一种模块化平面骨架支承式膜组件及拼装方法

本发明涉及建筑工程技术领域，尤其是涉及一种模块化平面骨架支承式膜组件及拼装方法。

背景技术：

膜结构在现代建筑中应用非常广泛，在实际工程项目中，膜结构建筑通常被设计为空间曲面形式，由于膜结构整体刚度较小，使用平面式膜结构不可避免的在结构中间产生沉降容易积水、积雪等，而在某些领域，必须要设计为平面膜结构，现有的膜结构需要根据建筑布局进行设计、剪裁，膜面通常为整体张拉形式，一但安装好后不可调节，在恶劣环境下，膜结构建筑的膜面极易破损，破损后整体维修困难只能局部修补，维修困难，拆卸不便，更换成本高，同时，在膜结构建筑服役过程中，由于各种环境荷载如风、雨、温度变化、地基沉降等因素，膜面和整体结构会发生松动，重新矫正、张拉的效率低。

现有的膜结构需要根据建筑布局进行设计、剪裁，主要为空间曲面形式，膜面通常为整体张拉形式，一但安装好后不可调节，无法应对结构松动、地基沉降等问题；破损后整体维修困难只能局部修补，影响膜结构的性能与美观。缺乏模块化快速组装、快速微调结构、快速更换局部破损件的能力。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供了一种模块化平面骨架支承式膜组件，以解决现有技术中存在的膜结构建筑维修困难，拆卸不便且矫正效率低的技术问题。本发明提供的诸多技术方案中的优选技术方案所能产生的诸多技术效果（结构简单、成本低、使用方便）详见下文阐述。

本发明提供了一种模块化平面骨架支承式膜组件，包括多个在设定平面上呈矩阵排列的模块化单元且模块化单元为矩形结构，相邻两个模块化单元之间通过桁架支承组件连接，单个节点对应的四个模块化单元之间通过节点支承组件连接，节点支承组件的底部高度低于桁架支承组件的底部高度，同横向或纵向的相邻节点支承组件和桁架支承组件之间、相邻节点支承组件之间均连接有直杆，以使直杆、节点支承组件和模块化单元组件配合构成桁架结构。

优选地，还包括桁架支座组件、安装角钢和固定于墙体上的预埋件，安装角钢与设定平面内最外侧的模块化单元固定且安装角钢与预埋件固定，桁架支座组件与预埋件螺栓固定，同横向或纵向的相邻桁架支座组件和节点支承组件之间连接有直杆，以使直杆、节点支承组件和桁架支座组件配合构成桁架结构。

优选地，节点支承组件包括节点支撑管、节点支承十字头和节点调节螺杆，节点调节螺杆穿过节点支承十字头且节点支承十字头与节点调节螺杆螺纹连接，节点支撑管的一端与与其相邻的四个模块化单元连接，节点支承管的另一端上固定有连接法兰且与节点调节螺杆的连接法兰螺栓连接，以使节点支承十字头能够通过与节点调节螺杆相对旋转，调节节点支承十字头与模块化单元之间的竖直距离。

优选地，桁架支承组件包括连接相邻两个模块化单元之间的桁架连接件、桁架支承锁紧板和桁架支承接头，桁架连接件和桁架支承锁紧板螺纹连接，桁架支承锁紧板套设于桁架支承接头的外侧且桁架支承锁紧板与桁架支承接头螺纹连接，以使桁架支承接头能够通过与桁架支承锁紧板相对旋转，调节桁架支承接头与桁架连接件的竖直距离。

优选地，桁架支座组件包括支座主体、支座调节螺栓、锁紧螺母和支座固定螺栓组件，支座主体通过销轴和与相对应的直杆固定，预埋件上固定有支座固定螺母组件和膜结构安装螺栓组件，支座固定螺栓组件穿过支座主体后与支座固定螺母组件配合连接，锁紧螺母套设于支座调节螺栓上且支座调节螺栓穿过支座主体后与预埋件抵接。

