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某巨型廠房折疊開啟式膜結構大門施工技術

文檔作者：嚴永忠1，周觀根2，金暉1，俞春杰2，徐忠3 文檔來源： 1．浙江東南鋼結構有限公司 2．浙江東南網架股份有限公司 3．沈陽寶通門業(yè)有限公司		點擊數(shù)：	更新時間： 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

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2017年4月上
第46卷第7期
施工技術
CONSTRUCTl0N TECHNOLOGY
DOI：10．7672／s翻s20170700l 1
某巨型廠房折疊開啟式膜結構大門施工技術
嚴永忠1，周觀根2，金暉1，俞春杰2，徐忠3
(1．浙江東南鋼結構有限公司，浙江杭州311209；2．浙江東南網架股份有限公司，浙江杭州311209；
3．沈陽寶通門業(yè)有限公司，遼寧沈陽110179)
[摘要]某工程門體面積超大，高度近85m，制作與施工難度大。大門門布采用膜材，支撐結構采用索結構，采用電
動控制系統(tǒng)實現(xiàn)大門自動折疊開啟。對膜材與索結構的連接及大門的開合控制系統(tǒng)進行分析，闡述了大門加工制
作中組件變形精度控制、膜材鋪設、膜材鎖扣加工、控制系統(tǒng)實施等關鍵技術。
[關鍵詞]鋼結構；膜結構；廠房；控制系統(tǒng)；折疊；施工技術
[中圖分類號]TU392．6 [文獻標識碼]A [文章編號]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
某巨型廠房工程長280m，寬150m，高120m，建
筑面積37 240m2?？紤]到廠房功能需要，結構三面封
閉，一面設置洞口，洞口凈尺寸為105m(寬)×85m
(高)，在洞口設置折疊開啟式膜結構大門，大門安
裝完成后如圖1所示。
折疊開啟式膜結構大門為整體式一扇門，通過軌
道水平向一側運行，可完全開啟，也可部分開啟。大
門抗風骨架由間距2m鋼索支撐0．8mm厚PVDF涂
層膜布(高強度聚酯纖維布)構成。鋼索上下端通過
滑塊與導軌連接，導軌沿洞口結構中軸線布置。開啟
式膜結構大門由上復合梁、上導軌、補償裝置、索膜組
件、下軌道組件、起重短環(huán)鏈、驅動系統(tǒng)、電控系統(tǒng)等
組成。索膜大門開啟或關閉運行如圖2所示。
2工程特殊設計及裝置
1)大門抗風設計及補償裝置大門抗風支撐
[作者簡介]嚴永忠，總工程師，E-mail：yyz—dn@163．com
[收稿日期]2016-12-20
圖1 大門安裝完成
Fig．1 Gate installation completed
圖2 索膜大門開啟示意
Fig．2 Cable membrane door opening
結構設計采用柔性索結構，設計選用的鋼索抗拉強
度達到2 160MPa。大門上部采用了自行補償裝置
(見圖3)，主要由拉桿、配重鐵塊、支架、鋼絲繩組
萬方數(shù)據
12 施T技術第46卷
件、直滑輪組件、限位塊等部件組成，其中支架是補
償裝置的受力結構。拉桿下部同膜結構大門的支
撐鋼索連接，上部通過鋼絲繩組件、直滑輪組件等
與配重鐵塊連接。自行補償裝置可在膜結構大門
受到風荷載及其他荷載作用時起到緩載的作用。
當大門承受風荷載時，補償裝置的拉桿通過鋼絲繩
組件拉伸配重鐵塊，使得拉桿帶動膜結構大門的支
撐鋼索適當伸長，從而減少大門支撐鋼索的內力，
減少鋼索對上部網架和下部基礎的拉力，大門受荷
拉伸如圖4a所示。自行補償裝置在平時(不啟風的
狀態(tài)下)起到張緊鋼絲繩作用，防止鋼索和門布向
下堆積，如圖4b所示。
補
膜
圖3 自行補償裝置
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
端固定在導向裝置上，導向裝置在大門上下導軌內
運行。大門共設置67根鋼索，中間位置間距2m，門
邊間距1m。卷揚機通過鋼絲繩驅動導向裝置，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)受力過大。膜布與鋼索重合部
