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某巨型廠(chǎng)房折疊開(kāi)啟式膜結(jié)構(gòu)大門(mén)施工技術(shù)

文檔作者：嚴(yán)永忠1，周觀根2，金暉1，俞春杰2，徐忠3 文檔來(lái)源： 1．浙江東南鋼結(jié)構(gòu)有限公司 2．浙江東南網(wǎng)架股份有限公司 3．沈陽(yáng)寶通門(mén)業(yè)有限公司		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時(shí)間： 2025年11月01日
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上一篇：某劇院鋼桁架滑移安裝技術(shù)

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2017年4月上
第46卷第7期
施工技術(shù)
CONSTRUCTl0N TECHNOLOGY
DOI：10．7672／s翻s20170700l 1
某巨型廠(chǎng)房折疊開(kāi)啟式膜結(jié)構(gòu)大門(mén)施工技術(shù)
嚴(yán)永忠1，周觀根2，金暉1，俞春杰2，徐忠3
(1．浙江東南鋼結(jié)構(gòu)有限公司，浙江杭州311209；2．浙江東南網(wǎng)架股份有限公司，浙江杭州311209；
3．沈陽(yáng)寶通門(mén)業(yè)有限公司，遼寧沈陽(yáng)110179)
[摘要]某工程門(mén)體面積超大，高度近85m，制作與施工難度大。大門(mén)門(mén)布采用膜材，支撐結(jié)構(gòu)采用索結(jié)構(gòu)，采用電
動(dòng)控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)大門(mén)自動(dòng)折疊開(kāi)啟。對(duì)膜材與索結(jié)構(gòu)的連接及大門(mén)的開(kāi)合控制系統(tǒng)進(jìn)行分析，闡述了大門(mén)加工制
作中組件變形精度控制、膜材鋪設(shè)、膜材鎖扣加工、控制系統(tǒng)實(shí)施等關(guān)鍵技術(shù)。
[關(guān)鍵詞]鋼結(jié)構(gòu)；膜結(jié)構(gòu)；廠(chǎng)房；控制系統(tǒng)；折疊；施工技術(shù)
[中圖分類(lèi)號(hào)]TU392．6 [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼]A [文章編號(hào)]1002—8498(2017)07-0011—04
Construction of Folded-open Membrane Structure
Gate of a Huge Workshop
YAN Yongzhon91，ZHOU Guan’gen2，JIN Huil，YU Chunjie2，XU Zhon93
(1．Zhejiang Southeast Steel Structure Co．，Ltd．，Hangzhou，Zhejiang 3 1 1 209，China；
2．Zhejiang Southeast Space Frame Co．，Ltd．，Hangzhou，Zhejiang 3 1 1 209，China；
3．Shenyang Treasure Door Industry Co．．Lid．，Shengyang，Liaoning 110179，China)
Abstract：A workshop with a super large area gate is 85 meters high．The manufaction and construction is
difficult．The gate’S cloth is membrane material and supporting is cable structure．The gate’S open and
closed is controlled by electric control system．The connection between membrane and cable and electric
control system are analyzed．Component deformation accuracy control，membrane laying，cable fastener
