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某巨型厂房折叠开启式膜结构大门施工技术

文档作者：严永忠1，周观根2，金晖1，俞春杰2，徐忠3 文档来源： 1．浙江东南钢结构有限公司 2．浙江东南网架股份有限公司 3．沈阳宝通门业有限公司		点击数：	更新时间： 2025年11月01日
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2017年4月上
第46卷第7期
施工技术
CONSTRUCTl0N TECHNOLOGY
DOI：10．7672／s翻s20170700l 1
某巨型厂房折叠开启式膜结构大门施工技术
严永忠1，周观根2，金晖1，俞春杰2，徐忠3
(1．浙江东南钢结构有限公司，浙江杭州311209；2．浙江东南网架股份有限公司，浙江杭州311209；
3．沈阳宝通门业有限公司，辽宁沈阳110179)
[摘要]某工程门体面积超大，高度近85m，制作与施工难度大。大门门布采用膜材，支撑结构采用索结构，采用电
动控制系统实现大门自动折叠开启。对膜材与索结构的连接及大门的开合控制系统进行分析，阐述了大门加工制
作中组件变形精度控制、膜材铺设、膜材锁扣加工、控制系统实施等关键技术。
[关键词]钢结构；膜结构；厂房；控制系统；折叠；施工技术
[中图分类号]TU392．6 [文献标识码]A [文章编号]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工程概况
某巨型厂房工程长280m，宽150m，高120m，建
筑面积37 240m2。考虑到厂房功能需要，结构三面封
闭，一面设置洞口，洞口净尺寸为105m(宽)×85m
(高)，在洞口设置折叠开启式膜结构大门，大门安
装完成后如图1所示。
折叠开启式膜结构大门为整体式一扇门，通过轨
道水平向一侧运行，可完全开启，也可部分开启。大
门抗风骨架由间距2m钢索支撑0．8mm厚PVDF涂
层膜布(高强度聚酯纤维布)构成。钢索上下端通过
滑块与导轨连接，导轨沿洞口结构中轴线布置。开启
式膜结构大门由上复合梁、上导轨、补偿装置、索膜组
件、下轨道组件、起重短环链、驱动系统、电控系统等
组成。索膜大门开启或关闭运行如图2所示。
2工程特殊设计及装置
1)大门抗风设计及补偿装置大门抗风支撑
[作者简介]严永忠，总工程师，E-mail：yyz—dn@163．com
[收稿日期]2016-12-20
图1 大门安装完成
Fig．1 Gate installation completed
图2 索膜大门开启示意
Fig．2 Cable membrane door opening
结构设计采用柔性索结构，设计选用的钢索抗拉强
度达到2 160MPa。大门上部采用了自行补偿装置
(见图3)，主要由拉杆、配重铁块、支架、钢丝绳组
万方数据
12 施T技术第46卷
件、直滑轮组件、限位块等部件组成，其中支架是补
偿装置的受力结构。拉杆下部同膜结构大门的支
撑钢索连接，上部通过钢丝绳组件、直滑轮组件等
与配重铁块连接。自行补偿装置可在膜结构大门
受到风荷载及其他荷载作用时起到缓载的作用。
当大门承受风荷载时，补偿装置的拉杆通过钢丝绳
组件拉伸配重铁块，使得拉杆带动膜结构大门的支
撑钢索适当伸长，从而减少大门支撑钢索的内力，
减少钢索对上部网架和下部基础的拉力，大门受荷
拉伸如图4a所示。自行补偿装置在平时(不启风的
状态下)起到张紧钢丝绳作用，防止钢索和门布向
下堆积，如图4b所示。
补
膜
图3 自行补偿装置
Fig．3 Auto-compensation device
』
千一{
1}
{才一
a受荷拉仲b垂直状态
图4大门受荷载拉伸和垂直状态
Fig．4 Gate stretching under load and in vertical state
2)膜布和钢索及上下轨道的连接钢索上下
端固定在导向装置上，导向装置在大门上下导轨内
运行。大门共设置67根钢索，中间位置间距2m，门
