徐州膜结构--膜结构在环保行业的应用

      随着我国国民经济飞速发展和市政基础设施建设全面展开，特别是污水处理厂等环保项目日益增多，其中有相当数量的污水处理厂的厌氧池、污泥浓缩池、生物絮凝池等建于居民区的周边，污水池的环境、风貌及污水臭味等直接影响人们的生活和健康。
      为关爱人民，构建和谐社会，创建优美的生活环境，许多城市已经要求将污水厂（站）的污水处理池加盖，进行废气收集与治理。
      污水池加盖现行的方法有如下三种：
     1．普通碳钢骨架＋阳光板
     2．不锈钢骨架＋玻璃钢板
     3．膜结构+金属骨架
     上述几种结构形式的钢支承部分不可避免地放在顶盖内部，由于池顶加罩后使其内部腐蚀性气体浓度成倍增加，徐州膜结构在阳光辐射下温度很高，内部的钢结构极易腐蚀，一般寿命在3～5年，即在短时间内就面临整个结构的二次建设。实践证明即使是钢构采用不锈钢材质，在腐蚀性环境中耐久性仍得不到保证，而且成本非常高。而第3种膜体系成功解决了这个难题，充分发挥了材料自身的优势。
      膜结构也称织物结构，它以性能优良的柔软织物为材料，由内部空气压力支承膜面，或利用柔性钢索和刚性支承结构使膜面产生一定的预力，从而形成具有一定刚度并能覆盖大空间的新型空间结构体系。 
      钢支承反吊氟碳纤膜结构1999年成功应用于巴黎SEINNEAMONT污水池，该工厂有10个圆形贮水池（每个直径55m）见下图。国内与之相似的已经建成的,在上海竹园污水处理厂的污泥浓缩池,直径是36米的跨度.
     钢支承反吊氟碳纤膜结构的巧妙之处在于“反吊”，采用了抗腐蚀能力很强的氟碳纤膜把废气罩住，钢结构在外侧将氟碳纤膜悬吊。这样既充分发挥了氟碳纤膜的抗腐蚀性能，又从根本上解决了钢结构与腐蚀性气体接触带来的腐蚀问题，因而钢构件可以按普通建筑结构  等级考虑，具有50年的使用寿命，充分发挥了钢支承的结构性能，实现了结构骨架与覆盖材性能的完美结合。
      安全性
      钢支承反吊氟碳纤膜结构对荷载的抵抗能力更强，常见的结构荷载主要为自重，风载，雪载和地震作用。
      （1）自重氟碳纤膜自重一般只有1kg/m2左右，属于轻质高强的材料，对于大跨度的池体如沉淀池等尤为适合，从上减小了覆盖材自重荷载的影响。另外阳光板和玻璃钢板需要大量的檩条支承，而膜是通过预力张拉体现结构行为的材料，因此可以做到较大跨度而中间不需要任何支撑杆件，这样钢构件的自重也大为减小。
      （2）风载氟碳纤膜的形状多为圆锥体，而且由于气体收集的要求整体都为封闭的，风会从曲线的膜面滑过，徐州膜结构参照《建筑结构荷载规范》中的规定它的体形系数值在0.5~0.8，风洞试验的数据则更小些，这样从体型上削弱了风载对结构的影响。处于台州地区的永宁制药厂污水池采用了钢支承反吊氟碳纤膜结构，经历了今年最强的台风“卡努”（风力17级），结构完好无损，也充分体现了它的抗风优势。
      （3）雪载氟碳纤膜结构是属于张拉体系，必须形成比较大的负高斯双曲面才能使预应力有效施加，因此膜面必须有大的高差，即能形成相对大的坡度。另外膜的表面十分光滑，使雪能很难堆积在膜面上，积雪系数可根据高差参照《建筑结构荷载规范》进行选取，也可有条件自行做滑雪试验。
      （4）地震作用由于膜自重很小，而且结构属于柔性体系，自振周期长，根据公式地震惯性力I(t)＝－m[?g(t)+?(t)]，可见当质量m较小，自振周期t较大时，地震作用很小，因此可以大幅度地减少地震作用的影响。
      安装快捷，检修方便
      （1）安装快捷钢支承和膜体的加工都在工厂进行，加工质量得到可靠保障。现场安装时间短，减少了对场地的占用。尤其是旧池改造项目可采取结构整体吊装，不影响池体内部的设备运转。
      （2）检修方便由于工艺上的要求，需要定期对设备维修和检查，可以通过在边膜上预留门和通道的方式解决，参见巴黎污水池图可知这种结构实现开门开窗十分便捷，可满足任何工艺上的需求。
      美观性
     （1）形式灵活多样钢支承反吊氟碳纤膜结构可根据场地条件的不同，设计与周围环境相协调的外观，充分显示了柔性结构的特点。
     （2）光学美感氟碳纤膜材料的透射率约为6％，在日照下结构内部具通透性和明亮度，能满足内部设备检修的需求，在夜间灯光照明时，光线透过膜材能达到特殊的建筑效果。
     （3）自洁性氟碳纤膜的表面处理具有良好的自洁性能，限制了灰尘堆积，便于维护，其抗污染能力远远超过传统覆盖材，能使建筑保持清洁的外观。
     （4）造型美观钢结构骨架粗犷壮观，充满阳刚的力感美，而氟碳纤膜则外观优雅，显得轻盈而飘逸，充满阴柔的曲线美，可谓刚柔并济，相得益彰。在平淡的厂区必将形成一道亮丽的风景线，成为工厂具标志性的建筑，使其充满工业现代化的气息。
      经济性
      经济性分析以15年作为一个计算周期，对三种污水池加盖系统进行比较，现列表如下：
      由上表可见，作为短期投入（5年）经济性考虑，普通碳钢＋阳光板的结构形式是相对经济的，但从长期投入（15年）经济性考虑，普通碳钢（反吊）＋氟碳纤膜的结构形式的经济性远远超出其它两种结构，而且二次更换只需要更换氟碳纤膜部分，而其它两种结构需要整体更换。徐州膜结构废气治理作为一个长期行为，从深远的意义上讲钢结构反吊氟碳纤膜结构应是。
      综上所述，气体治理领域在我国还是一个较新的课题，欧洲的发展已趋成熟，在污水池加盖工程中钢支承反吊氟碳纤膜结构得到广泛地应用。在我国传统的污水池加盖方式由于防腐蚀性能的缺陷已经制约了气体收集治理的发展，而耐腐蚀、轻质高强、造型多样和透光性能良好的膜结构顶盖通过工程实践效果理想，值得进行扩大推广。