processing and control system implementation are introduced．
Key words：steel structures；membrane structures；workshop；control system；folding；construction
1工程概況
某巨型廠(chǎng)房工程長(zhǎng)280m，寬150m，高120m，建
筑面積37 240m2。考慮到廠(chǎng)房功能需要，結(jié)構(gòu)三面封
閉，一面設(shè)置洞口，洞口凈尺寸為105m(寬)×85m
(高)，在洞口設(shè)置折疊開(kāi)啟式膜結(jié)構(gòu)大門(mén)，大門(mén)安
裝完成后如圖1所示。
折疊開(kāi)啟式膜結(jié)構(gòu)大門(mén)為整體式一扇門(mén)，通過(guò)軌
道水平向一側(cè)運(yùn)行，可完全開(kāi)啟，也可部分開(kāi)啟。大
門(mén)抗風(fēng)骨架由間距2m鋼索支撐0．8mm厚PVDF涂
層膜布(高強(qiáng)度聚酯纖維布)構(gòu)成。鋼索上下端通過(guò)
滑塊與導(dǎo)軌連接，導(dǎo)軌沿洞口結(jié)構(gòu)中軸線(xiàn)布置。開(kāi)啟
式膜結(jié)構(gòu)大門(mén)由上復(fù)合梁、上導(dǎo)軌、補(bǔ)償裝置、索膜組
件、下軌道組件、起重短環(huán)鏈、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、電控系統(tǒng)等
組成。索膜大門(mén)開(kāi)啟或關(guān)閉運(yùn)行如圖2所示。
2工程特殊設(shè)計(jì)及裝置
1)大門(mén)抗風(fēng)設(shè)計(jì)及補(bǔ)償裝置大門(mén)抗風(fēng)支撐
[作者簡(jiǎn)介]嚴(yán)永忠，總工程師，E-mail：yyz—dn@163．com
[收稿日期]2016-12-20
圖1 大門(mén)安裝完成
Fig．1 Gate installation completed
圖2 索膜大門(mén)開(kāi)啟示意
Fig．2 Cable membrane door opening
結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)采用柔性索結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)選用的鋼索抗拉強(qiáng)
度達(dá)到2 160MPa。大門(mén)上部采用了自行補(bǔ)償裝置
(見(jiàn)圖3)，主要由拉桿、配重鐵塊、支架、鋼絲繩組
萬(wàn)方數(shù)據(jù)
12 施T技術(shù)第46卷
件、直滑輪組件、限位塊等部件組成，其中支架是補(bǔ)
償裝置的受力結(jié)構(gòu)。拉桿下部同膜結(jié)構(gòu)大門(mén)的支
撐鋼索連接，上部通過(guò)鋼絲繩組件、直滑輪組件等
與配重鐵塊連接。自行補(bǔ)償裝置可在膜結(jié)構(gòu)大門(mén)
受到風(fēng)荷載及其他荷載作用時(shí)起到緩載的作用。
當(dāng)大門(mén)承受風(fēng)荷載時(shí)，補(bǔ)償裝置的拉桿通過(guò)鋼絲繩
組件拉伸配重鐵塊，使得拉桿帶動(dòng)膜結(jié)構(gòu)大門(mén)的支
撐鋼索適當(dāng)伸長(zhǎng)，從而減少大門(mén)支撐鋼索的內(nèi)力，
減少鋼索對(duì)上部網(wǎng)架和下部基礎(chǔ)的拉力，大門(mén)受荷
拉伸如圖4a所示。自行補(bǔ)償裝置在平時(shí)(不啟風(fēng)的
狀態(tài)下)起到張緊鋼絲繩作用，防止鋼索和門(mén)布向
下堆積，如圖4b所示。
補(bǔ)
膜
圖3 自行補(bǔ)償裝置
Fig．3 Auto-compensation device
』
千一{
1}
{才一
a受荷拉仲b垂直狀態(tài)
圖4大門(mén)受荷載拉伸和垂直狀態(tài)
Fig．4 Gate stretching under load and in vertical state
2)膜布和鋼索及上下軌道的連接鋼索上下
端固定在導(dǎo)向裝置上，導(dǎo)向裝置在大門(mén)上下導(dǎo)軌內(nèi)
