難度大、造價(jià)高等問(wèn)題，澆筑完成后不進(jìn)行拆除還可以為結(jié)構(gòu)提供浮力，有很大的應(yīng)用前景。

3 存在的問(wèn)題

膜結(jié)構(gòu)作為混凝土模板時(shí)多與現(xiàn)澆混凝土結(jié)合成為柔模混凝土使用，存在較為獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，柔模混凝土剛度大，膜結(jié)構(gòu)本身易于保持曲面，更加適用于曲面結(jié)構(gòu)，且膜結(jié)構(gòu)是柔性結(jié)構(gòu)體系，由于膜材特殊的結(jié)構(gòu)特性的限制，在使用時(shí)存在一些難以完善處理的問(wèn)題，其中最突出的是變形問(wèn)題。當(dāng)膜結(jié)構(gòu)用于混凝土充氣模板時(shí)，變形問(wèn)題對(duì)澆筑出的結(jié)構(gòu)尺寸影響大，柔性結(jié)構(gòu)易發(fā)生變形，過(guò)大的變形會(huì)使膜材破裂，使結(jié)構(gòu)喪失承載力失去原有工作性能[12]，因此需要建立一個(gè)合理的膜結(jié)構(gòu)體系或研發(fā)剛度更大的新型膜材來(lái)解決以上問(wèn)題，例如可在充氣膜結(jié)構(gòu)中增加拉筋，用于控制澆筑出的混凝土尺寸，可增加加強(qiáng)帶與加筋繩用于提高柔性膜材的抗拉強(qiáng)度，或是將充氣膜結(jié)構(gòu)劃分成多室結(jié)構(gòu)，減小單一充氣膜結(jié)構(gòu)的體積等。

4 結(jié)語(yǔ)

膜結(jié)構(gòu)特殊的材料性能使其在施工場(chǎng)地狹窄、開(kāi)挖規(guī)模大或水上施工等施工條件下更適宜用作混凝土模板，膜結(jié)構(gòu)混凝土模板施工難度低、耗材量小等優(yōu)點(diǎn)也給工程帶來(lái)了更大的效益。但其變形問(wèn)題是未來(lái)還需面對(duì)的最主要問(wèn)題，一方面要進(jìn)行新型膜材的研發(fā)以從材料本身解決剛度不足的問(wèn)題，另一方面需要建立合理的膜結(jié)構(gòu)體系，在材料自身性能不足的情況下增加部分構(gòu)件使其達(dá)到使用要求。