分均有加強和耐磨帶，保證膜布設計使用壽命。鋼
索與膜布間設置固定點和相對移動點，保證大門開
啟和抗風需要。膜布一側與建筑物同定，固定側門
布有一定余量滿足大門變形要求；另一側開啟移
動。上下導向裝置均采用輪組設計，可滿足大門抗
剪和抗彎要求。上下和水平方向均采用導輪結構，
運行阻力小。開啟式膜結構大門平面、正立面及側
立面如圖5～7所示。
上上復復合 合■留貸! u／／ 梁組捌彳T別償‘償凝裝置 川i i／
膜組件，
索組件
下軌廠房道內粱部方三『武磊_廠主房夕豸}孽警贏寓 5 000
圖6 索膜大門側立面布置
Fig．6 Profile drawings for cable membrane door
3大門加工制作關鍵技術
3．1 上復合梁組件變形精度控制技術
上復合梁組件主要采用鋼板焊接而成，結構易
發(fā)生焊接變形。復合梁組裝板件量多且較薄，制作
精度直接影響大門運行，因此加工時需加工裝控制
本件焊接變形，焊后采用高頻振動消除應力。各鋼
板長度方向允許拼接，拼接焊縫進行100％超聲波
位
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重
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萬方數(shù)據
嚴永忠等：某巨型廠房折疊開啟式膜結構大門施工技術13
組件
裝置
圖7索膜大門正立面布置
Fig．7 Facade drawings for cable membrane door
探傷，符合GB／T11345--2003《焊縫無損檢測超聲
檢測技術、檢測等級和評定》之I級為合格。構件梁
體對角線誤差控制在±3mm，上下表面平整度誤差
≤3ram。上復合梁組件軸測圖與節(jié)點圖如圖8，9
所示
圖8上復合梁組件軸測圖
Fig．8 Axonometric for the composite beam component
圖9 上復合粱組件節(jié)點
Fig．9 Joint for the composite beam component
3．2膜材加工制作關鍵技術
大門膜材加工質量的好壞將直接影響大門的
抗風能力與大門開合運行。大門膜材總面積大，達
10 500m2(130m×80．64rn)。因門布需要折疊，其展
開面積高達13 450m2(161m×83．55m)。膜材連接
的主要受力縫采用熱合連接技術，搭接寬度
≥40ram。
3．2．1膜材的鋪設與熱合
門布和加強帶熱合長度超過23 000m，與鋼索
結合點超過5 100點。在鋪設前，先通過試驗確定
膜材熱縮率，根據熱縮率確定膜材下料尺寸。由于
膜材面積大、熱合長度長，為保證熱合縫均勻及熱
合后的膜材幾何尺寸、加強帶連續(xù)熱合的直線度及
膜材連接點的準確性，在地面上標線，并沿標線鋪
設膜材，將相鄰膜材進行熱合處理。膜材鋪設過程
如圖10所示。
圖10膜材鋪設過程示意
Fig．10 Membrane material laying process
3．2．2膜材加強帶的鋪設與熱合
膜材加強帶多，加強帶長，尺寸一致性難以把
握。門布加強帶為一整條，不允許中間接頭。在熱
合后的膜材上鋪設豎向加強帶，再在豎向加強帶上
鋪設橫向加強帶，并將橫向加強帶和豎向加強帶與
膜材進行熱合處理。聚酯纖維布和鋼索重合部分
均有加強和耐磨帶，保證膜材受力性能及耐久性。
受拉時膜材的伸長率大于加強帶的伸長率，保證受
拉時加強帶一直處于受力狀態(tài)。
3．3膜材鎖扣加工關鍵技術
在橫向加強帶與豎向加強帶交叉點處鋪設鎖
扣，并將鎖扣與橫向加強帶和豎向加強帶進行熱合
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2種連接方式，其熱合連接強度的大
小直接影響大門的結構安全。
lU址
a索與膜材固定連接
—酸層L生叫
b索與膜材浮動連接
圖11索與膜材連接
Fig．11 Cable and membrane material connection
3．4膜材包裝關鍵技術
1)膜材的折疊將膜材折疊便于運輸和吊裝。
折疊時由于人工拖曳效率低，難以整齊，因此開發(fā)
了專用折疊牽引裝置進行牽引，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，通過折疊牽引裝置的牽引將索膜進行折疊，折