优选地，模块化单元包括膜材、压膜板、连接角点和由四根边杆通过四个连接角点连接构成的矩形模块框架，任意边杆的侧边向内凹设有匹配压膜板的凹槽，膜材平铺于矩形模块框架上且膜材覆盖矩形模块框架的四侧侧边以遮挡凹槽，压膜板携带膜材插入凹槽内后，压膜板与边杆通过螺栓固定。

一种模块化平面骨架支承式膜组件拼装方法，至少包括以下步骤：

s1:预埋件施工：混凝土墙体浇筑过程中将预埋件固定于混凝土钢筋框架上，并将预埋件和混凝土墙体浇筑为一体；

s2:组装模块化膜单元组件：多个模块化单元沿膜组件的短边方向依次排列且相邻之间固定；

s3：放置：用起重机将组装好的每排膜单元组件依次吊装至预埋件上对应位置后固定，构成膜整体，膜整体上安装节点支承组件、桁架支承组件、直杆和桁架支座组件，以构成桁架结构；

s4、调节水平：使用水平仪测量每个模块化单元的水平度，按照从外到内、先边缘后中间的顺序依次调节每个模块化单元的水平度，调节方法为先将所调节模块化单元对应的节点支承锁定螺栓和桁架支承锁定螺栓卸载，通过工具轮流缓慢的拧动节点调节螺杆和桁架支承锁紧板，观察水平仪，直至该模块化单元调节水平后，重新固定好节点支承锁定螺栓与桁架支承锁定螺栓。

s5、重复上面的过程，即可将整个膜结构的每个模块化单元调节平整。

本发明提供了一种模块化平面骨架支承式膜组件，支承式膜组件包括多个呈矩阵排列的模块化单元，与现有技术的区别在于，相邻两个模块化单元之间通过桁架支承组件连接，单个节点对应的四个模块化单元之间通过节点支承组件连接，节点支承组件的底部高度低于桁架支承组件的底部高度，同横向或纵向的相邻节点支承组件和桁架支承组件之间、相邻节点支承组件之间均连接有直杆，以使直杆、节点支承组件和模块化单元组件配合构成桁架结构，任意模块化单元拆装维修时，可通过拆除与其对应的节点支承组件和桁架支承组件将对应的模块化单元拆除。该结构拆装方便，维修效率高。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为一种模块化平面骨架支承式膜结构整体结构示意图；

图2为整体结构局部放大示意图；

图3为模块化膜单元组件结构示意图；

图4为节点支承组件结构示意图；

图5为膜结构桁架可调支座结构示意图；

图6为桁架支承组件结构示意图。

图中：1、混凝土墙体；2、安装角钢；3、模块化膜单元组件；3.1、膜材；3.2、压模板；3.3、压膜板固定螺钉；3.4、边杆、3.5、边杆组装螺栓组件；3.6、连接角点；3.7、膜单元安装螺栓组件；3.8、膜单元拼接螺栓组件；4、长斜杆；5、节点支承组件、5.1、节点固定螺栓组件；5.2、节点支承管、5.3、节点支承锁定螺栓、5.4、节点调节螺杆；5.5、节点支承十字头、5.6、节点桁架连接销轴、5.7、节点桁架连接开口销；6、桁架支座组件；6.1、支座主体；6.2、支座桁架连接销轴；6.3、支座桁架连接开口销；6.4、支座调节螺栓、6.5、锁紧螺母；6.6、支座固定螺栓组件；7、桁架支承组件；7.1、桁架支承u形连接件；7.2桁架支承锁紧板；7.3、桁架支承锁定螺栓；7.4、桁架支承接头；8、短斜杆；9、预埋件；9.1、预埋件主体；9.2、膜结构安装螺栓组件；9.3、支座固定螺母；10、横杆；11、长立杆；12、短立杆。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明的技术方案进行详细的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本发明所保护的范围。

