膜结构是采用高强度柔性薄膜材料与辅助结构通过一定方式使其内部产生一定的预张应力，并形成应力控制下的某种空间形状，作为覆盖结构或建筑物主体，具有足够刚度以抵抗外部荷载作用的一种结构类型。

膜结构打破了纯直线建筑风格的模式，曲面可随设计需要变化，建造出标志性的形象工程。目前我国膜结构建筑普遍采用透明或半透明膜材，色彩单一，难以完美地展现出建筑物富于动感的造型和生动形象的色彩，本文介绍北京世界园艺博览会演艺中心彩色不规则曲面膜结构的施工技术。

北京世界园艺博览会演艺中心又名妫汭剧场项目，结构形式采用膜结构，外观为彩色蝴蝶造型，其膜结构展开面积近6 000 m2，分成32个膜单元，最大膜单元面积超过309 m2。最大悬挑约51 m。屋面采用索网加强膜结构系统，结构体系由钢结构骨架、索网、膜组成，钢、索、膜三者结合为骨架支承式膜结构体系。为更完美地呈现蝴蝶的颜色和动感，膜结构设计选用6种不同颜色的膜材曲面拼接而成（图1）。

(1）为使蝴蝶造型及色彩的视觉效果更加生动形象，建筑设计选用6种不同颜色的膜材进行拼接，该做法在膜结构中尚属首次。不同颜色膜材的搭接多为曲线且不在索网或钢构件的边界线上。加大了裁剪设计及加工难度，稍有偏差即造成价格昂贵、膜材损耗。

(2）钢索穿于膜的索套内，索套净空较小，每榀钢桁架上的索及膜钢构件均与相邻桁架钢构件有准确的对应关系，稍有偏差钢索即会偏离于索套之外。

(3）膜材展开面积达6 000 m2，分32个膜单元，最大膜单元面积超过309 m2。膜单元在空中展开后钢索需穿于膜单元索套内。该过程高空作业多，操作难度大，安全风险较高。若遇突然起风降雨还需制订预案。

整体膜结构在高空展开，展开面积较大，施工难度很大。对此先根据膜结构的颜色、形状进行区域分割，将整体结构分割成若干单元。按色彩、形状变化分割后的膜单元便于安装操作，能准确连接，实现设计意图。

传统节点设计如图2所示。

传统节点设计的问题：一是在按索间距如图2所示布置钢索后节点中的螺纹杆索头会发生碰撞；二是膜边界不可调节，难以消除安装误差。

对节点设计进行优化后，钢索采用双叉耳索头，解决了钢索索头碰撞的问题（图3～图7）。膜边界采用张拉螺杆，可调节，能有效减小安装误差，提高安装效率。

经分析形成的膜结构通常为三维不可展空间曲面，通过二维材料的裁剪、焊接及张拉形成所需的三维空间曲面。

膜单元根据膜结构颜色及形状的变化进行准确裁剪（图8、图9）。

在工厂内加工的膜深化钢构件主要是用于主桁架上与钢索连接的耳板和与膜连接的方钢等钢组件。为保证构件制作精度和质量，采用数控机床进行切割。各种规格管材加工前须经表面预处理并喷底漆，然后分规格堆放。

根据设计要求使用符合环保要求的防腐材料，并严格执行标准及厂家的操作工艺。

根据设计要求构件表面预处理前须清除表面的灰尘及污物。螺栓摩擦接触面和需焊接的部位两侧100 mm范围内安装前不涂漆，但应采取涂刷环氧富锌底漆等措施进行不影响焊接的防锈处理，待安装后补漆。

(1）主钢构件安装完成后，复核主体钢结构坐标。

(2）复核主体钢结构坐标无误后进行膜深化钢构件安装。使用Tekla软件，通过控制三维坐标点建立三维空间模型。考虑到工程特点和现场场地限制，采用工厂下料预涂装第1遍面漆，运至安装位置附近后进行拼装，拼装完成并检查无误后方可进行安装。

(3）膜深化钢构件节点的各部件拆开前须予以编号并标记。预拼装检验合格后在构件上标注上下定位中心线、标高基准线、交线中心点等，必要时还需焊上临时撑件。

(4）膜深化钢构件根据Tekla模型坐标点进行定位，初步确定起点位置为内环，用点焊固定，经预拼装检查合格后即进行安装和焊接。

(5）测量已完成的主体钢结构和与膜有关系的部分，根据测量结果和设计数据，比对校核其是否在允许误差范围内，对超过误差的钢构件进行整改。膜深化钢构件安装并形成单元后，及时测量膜单元空间尺寸再提交设计单位用于指导膜裁剪。

在将展开的膜单元区域，根据施工方案设计的纵向间距和横向间距敷设吊装带（图10），用于展开膜的支撑。单元膜安装完成后可拆除吊装带，倒运至其他区域使用。

为缩短膜在空中展开后至拉结前的时间，将钢索及附件提前倒运至安装部位，因钢索长度不一，须严格按编号布置。

使用汽车式起重机将膜单元整体吊装至安装区域的边梁位置。

先沿长向从边梁至内环梁展开，再沿短向将膜单元全部展开，膜展开后按一定间距压防风绳，膜幅较大的单元可用卷扬机牵引展开（图11）。

钢索从一端穿入索套，再从另一端穿出后，将两端索头与钢构件耳板连接。膜索头全部安装完毕后调节钢索的可调端索头，将钢索张紧。

(1）连接铝合金夹具与膜，通过张拉螺杆与钢构件方钢进行拉结。调节张拉螺杆将膜调平，因膜材抗拉强度很低，膜面受力均通过钢索传递至主结构，故膜的张拉力不可过大。

(2）安装人员在各自位置连接膜单元支撑索索头与钢结构耳板。将膜边对称安装张拉到位，由中部向两边依次安装膜附件及螺栓。

(3）每个膜单元施加预应力时应按先边角后中部，先短边后长边顺序对称张拉。膜单元张拉顺序如图12所示。

第1次位移量为设计位移量的50%；第2次位移量为设计位移量的30%；第3次位移量为设计位移量的20%，位移允许偏差±10%。

用专用测力仪对张拉完成的膜单元有代表性的施力点进行力值抽检，力值允许偏差为±10%；有代表性的施力点应由设计单位、监理单位、总包单位和施工单位共同选定。

每次施加预应力间隔24 h：第二、三次施加预应力时，各工作点位人员应随时观察膜面张紧度，遇应力集中情况应及时调整，避免膜面破坏。

膜单元张拉完成后，按设计图纸安装盖口，盖口采用人力提升，现场小型热合机焊接。盖口膜施工完成后做淋水试验，保证结构不漏水。

具体步骤为：膜单元安装并张拉完成后，施工人员站在膜单元平面上安装盖口膜；盖口膜安装完成后，施工人员即可站在安装完成的膜单元两侧进行盖口的热合施工。

北京世界园艺博览会演艺中心大型彩色不规则曲面膜结构施工采取膜材深化设计方案，避免了材料浪费和无效劳动，提高了施工工效。

膜片的剪裁、钢索及钢结构等制作均在工厂完成，可缩短现场施工时间，与下部钢筋混凝土结构或构件等同时进行，避免施工交叉。现场仅进行钢索、钢结构及膜片的连接安装定位及张拉，迅速快捷，比传统建筑工程工期短，取得了良好的经济效益。