幾種典型的膜建筑形式

幾種類型的膜結(jié)構(gòu)形式

在我國大型公共設(shè)施中的應(yīng)用工程實例深圳華僑城歡樂谷中心表演場青島頤中體育場罩篷大連金石灘影視藝術(shù)中心義烏市會展體育中心體育場罩篷煙臺體育中心體育場罩篷深圳華僑城歡樂谷表演場歡樂谷表演場說明（一）歡樂谷表演場說明（二）青島頤中體育場罩篷青島頤中體育場罩篷說明（一）青島頤中體育場罩篷說明（二）青島頤中體育場罩篷外景青島頤中體育場罩篷內(nèi)景大連金石灘影視藝術(shù)中心大連金石灘影視藝術(shù)中心說明大連金石灘影視藝術(shù)中心照片義烏市會展體育中心體育場罩篷義烏市會展體育中心體育場罩篷說明煙臺體育中心體育場罩篷煙臺體育中心體育場罩篷說明煙臺體育中心體育場罩篷夜景深圳華僑城歡樂谷中心表演場于1998年9月建成，體系為張拉式膜結(jié)構(gòu)。是用于表演、演出等綜合性的文化娛樂設(shè)施，獲第二屆空間結(jié)構(gòu)優(yōu)秀工程綜合二等獎。結(jié)構(gòu)布置平面呈圓形，鋼柱、鋼拱梁和外拉索的支座分別位于直徑為63米、86米和98米的同心圓上，膜水平投影面積約5,800平方米。整個建筑是由15個錐形膜單元組成，每個錐形膜單元的頂點由一根鋼柱支撐，從而形成脊谷式膜單元布置，脊索和谷索相間布置形成膜體的支撐和起伏，并傳遞主要的風(fēng)荷載和活（雪）荷載。為增加建筑效果，中心環(huán)向左偏離圓心8M，且有一定傾角；柱頂標(biāo)高從左至右依次增加0.6M，整個形狀似一銀白色的外星飛蝶，引人以無限的幻想。膜體布置內(nèi)邊界在直徑為10米的剛性中心環(huán)上，中心環(huán)由15根吊索懸起拉向各柱頂，整個體系的豎向荷載通過中心環(huán)經(jīng)過吊索傳至15根

610×14mm的鋼柱上，再在柱頂部轉(zhuǎn)換成30根外拉索拉向外錨座；外邊界連接在15根

325×8mm的鋼拱梁上，通過設(shè)置在弧梁中間的外拉索與外錨座相連；膜片劃分為15個內(nèi)膜片、15個外膜片，膜片間的連接位于內(nèi)、外脊索處。歡樂谷表演場說明（一）通過找形分析