本实施例提供了一种模块化平面骨架支承式膜结构，包括多个在设定平面上呈矩阵排列的模块化单元3且模块化单元3为矩形结构，设定平面为四面墙体构成的矩形空间，模块化平面骨架支承式膜结构还包括混凝土墙体1、安装角钢2、长斜杆4、节点支承组件5、桁架支座组件6、桁架支承组件7、短斜杆8、预埋件9。相邻两个模块化单元3之间通过桁架支承组件7连接，单个节点对应的四个模块化单元3之间通过节点支承组件5连接，节点支承组件5的底部高度低于桁架支承组件7的底部高度，安装角钢2与设定平面内最外侧的模块化单元3固定且安装角钢2与预埋件9固定，桁架支座组件6与预埋件9螺栓连接，同横向或纵向的相邻节点支承组件5和桁架支承组件7之间、相邻节点支承组件5之间、相邻桁架支座组件6和节点支承组件5之间均连接有直杆，以使直杆、节点支承组件5和模块化单元组件3、桁架支座组件6配合构成桁架结构。

直杆包括短斜杆8、横杆10、长立杆11、短立杆12和长斜杆，同横向或纵向的相邻节点支承组件和桁架支承组件之间连接有短斜杆8、相邻节点支承组件之间连接有横杆10、桁架支承组件和横杆10之间连接有垂直于横杆10的长立杆11、相邻桁架支座组件和节点支承组件之间连接有长斜杆14，长斜杆4和与其对应的桁架支承组件之间连接有与长立杆13平行的短立杆12。

模块化单元3包括膜材3.1、压模板3.2、连接角点3.6和由四根边杆3.4通过四个连接角点3.6连接构成的矩形模块框架，连接角点3.6通过边杆组装螺栓组件3.5与边杆3.4固定，任意边杆3.4的侧边向内凹设有匹配压膜板的凹槽，膜材3.1平铺于矩形模块框架上且膜材3.1覆盖矩形模块框架的四侧侧边以遮挡凹槽，压膜板3.2携带膜材3.1插入凹槽内后，压膜板3.2与边杆通过压膜板固定螺钉3.3固定，以使膜材3.1由压模板3.2通过压膜板固定螺钉3.3固定于边杆3.4上，模块化单元3的边杆3.4通过膜单元拼接螺栓组件3.8与其他模块化单元3的边杆3.4相连。

节点支承组件5包括节点支撑管5.2、节点支承十字头5.5和节点调节螺杆5.4，节点调节螺杆5.4穿过节点支承十字头5.5且节点支承十字头5.5与节点调节螺杆5.4螺纹连接，节点支撑管5.2的一端与与其相邻的四个模块化单元3连接，节点支承管5.2的另一端上固定有连接法兰且与节点调节螺杆5.4的连接法兰螺栓连接，以使节点支承十字头5.5能够通过与节点调节螺杆5.4相对旋转，调节节点支承十字头5.5与模块化单元3之间的竖直距离。

桁架支承组件7包括连接相邻两个模块化单元3之间的桁架连接件7.1、桁架支承锁紧板7.2和桁架支承接头7.4，桁架连接件7.1和桁架支承锁紧板7.2通过桁架支承锁定螺栓7.3可拆连接，桁架支承锁紧板7.2套设于桁架支承接头7.4的外侧且桁架支承锁紧板7.2与桁架支承接头7.4螺纹连接，以使桁架支承接头7.4能够通过与桁架支承锁紧板7.2相对旋转，调节桁架支承接头7.4与桁架连接件7.1的竖直距离，桁架支承接头7.4与短直杆连接，或桁架支承接头7.4与短斜杆和长直杆连接。