運(yùn)行。大門(mén)共設(shè)置67根鋼索，中間位置間距2m，門(mén)
邊間距1m。卷?yè)P(yáng)機(jī)通過(guò)鋼絲繩驅(qū)動(dòng)導(dǎo)向裝置，鋼索
與鋼索間滑塊由環(huán)鏈連接，并傳遞拉力，防止外部
膜布(聚酯纖維布)受力過(guò)大。膜布與鋼索重合部
分均有加強(qiáng)和耐磨帶，保證膜布設(shè)計(jì)使用壽命。鋼
索與膜布間設(shè)置固定點(diǎn)和相對(duì)移動(dòng)點(diǎn)，保證大門(mén)開(kāi)
啟和抗風(fēng)需要。膜布一側(cè)與建筑物同定，固定側(cè)門(mén)
布有一定余量滿(mǎn)足大門(mén)變形要求；另一側(cè)開(kāi)啟移
動(dòng)。上下導(dǎo)向裝置均采用輪組設(shè)計(jì)，可滿(mǎn)足大門(mén)抗
剪和抗彎要求。上下和水平方向均采用導(dǎo)輪結(jié)構(gòu)，
運(yùn)行阻力小。開(kāi)啟式膜結(jié)構(gòu)大門(mén)平面、正立面及側(cè)
立面如圖5～7所示。
上上復(fù)復(fù)合 合■留貸! u／／ 梁組捌彳T別償‘償凝裝置 川i i／
膜組件，
索組件
下軌廠(chǎng)房道內(nèi)粱部方三『武磊_廠(chǎng)主房夕豸}孽警贏寓 5 000
圖6 索膜大門(mén)側(cè)立面布置
Fig．6 Profile drawings for cable membrane door
3大門(mén)加工制作關(guān)鍵技術(shù)
3．1 上復(fù)合梁組件變形精度控制技術(shù)
上復(fù)合梁組件主要采用鋼板焊接而成，結(jié)構(gòu)易
發(fā)生焊接變形。復(fù)合梁組裝板件量多且較薄，制作
精度直接影響大門(mén)運(yùn)行，因此加工時(shí)需加工裝控制
本件焊接變形，焊后采用高頻振動(dòng)消除應(yīng)力。各鋼
板長(zhǎng)度方向允許拼接，拼接焊縫進(jìn)行100％超聲波
位
勤
重
阡
撇
心
馳
皿m斗¨u山¨m盯¨瞄州}肛黼書(shū)
萬(wàn)方數(shù)據(jù)
嚴(yán)永忠等：某巨型廠(chǎng)房折疊開(kāi)啟式膜結(jié)構(gòu)大門(mén)施工技術(shù)13
組件
裝置
圖7索膜大門(mén)正立面布置
Fig．7 Facade drawings for cable membrane door
探傷，符合GB／T11345--2003《焊縫無(wú)損檢測(cè)超聲
檢測(cè)技術(shù)、檢測(cè)等級(jí)和評(píng)定》之I級(jí)為合格。構(gòu)件梁
體對(duì)角線(xiàn)誤差控制在±3mm，上下表面平整度誤差
≤3ram。上復(fù)合梁組件軸測(cè)圖與節(jié)點(diǎn)圖如圖8，9
所示
圖8上復(fù)合梁組件軸測(cè)圖
Fig．8 Axonometric for the composite beam component
圖9 上復(fù)合粱組件節(jié)點(diǎn)
Fig．9 Joint for the composite beam component
3．2膜材加工制作關(guān)鍵技術(shù)
大門(mén)膜材加工質(zhì)量的好壞將直接影響大門(mén)的
抗風(fēng)能力與大門(mén)開(kāi)合運(yùn)行。大門(mén)膜材總面積大，達(dá)
10 500m2(130m×80．64rn)。因門(mén)布需要折疊，其展
開(kāi)面積高達(dá)13 450m2(161m×83．55m)。膜材連接
的主要受力縫采用熱合連接技術(shù)，搭接寬度
≥40ram。
3．2．1膜材的鋪設(shè)與熱合
門(mén)布和加強(qiáng)帶熱合長(zhǎng)度超過(guò)23 000m，與鋼索
結(jié)合點(diǎn)超過(guò)5 100點(diǎn)。在鋪設(shè)前，先通過(guò)試驗(yàn)確定
膜材熱縮率，根據(jù)熱縮率確定膜材下料尺寸。由于
膜材面積大、熱合長(zhǎng)度長(zhǎng)，為保證熱合縫均勻及熱
合后的膜材幾何尺寸、加強(qiáng)帶連續(xù)熱合的直線(xiàn)度及
膜材連接點(diǎn)的準(zhǔn)確性，在地面上標(biāo)線(xiàn)，并沿標(biāo)線(xiàn)鋪
設(shè)膜材，將相鄰膜材進(jìn)行熱合處理。膜材鋪設(shè)過(guò)程