边间距1m。卷扬机通过钢丝绳驱动导向装置，钢索
与钢索间滑块由环链连接，并传递拉力，防止外部
膜布(聚酯纤维布)受力过大。膜布与钢索重合部
分均有加强和耐磨带，保证膜布设计使用寿命。钢
索与膜布间设置固定点和相对移动点，保证大门开
启和抗风需要。膜布一侧与建筑物同定，固定侧门
布有一定余量满足大门变形要求；另一侧开启移
动。上下导向装置均采用轮组设计，可满足大门抗
剪和抗弯要求。上下和水平方向均采用导轮结构，
运行阻力小。开启式膜结构大门平面、正立面及侧
立面如图5～7所示。
上上复复合 合■留贷! u／／ 梁组捌彳T别偿‘偿凝装置 川i i／
膜组件，
索组件
下轨厂房道内粱部方三『武磊_厂主房夕豸}孽警赢寓 5 000
图6 索膜大门侧立面布置
Fig．6 Profile drawings for cable membrane door
3大门加工制作关键技术
3．1 上复合梁组件变形精度控制技术
上复合梁组件主要采用钢板焊接而成，结构易
发生焊接变形。复合梁组装板件量多且较薄，制作
精度直接影响大门运行，因此加工时需加工装控制
本件焊接变形，焊后采用高频振动消除应力。各钢
板长度方向允许拼接，拼接焊缝进行100％超声波
位
勤
重
阡
撇
心
驰
皿m斗¨u山¨m盯¨瞄州}肛黼书
万方数据
严永忠等：某巨型厂房折叠开启式膜结构大门施工技术13
组件
装置
图7索膜大门正立面布置
Fig．7 Facade drawings for cable membrane door
探伤，符合GB／T11345--2003《焊缝无损检测超声
检测技术、检测等级和评定》之I级为合格。构件梁
体对角线误差控制在±3mm，上下表面平整度误差
≤3ram。上复合梁组件轴测图与节点图如图8，9
所示
图8上复合梁组件轴测图
Fig．8 Axonometric for the composite beam component
图9 上复合粱组件节点
Fig．9 Joint for the composite beam component
3．2膜材加工制作关键技术
大门膜材加工质量的好坏将直接影响大门的
抗风能力与大门开合运行。大门膜材总面积大，达
10 500m2(130m×80．64rn)。因门布需要折叠，其展
开面积高达13 450m2(161m×83．55m)。膜材连接
的主要受力缝采用热合连接技术，搭接宽度
≥40ram。
3．2．1膜材的铺设与热合
门布和加强带热合长度超过23 000m，与钢索
结合点超过5 100点。在铺设前，先通过试验确定
膜材热缩率，根据热缩率确定膜材下料尺寸。由于
膜材面积大、热合长度长，为保证热合缝均匀及热
合后的膜材几何尺寸、加强带连续热合的直线度及
膜材连接点的准确性，在地面上标线，并沿标线铺
设膜材，将相邻膜材进行热合处理。膜材铺设过程
如图10所示。
图10膜材铺设过程示意
Fig．10 Membrane material laying process
3．2．2膜材加强带的铺设与热合
膜材加强带多，加强带长，尺寸一致性难以把
握。门布加强带为一整条，不允许中间接头。在热
合后的膜材上铺设竖向加强带，再在竖向加强带上
铺设横向加强带，并将横向加强带和竖向加强带与
膜材进行热合处理。聚酯纤维布和钢索重合部分
均有加强和耐磨带，保证膜材受力性能及耐久性。
受拉时膜材的伸长率大于加强带的伸长率，保证受
拉时加强带一直处于受力状态。
3．3膜材锁扣加工关键技术
在横向加强带与竖向加强带交叉点处铺设锁
扣，并将锁扣与横向加强带和竖向加强带进行热合
处理。锁扣连接如图11所示。锁扣同支撑拉索采
用固定与浮动2种连接方式，其热合连接强度的大
小直接影响大门的结构安全。
lU址
a索与膜材固定连接
—酸层L生叫
b索与膜材浮动连接
图11索与膜材连接
Fig．11 Cable and membrane material connection
3．4膜材包装关键技术
1)膜材的折叠将膜材折叠便于运输和吊装。
折叠时由于人工拖曳效率低，难以整齐，因此开发