桁架支座组件6包括支座主体6.1、支座调节螺栓6.4、锁紧螺母6.5和支座固定螺栓6.6组件，支座主体6.1通过销轴和与相对应的长斜杆固定，预埋件9上固定有支座固定螺母组件9.3和膜结构安装螺栓组件9.2，支座固定螺栓组件9.3穿过支座主体9.1后与支座固定螺母组件配合连接，锁紧螺母套设于支座调节螺栓上且支座调节螺栓穿过支座主体后与预埋件抵接。

具体而言，预埋件9在混凝土墙体1浇筑为一体，预埋件9包括由钢板焊接而成的预埋件主体9.1、于预埋件主体9.1上焊接的多个用于连接模块化单元3的膜结构安装螺栓组件9.2和用于连接桁架支座组件6的支座固定螺母组件9.3，预埋件9上面通过膜结构安装螺栓组件9.2固定安装有安装角钢2，安装角钢为l形结构，安装角钢2的拐角扣合与墙体1的拐角上，且安装角钢2的一侧与墙体的上顶面抵接，安装角钢2的另一侧与墙体的侧顶面平行。安装角钢2通过膜单元安装螺栓组件3.7连接模块化单元3。

桁架支承锁紧板7.2通过螺纹与桁架支承接头7.4连接，桁架支承接头7.4与短直杆连接，或桁架支承接头7.4与短斜杆和长直杆连接。同一平行且相邻的两个边杆3.4与桁架连接件7.1连接，桁架连接件7.1呈u形，桁架连接件7.1与两个模块化单元3固定，两个边杆3.4的连接边位于u形桁架连接件7.1的凹槽内。

单个节点对应的四个模块化单元3之间通过节点支承组件5连接，单个节点的四侧分设有四个分别用于固定模块化单元中两个边杆3.4的连接角点3.6，单个节点对应的四个连接角点3.6分别通过节点固定螺栓组件5.1连接节点支撑管5.2的一端，节点支撑管5.2另一端上固定有连接法兰且与节点调节螺杆5.4的连接法兰通过节点支承锁定螺栓5.3连接，节点调节螺杆5.4穿过节点支承十字头5.5且节点支承十字头5.5与节点调节螺杆5.4螺纹连接，节点支承十字头5.5通过连接销轴5.6与长斜杆4、短斜杆8和横杆连接，或与横杆和两个短斜杆4连接。

长斜杆4的一端通过支座桁架连接销轴6.2与桁架支座组件6的支座主体6.1铰接，长斜杆4的另一端通过连接销轴5.6与节点支承十字头5.5，短斜杆8的一端通过连接销轴5.6与节点支承十字头5.5铰接，短斜杆8的另一端与桁架支承组件7连接，桁架支座组件6还通过支座固定螺栓组件6.6将支座主体6.1固定于预埋件9上支座固定螺母组件9.3内，模块化单元3、节点支承组件5、桁架支承组件7、短斜杆8呈上下左右线性分布，长斜杆4、桁架支座组件6、围绕预埋件9上下左右对称分布。

有益地，通过不同数量、规格的模块化单元3、结合对应数量、规格的安装角钢2、长斜杆4、长立杆11、短立杆12、横杆、节点支承组件5、桁架支座组件6、桁架支承组件7、短斜杆8、预埋件9，可以快速组装、拼接成不同大小的平面骨架支撑式膜结构，通过更换其中膜面损坏的模块化单元3，可实现膜结构的快速维修。

有益的，通过工具拧动节点调节螺杆5.4，即可调节节点支承管5.2上连接法兰面与节点桁架连接销轴5.6之间的垂直距离，顶起模块化单元3，起到调节结构膜面平整度的作用，拧动值为45°的整数倍，即调节精度为螺纹螺距的1/8，调节完毕后，通过节点支承锁定螺栓5.3将节点支承管5.2与节点调节螺杆5.4锁定，防止结构产生松动。