如圖10所示。
圖10膜材鋪設(shè)過(guò)程示意
Fig．10 Membrane material laying process
3．2．2膜材加強(qiáng)帶的鋪設(shè)與熱合
膜材加強(qiáng)帶多，加強(qiáng)帶長(zhǎng)，尺寸一致性難以把
握。門(mén)布加強(qiáng)帶為一整條，不允許中間接頭。在熱
合后的膜材上鋪設(shè)豎向加強(qiáng)帶，再在豎向加強(qiáng)帶上
鋪設(shè)橫向加強(qiáng)帶，并將橫向加強(qiáng)帶和豎向加強(qiáng)帶與
膜材進(jìn)行熱合處理。聚酯纖維布和鋼索重合部分
均有加強(qiáng)和耐磨帶，保證膜材受力性能及耐久性。
受拉時(shí)膜材的伸長(zhǎng)率大于加強(qiáng)帶的伸長(zhǎng)率，保證受
拉時(shí)加強(qiáng)帶一直處于受力狀態(tài)。
3．3膜材鎖扣加工關(guān)鍵技術(shù)
在橫向加強(qiáng)帶與豎向加強(qiáng)帶交叉點(diǎn)處鋪設(shè)鎖
扣，并將鎖扣與橫向加強(qiáng)帶和豎向加強(qiáng)帶進(jìn)行熱合
處理。鎖扣連接如圖11所示。鎖扣同支撐拉索采
用固定與浮動(dòng)2種連接方式，其熱合連接強(qiáng)度的大
小直接影響大門(mén)的結(jié)構(gòu)安全。
lU址
a索與膜材固定連接
—酸層L生叫
b索與膜材浮動(dòng)連接
圖11索與膜材連接
Fig．11 Cable and membrane material connection
3．4膜材包裝關(guān)鍵技術(shù)
1)膜材的折疊將膜材折疊便于運(yùn)輸和吊裝。
折疊時(shí)由于人工拖曳效率低，難以整齊，因此開(kāi)發(fā)
了專(zhuān)用折疊牽引裝置進(jìn)行牽引，如圖12所示。折疊
前，先將各牽引繩的另一端與待牽引鎖扣固定連
接，通過(guò)折疊牽引裝置的牽引將索膜進(jìn)行折疊，折
疊后同一行相鄰鎖扣的間距與折疊大門(mén)完全打開(kāi)
時(shí)相鄰鋼索的間距一致；折疊時(shí)，由第1電機(jī)帶動(dòng)第
l卷筒旋轉(zhuǎn)，進(jìn)而帶動(dòng)牽引繩拉動(dòng)鎖扣，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)
索膜的折疊～
折疊支架
圖12折疊牽引裝置
Fig．12 Folding traction device
啜
墼氘|1 萬(wàn)一
萬(wàn)方數(shù)據(jù)
14 施工技術(shù)第46卷
2)膜材的卷曲為了便于運(yùn)輸和安裝，須對(duì)折
疊后的膜材進(jìn)行卷曲。將膜材卷曲成一個(gè)直徑為
2．5m，長(zhǎng)度為17m的圓柱體，質(zhì)量不超過(guò)25t，如圖
13所示。卷衄時(shí)，由第2電機(jī)帶動(dòng)卷曲軸旋轉(zhuǎn)，從
而實(shí)現(xiàn)對(duì)索膜的卷曲。在索膜的卷曲過(guò)程中，兩側(cè)
卷曲支架會(huì)隨動(dòng)前進(jìn)，隨著索膜卷曲厚度的增加，
滑塊在滑軌內(nèi)向上移動(dòng)，以適應(yīng)卷曲厚度。
鯫，
a版材巷曲裝置人樣b膜材卷曲
圖13膜材卷曲
Fig．13 Membrane material crimping
4大門(mén)控制系統(tǒng)
4．1控制系統(tǒng)的組成
控制系統(tǒng)由可編程控制器PLC、控制按鈕面板、
觸摸屏、變頻驅(qū)動(dòng)器、旋轉(zhuǎn)編碼器、測(cè)力傳感器、風(fēng)
向風(fēng)速傳感器、限位系統(tǒng)及控制軟件等組成。
4．2控制系統(tǒng)的控制原理
大門(mén)的驅(qū)動(dòng)由4臺(tái)卷?yè)P(yáng)電機(jī)組成，由于各電機(jī)
輸出之間并非直接耦合，因此需要考慮門(mén)扇上下和
左右驅(qū)動(dòng)的同步性，否則會(huì)造成驅(qū)動(dòng)輸出不均衡，
門(mén)扇結(jié)構(gòu)不同步而產(chǎn)生附加扭矩，從而對(duì)門(mén)扇造成
損傷。
采用PLC、變頻器及編碼器組成速度閉環(huán)控制
系統(tǒng)。PLC根據(jù)程序控制指令控制變頻器輸出頻率