了专用折叠牵引装置进行牵引，如图12所示。折叠
前，先将各牵引绳的另一端与待牵引锁扣固定连
接，通过折叠牵引装置的牵引将索膜进行折叠，折
叠后同一行相邻锁扣的间距与折叠大门完全打开
时相邻钢索的间距一致；折叠时，由第1电机带动第
l卷筒旋转，进而带动牵引绳拉动锁扣，从而实现对
索膜的折叠～
折叠支架
图12折叠牵引装置
Fig．12 Folding traction device
啜
墼氘|1 万一
万方数据
14 施工技术第46卷
2)膜材的卷曲为了便于运输和安装，须对折
叠后的膜材进行卷曲。将膜材卷曲成一个直径为
2．5m，长度为17m的圆柱体，质量不超过25t，如图
13所示。卷衄时，由第2电机带动卷曲轴旋转，从
而实现对索膜的卷曲。在索膜的卷曲过程中，两侧
卷曲支架会随动前进，随着索膜卷曲厚度的增加，
滑块在滑轨内向上移动，以适应卷曲厚度。
鲰，
a版材巷曲装置人样b膜材卷曲
图13膜材卷曲
Fig．13 Membrane material crimping
4大门控制系统
4．1控制系统的组成
控制系统由可编程控制器PLC、控制按钮面板、
触摸屏、变频驱动器、旋转编码器、测力传感器、风
向风速传感器、限位系统及控制软件等组成。
4．2控制系统的控制原理
大门的驱动由4台卷扬电机组成，由于各电机
输出之间并非直接耦合，因此需要考虑门扇上下和
左右驱动的同步性，否则会造成驱动输出不均衡，
门扇结构不同步而产生附加扭矩，从而对门扇造成
损伤。
采用PLC、变频器及编码器组成速度闭环控制
系统。PLC根据程序控制指令控制变频器输出频率
来驱动卷扬电机运转，安装在电机输出轴上的编码
器将高速脉冲信号反馈给PLC高速计数输入端，
PLC根据各电机编码器反馈的数据进行逻辑和算术
运算。在PLC中设计一个转速比较器将主从电机
反馈的转速再进行比较后得出转速差。然后再设
计一个模糊PID控制器，在其中进行运算后得出一
个补偿值，从而实现整个多电动机同步运行控制
(见图14)。在大门运行过程中，如偏差值达到允许
极限值时，系统会马上停机，并报警输出。
。，⋯‘}兮’塑I壁’
净圜蛙。錾麴堑
1⋯， ．．肛二
PLC
壅墅璺一
电源指示厂—————]故障报警
⑩ 触摸屏j@I
指示灯J I指币玎
驽源臣习运铲。d／ 左下—呼" 、自，
钥匙开关匡圭至圭垄!蔓卫钥匙计蓑
选择开关
开门按钮急停按钮开门按钮
◎ ∽ @
图14 电动控制系统
Fig．14 Electric control system
4．3同步控制系统实施
1)卷扬电机的联动和单动选择联动是指系
统无故障情况下正常的开关门操作，在图中“钥匙
开关”选择在运行状态，操作“开门按钮”或“关门按
钮”，4台卷扬电机同时同步运行。
单动是指在安装过程中或维修情况下操作使
用，在图中“钥匙开关”选择在维修状态，“选择开
关”选择：左上或左下或右上或右下或左上右上或
左下右下，操作“开门按钮”或“关门按钮”，则相应
的卷扬电机的单独运行。在触摸屏操作面板上，还
可以通过设置密码来进行运行／维修的选择。
2)大门运行、停止平稳可靠大门采用变频控
制、缓启缓停，减少了对门体及建筑结构的冲击。停
止采用制动电阻的能耗制动和电磁抱闸制动相结合
方式，确保稳定可靠。在大门完全关闭位置，还设置
插销装置实现双定位。大门运行曲线如图15所示。
豆I
妲，，7 能耗电磁
：到／7 帝4动、常0蛰
加速运行减速停止
图15 大门运行曲线
Fig．15 The gate operating curve
5 结语
介绍了一种超大型折叠开启式门的加工制作
方法，重点介绍大门膜材的铺设与热合、膜材加强
带的铺设与热合、膜材锁扣的铺设与热合、膜材的
折叠与卷曲等技术，解决了膜结构大门开启平稳、
顺畅及满足抗风设计的要求。
针对大门的控制系统的同步性控制难题给出
了详细的技术解决方案，以保证大门开启的同步性
与平稳性。
参考文献：
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