气承式膜结构储煤棚是气承膜结构在煤炭仓储建筑中的应用。自党的十八大将生态文明纳入国家发展总布局以来，以建设美丽中国为目标，着力解决生态环境领域突出问题。党的十九大进一步促进了生态文明的建设，加强了环境保护力度。煤矿散料露天堆放场地要求全封闭建设，气承式膜结构储煤棚应运而生。矿井储煤场地大多面积较大，若采用传统的钢结构建筑予以封闭，不仅面临超大跨度的施工难度，同时也带来了高昂的造价，使得煤炭企业的生产成本进一步增加。经过若干气承式膜结构储煤棚的建设，统计得出，当煤场跨度超过100 m，面积超过10 000 m2时，气承式膜结构相对于钢结构将产生明显的优势，且规模越大，优势越突出。

目前气承式膜结构的设计还没有相应的国家规范，尤其应用于煤炭仓储领域更无相关规范标准。对于该类工程的设计、施工、以及验收都无成熟依据。本文将针对这一新型结构形式在实际应用中产生的技术难点与解决方案进行探讨。

气承式膜结构建筑指的是柔性膜材在内部空气压力作用下形成的一种具有一定形状、结构稳定、内部形成可利用空间的建筑形式。其结构原理是通过充气系统将空气不断注入相对封闭的建筑内部空间，通过调节风量，使得注入的空气量与结构自身的漏气量达到动态平衡，并保持一定的内外压差（约500 Pa），使得建筑不仅可以维持使用空间，保持外形，同时还能承受建筑在使用过程中的各种静荷载和动荷载，其结构原理如图1所示。

气承式膜结构建筑由于其内部不设受力构件，而采用空气支撑，可以实现大跨度开敞空间的营造，特别利于建筑内部的交通的布置。上部膜体对基础不仅没有压力，更多的是上拔力，因此适用于一些地基承载力较弱的地区，大大节省基础与地基处理的费用。

上部膜体及索缆等部件均在工厂生产，有利于节能节材，同时可与工程其他土建部分做到平行作业，最大限度减少建造工期。上部结构易于拆装的特性能更好的实现重复利用。

综上所述，该结构形式具有造价低、建设周期短、可重复利用、易安装维修等优良性能，在煤矿大型仓储建筑的应用中具有先天优势。

该结构由于利用空气做支撑，需要不断的鼓进空气保持内部压力，势必增加运营中的费用。同时其所用膜材寿命普遍在20～25 a，与建筑下部土建结构的寿命不匹配，因此在其超过使用寿命时存在更换的问题。

从建筑的全寿命周期考虑，气承式膜结构相对传统的建筑结构形式，在大跨度、大面积的使用要求下，仍具有其独特的优势。

按照现行建筑结构荷载规范，对于承载能力极限状态，有基本组合和偶然组合2种情形。此处仅讨论荷载的基本组合。规范对荷载基本组合的效应设计值中的荷载分项系数选择如表1所示。

对于普通建筑结构，其自重多是对结构本身承载不利的，但是对于气承式膜结构建筑而言，其屋面结构对下部基础会产生上拔力，此时屋面结构的自重产生的荷载效应对结构是有利的。因此对于气承式膜结构储煤棚的设计，永久荷载分项系数中重力荷载效应的分项系数应取小于1.0的数。

目前国内，并没有针对气承式膜结构建筑设计的国家标准。参考美国气膜建筑设计标准（ASCE17-96）中，静荷载效应的分项系数为0.9。在气承式膜结构储煤棚的实际设计中，选择0.9做为重力荷载效应的分项系数。

对于气承式膜结构建筑设计中荷载效应分项系数的选择，建议经过实际工程实践和工程实验来进一步确定，为之后对应标准或规范的制定提供依据。

气承式膜结构储煤棚作为一种全封闭的建筑形式。其通风效果相对普通建筑更难满足使用要求。而储煤棚所存物料为煤炭，必然涉及到瓦斯浓度的控制和风流的组织。要能满足结构安全生产的使用要求以及作业人员健康和职业卫生的需要。

充气系统对于气承式膜结构储煤棚而言，不仅是结构满足受力维持形状的动力系统，而且是内部通风与风流组织的动力系统。因此要综合考虑，做到二者兼顾。

当膜体需要进行加强或膜体需要加载时，应设置索缆系统。索缆的作用除了满足结构受力的要求外，还可以起到限制膜体变形过大，维持结构相对稳定的外形。索缆的材质分为金属或非金属两类，对于气承式膜结构储煤棚，建议选择非金属材质。

索缆作为膜体外部结构，在与膜体发生相对变形时，能否做到协调形变很重要。因为索缆与膜体之间、索缆与索缆之间均会产生摩檫力，而结构在不同位置的形变位移各不相同，在形变较大位置如果由于摩擦力阻碍不能做到协变，就会产生应力集中，导致局部索缆拉断或膜体撕裂的严重后果。

在气承式膜结构储煤棚工程实践中，首先将索缆外包膜材，以减小滑动阻力。其次将索缆与下部墙体之间采用动滑轮组连接，当膜体发生变形时，索缆之间会通过动滑轮组的调整，自动与膜体变形相协调，做到索缆受力的自适应调节，如图2所示。

气承式膜结构煤棚采用离心风机机械送风、超压排风口自然排风的送、排风模式。其工作状态分为事故状态、生产状态及非生产状态。

正常生产状态应保证开启50%的送风机，即可达到0.25～0.5次/h的换气频率。非生产状态应根据气膜内瓦斯气体浓度控制风机开启台数，保证瓦斯气体浓度小于0.5%，同时应能保证允许的气膜内外最小压差。

按照工程实际经验以及工程模拟实验，建议在满足通风需求的前提下，采用“多风机小功率”的策略，通过设置多个送风口，来保证膜内气流均匀和风速合理，有效的稀释和排出瓦斯。如果选择单台大功率风机，则会出现局部风速过大，形成湍流，并造成棚内扬尘。同时也会造成棚内形成通风死角，不利于瓦斯的稀释和排出，若瓦斯局部集聚更有爆炸风险。

对于瓦斯排气口的设置，应设置于气承式膜结构储煤棚的顶部。排气口的面积和数量应通过风流模拟实验合理确定。排气口的合理设置可以在保证通风的前提下，节约因满足膜内外压差而浪费的风机电能。

通过对气承式膜结构建筑不断探索和实践，在山西潞安集团容海发电有限责任公司成功建成了长145 m、宽128 m、高54 m、面积达1.9万m2、满仓可存储煤炭20万t的大型智能气承式膜结构储煤棚。该煤棚目前是电力行业内该类型结构中跨度最大的。

气承式膜结构储煤棚随着大型储煤场封闭建设的需求应运而生，本身具有传统建筑结构无法达到的优点，其应用前景十分广阔。但目前该类型建筑结构的设计、施工、验收等各环节均没有与其相适应的规范和标准。为进一步完善该类型建筑结构的设计，笔者愿与业内同仁共同分享设计经验，如有纰漏，还望指正。