來(lái)驅(qū)動(dòng)卷?yè)P(yáng)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，安裝在電機(jī)輸出軸上的編碼
器將高速脈沖信號(hào)反饋給PLC高速計(jì)數(shù)輸入端，
PLC根據(jù)各電機(jī)編碼器反饋的數(shù)據(jù)進(jìn)行邏輯和算術(shù)
運(yùn)算。在PLC中設(shè)計(jì)一個(gè)轉(zhuǎn)速比較器將主從電機(jī)
反饋的轉(zhuǎn)速再進(jìn)行比較后得出轉(zhuǎn)速差。然后再設(shè)
計(jì)一個(gè)模糊PID控制器，在其中進(jìn)行運(yùn)算后得出一
個(gè)補(bǔ)償值，從而實(shí)現(xiàn)整個(gè)多電動(dòng)機(jī)同步運(yùn)行控制
(見(jiàn)圖14)。在大門(mén)運(yùn)行過(guò)程中，如偏差值達(dá)到允許
極限值時(shí)，系統(tǒng)會(huì)馬上停機(jī)，并報(bào)警輸出。
。，?‘}兮’塑I壁’
凈圜蛙。鏨麴塹
1?， ．．肛二
PLC
壅墅璺一
電源指示廠(chǎng)—————]故障報(bào)警
⑩ 觸摸屏j@I
指示燈J I指幣玎
駑源臣習(xí)運(yùn)鏟。d／ 左下—呼" 、自，
鑰匙開(kāi)關(guān)匡圭至圭壟!蔓衛(wèi)鑰匙計(jì)蓑
選擇開(kāi)關(guān)
開(kāi)門(mén)按鈕急停按鈕開(kāi)門(mén)按鈕
◎ ∽ @
圖14 電動(dòng)控制系統(tǒng)
Fig．14 Electric control system
4．3同步控制系統(tǒng)實(shí)施
1)卷?yè)P(yáng)電機(jī)的聯(lián)動(dòng)和單動(dòng)選擇聯(lián)動(dòng)是指系
統(tǒng)無(wú)故障情況下正常的開(kāi)關(guān)門(mén)操作，在圖中“鑰匙
開(kāi)關(guān)”選擇在運(yùn)行狀態(tài)，操作“開(kāi)門(mén)按鈕”或“關(guān)門(mén)按
鈕”，4臺(tái)卷?yè)P(yáng)電機(jī)同時(shí)同步運(yùn)行。
單動(dòng)是指在安裝過(guò)程中或維修情況下操作使
用，在圖中“鑰匙開(kāi)關(guān)”選擇在維修狀態(tài)，“選擇開(kāi)
關(guān)”選擇：左上或左下或右上或右下或左上右上或
左下右下，操作“開(kāi)門(mén)按鈕”或“關(guān)門(mén)按鈕”，則相應(yīng)
的卷?yè)P(yáng)電機(jī)的單獨(dú)運(yùn)行。在觸摸屏操作面板上，還
可以通過(guò)設(shè)置密碼來(lái)進(jìn)行運(yùn)行／維修的選擇。
2)大門(mén)運(yùn)行、停止平穩(wěn)可靠大門(mén)采用變頻控
制、緩啟緩?fù)?，減少了對(duì)門(mén)體及建筑結(jié)構(gòu)的沖擊。停
止采用制動(dòng)電阻的能耗制動(dòng)和電磁抱閘制動(dòng)相結(jié)合
方式，確保穩(wěn)定可靠。在大門(mén)完全關(guān)閉位置，還設(shè)置
插銷(xiāo)裝置實(shí)現(xiàn)雙定位。大門(mén)運(yùn)行曲線(xiàn)如圖15所示。
豆I
妲，，7 能耗電磁
：到／7 帝4動(dòng)、常0蟄
加速運(yùn)行減速停止
圖15 大門(mén)運(yùn)行曲線(xiàn)
Fig．15 The gate operating curve
5 結(jié)語(yǔ)
介紹了一種超大型折疊開(kāi)啟式門(mén)的加工制作
方法，重點(diǎn)介紹大門(mén)膜材的鋪設(shè)與熱合、膜材加強(qiáng)
帶的鋪設(shè)與熱合、膜材鎖扣的鋪設(shè)與熱合、膜材的
折疊與卷曲等技術(shù)，解決了膜結(jié)構(gòu)大門(mén)開(kāi)啟平穩(wěn)、
順暢及滿(mǎn)足抗風(fēng)設(shè)計(jì)的要求。
針對(duì)大門(mén)的控制系統(tǒng)的同步性控制難題給出
了詳細(xì)的技術(shù)解決方案，以保證大門(mén)開(kāi)啟的同步性
與平穩(wěn)性。
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49．52．

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