有益的，支座主体6.1由支座固定螺栓组件6.6固定于预埋件9上，支座桁架连接销轴6.2、支座桁架连接开口销6.3用以固定长斜杆4，支座调节螺栓6.4顶在预埋件9的预埋件主体9.1的立板表面，通过工具调节拧入支座主体6.1上螺孔的长度，即可调节支座桁架连接销轴6.2与预埋件主体9.1之间的水平距离，调节值为任意大小，调节完毕后，通过锁紧螺母6.5锁定支座调节螺栓6.4的位置，再拧紧支座固定螺栓组件6.6，完成桁架支座组件6的调节与固定，这样可消除预埋件浇筑和整个膜结构的制造、安装误差，防止强行将桁架固定导致结构变形。

有益的，桁架连接件7.1通过其上直槽孔用螺栓与模块化单元3的边杆3.4上对应安装孔连接，其中螺栓可在桁架连接件7.1上的直槽孔内水平移动，即桁架支承组件7与边杆3.4可在一定水平范围内调整相对位置以应对整个结构的微调，桁架支承锁紧板7.2通过螺纹与桁架支承接头7.4相连，使用工具拧动桁架支承锁紧板7.2，即可调节短斜杆8与边杆3之间的垂直距离起到调节结构膜面平整度的作用，拧动值为180°的整数倍，即调节精度为螺纹螺距的1/2，调节完毕后，通过桁架支承锁定螺栓7.3将桁架连接件7.1与桁架支承锁紧板7.2锁定，完成桁架支承组件7的调节。

整个结构的安装顺序：

1、预埋件施工：在混凝土墙体1浇筑时，将预埋件9固定于混凝土钢筋框架上，于混凝土墙体浇筑为一体。

2、组装模块化膜单元组件：

将模块化单元3按整个膜结构的短边方向一排一排组合在一起，将边框上的对应的安装角钢2用膜单元安装螺栓组件3.7、膜单元拼接螺栓组件3.8安装固定，每个模块化膜单元组件之间需加密封条。

3、放置：用起重机将组装好的每排膜单元组件依次吊装至预埋件2上对应位置，安装角钢2与预埋件9之间也需放置密封条，吊装完毕后，用膜单元拼接螺栓组件3.8将每排膜单元组件连接起来，形成一个整体。

4、安装节点支承组件：将每个节点处的膜结构可调节点支撑组件通过节点固定螺栓组件5.1与对应四个模块化单元3上所对应的连接角点3.6相连接。

5、桁架支承组件：将每个位置的桁架支承组件7通过桁架连接件7.1上的螺栓安装到对应位置的边杆3.4上，但不要将螺栓拧紧，方便后边调节。

6、安装桁架：将每个长斜杆4、短斜杆8安装到对应位置上并使用对应的销轴与开口销固定；桁架支承接头7.4通过螺纹与对应桁架支承锁紧板7.2连接。

7、安装桁架支座组件6：保证支座调节螺栓6.4顶在预埋件9的预埋件主体9.1的立板表面，使用工具拧动支座调节螺栓6.4拧入支座主体6.1上螺孔的长度，使得支座桁架连接销轴孔与长斜杆4的销轴孔同心，插入支座桁架连接销轴6.2和支座桁架连接开口销6.3固定，最后将桁架支座组件6通过支座固定螺栓组件6.6固定于预埋件9的支座固定螺母组件9.3上。

8、调节水平：使用水平仪测量每个模块化单元3的水平度，按照从外到内、先边缘后中间的顺序依次调节每个模块化单元3的水平度。调节方法为：先将所调节模块化单元3对应的节点支承组件5上的节点支承锁定螺栓5.3和桁架支承组件7上的桁架支承锁定螺栓7.3卸载，通过工具轮流缓慢的拧动节点调节螺杆5.4和桁架支承锁紧板7.2，观察水平仪，直至该模块化单元3调节水平后，重新固定好节点支承锁定螺栓5.3与桁架支承锁定螺栓7.3。

9、重复上面的过程，即可将整个膜结构的每个模块化单元3调节平整。

仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。