疊后同一行相鄰鎖扣的間距與折疊大門完全打開
時相鄰鋼索的間距一致；折疊時，由第1電機帶動第
l卷筒旋轉，進而帶動牽引繩拉動鎖扣，從而實現(xiàn)對
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 萬一
萬方數(shù)據
14 施工技術第46卷
2)膜材的卷曲為了便于運輸和安裝，須對折
疊后的膜材進行卷曲。將膜材卷曲成一個直徑為
2．5m，長度為17m的圓柱體，質量不超過25t，如圖
13所示。卷衄時，由第2電機帶動卷曲軸旋轉，從
而實現(xiàn)對索膜的卷曲。在索膜的卷曲過程中，兩側
卷曲支架會隨動前進，隨著索膜卷曲厚度的增加，
滑塊在滑軌內向上移動，以適應卷曲厚度。
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、變頻驅動器、旋轉編碼器、測力傳感器、風
向風速傳感器、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
大門的驅動由4臺卷揚電機組成，由于各電機
輸出之間并非直接耦合，因此需要考慮門扇上下和
左右驅動的同步性，否則會造成驅動輸出不均衡，
門扇結構不同步而產生附加扭矩，從而對門扇造成
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根據程序控制指令控制變頻器輸出頻率
來驅動卷揚電機運轉，安裝在電機輸出軸上的編碼
器將高速脈沖信號反饋給PLC高速計數(shù)輸入端，
PLC根據各電機編碼器反饋的數(shù)據進行邏輯和算術
運算。在PLC中設計一個轉速比較器將主從電機
反饋的轉速再進行比較后得出轉速差。然后再設
計一個模糊PID控制器，在其中進行運算后得出一
個補償值，從而實現(xiàn)整個多電動機同步運行控制
(見圖14)。在大門運行過程中，如偏差值達到允許
極限值時，系統(tǒng)會馬上停機，并報警輸出。
。，?‘}兮’塑I壁’
凈圜蛙。鏨麴塹
1?， ．．肛二
PLC
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電源指示廠—————]故障報警
⑩ 觸摸屏j@I
指示燈J I指幣玎
駑源臣習運鏟。d／ 左下—呼" 、自，
鑰匙開關匡圭至圭壟!蔓衛(wèi)鑰匙計蓑
選擇開關
開門按鈕急停按鈕開門按鈕
◎ ∽ @
圖14 電動控制系統(tǒng)
Fig．14 Electric control system
4．3同步控制系統(tǒng)實施
1)卷揚電機的聯(lián)動和單動選擇聯(lián)動是指系
統(tǒng)無故障情況下正常的開關門操作，在圖中“鑰匙
開關”選擇在運行狀態(tài)，操作“開門按鈕”或“關門按
鈕”，4臺卷揚電機同時同步運行。
單動是指在安裝過程中或維修情況下操作使
用，在圖中“鑰匙開關”選擇在維修狀態(tài)，“選擇開
關”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“開門按鈕”或“關門按鈕”，則相應
的卷揚電機的單獨運行。在觸摸屏操作面板上，還
可以通過設置密碼來進行運行／維修的選擇。
2)大門運行、停止平穩(wěn)可靠大門采用變頻控
制、緩啟緩停，減少了對門體及建筑結構的沖擊。停
止采用制動電阻的能耗制動和電磁抱閘制動相結合
方式，確保穩(wěn)定可靠。在大門完全關閉位置，還設置
插銷裝置實現(xiàn)雙定位。大門運行曲線如圖15所示。
豆I
妲，，7 能耗電磁
：到／7 帝4動、常0蟄
加速運行減速停止
圖15 大門運行曲線
Fig．15 The gate operating curve
5 結語
介紹了一種超大型折疊開啟式門的加工制作
方法，重點介紹大門膜材的鋪設與熱合、膜材加強
帶的鋪設與熱合、膜材鎖扣的鋪設與熱合、膜材的
折疊與卷曲等技術，解決了膜結構大門開啟平穩(wěn)、
順暢及滿足抗風設計的要求。
針對大門的控制系統(tǒng)的同步性控制難題給出
了詳細的技術解決方案，以保證大門開啟的同步性
與平穩(wěn)性。
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