荷載分析，最后確定膜中預(yù)應(yīng)力為3KN/M，脊索預(yù)應(yīng)力為90KN，谷索預(yù)應(yīng)力為75KN，外脊索預(yù)應(yīng)力100KN，這時，最大吸風(fēng)時中心環(huán)向上位移80mm，最不利向下活荷時中心環(huán)位移150mm，最小排水坡度在10%左右。脊索選用SNS/S-5×37鋼索，谷索選用SNS/S-5×61鋼索，吊索和外拉索分別選用SNS/S-5×55和SNS/S-5×19的鋼索。膜材料選用德國FR-1000，其抗拉強度為120KN/M，厚度0.85mm，自重為1.02kg/M2，具有不透光（根據(jù)功能需要選定的）、自潔、阻燃等特性。通過在柱底頂升15根鋼柱完成向體系施加預(yù)應(yīng)力。歡樂谷表演場說明（二）青島頤中體育場罩篷原設(shè)計擬采用鋼桁架拱–網(wǎng)架組合形式，后因業(yè)主希望采用能體現(xiàn)當(dāng)今科技水平的索膜結(jié)構(gòu)體系，最終由我公司方案中標(biāo)，罩篷體系為張拉整體式索膜結(jié)構(gòu)。于2000年8月建成使用，是國內(nèi)第一座主要依靠自己的技術(shù)力量設(shè)計、建造的大型體育場膜結(jié)構(gòu)，也是國內(nèi)第一座采用張拉整體式膜結(jié)構(gòu)的體育場。青島頤中體育場罩篷是由60個錐形膜單元組成的脊谷式張拉膜結(jié)構(gòu)，長軸266米，由86米長的直線段和兩端半徑為90米的半圓弧組成，短軸180米；立柱頂點標(biāo)高42.5米，內(nèi)環(huán)索標(biāo)高約36.5米，篷蓋向內(nèi)懸挑沿周邊均約37米，向外懸挑均約9米，具有很好的排水坡度及建筑美感；膜覆蓋面積（投影面積）約30，000平方米，可容納6萬名觀眾。罩篷內(nèi)圈由4根7×109的鋼索組成索束，形成受拉內(nèi)環(huán)，外圈鋼結(jié)構(gòu)由上下環(huán)梁、立柱、斜腹桿共同組成，形成受壓外環(huán)。這種內(nèi)環(huán)受拉外環(huán)受壓的空間體系，有著良好的自平衡性及整體穩(wěn)定性，大大減小了對已有混凝土結(jié)構(gòu)的影響。整體預(yù)應(yīng)力的施加是通過設(shè)置在鋼結(jié)構(gòu)支撐系統(tǒng)連接各谷索最外端下弦節(jié)點處惱爬雇瓿桑爬溝奈灰屏青島頤中體育場罩篷說明（一）為0.5米，以此來向整個索膜結(jié)構(gòu)體系施加預(yù)張應(yīng)力。由于張拉式膜結(jié)構(gòu)的整體剛度是通過體系內(nèi)部的預(yù)應(yīng)力場來實現(xiàn)的，經(jīng)過荷載分析后最終確定內(nèi)環(huán)索預(yù)應(yīng)力為6，900KN，脊索預(yù)應(yīng)力為250KN，谷索預(yù)應(yīng)力為400KN，膜中預(yù)應(yīng)力為4KN/M，此狀態(tài)下保證了膜罩篷體系具有良好的排水坡度和滿足最不利工況下的位移要求。膜中最大應(yīng)力為26KN/M，材料選用法國FERRARIPRECONTRAINT1302FLUOTOPT，最小抗拉強度140KN/M，厚度為1mm，每平米重1.35kg，透光率為12%。青島頤中體育場罩篷說明（二）青島頤中體育場罩篷外景青島頤中體育場罩篷內(nèi)景大連金石灘影視藝術(shù)中心由大連市建筑設(shè)計研究院建筑方案中標(biāo)，為骨架式雙層膜結(jié)構(gòu)，我公司設(shè)計建造膜結(jié)構(gòu)部分，并于2001年5月初主體工程竣工。建成后將用于大連模特學(xué)校學(xué)生表演場及日常訓(xùn)練場。其南臨大海，風(fēng)光秀美，因此也是海內(nèi)外游客休閑觀賞的好去處。建筑寓意為蛹蝶出殼振翅欲飛，亦是對該校學(xué)生們未來的美好祝愿。主體膜結(jié)構(gòu)為半個橢球鋼網(wǎng)殼上面直接覆蓋膜材料，橢球網(wǎng)殼平面長軸60米、短軸45米、高16米，放在傾斜的鋼筋混凝土環(huán)梁上面并與預(yù)埋鋼板焊接；環(huán)梁最低點標(biāo)高3米，最高點標(biāo)高10米；為提高其保溫隔熱性能，本工程采用了雙層膜，膜層間距475mm，內(nèi)外層膜分別選用FERRARIPRECONTRAINT502、1302FLUOTOPT。外層膜展開面積約3，200平方米，并在加工廠一次焊接完成，現(xiàn)場一次安裝到位，從設(shè)計到膜的剪裁制作到安裝定位，都是非常精確仔細(xì)的工作，同時還需要克服很多困難，沒有豐富的膜結(jié)構(gòu)設(shè)計施工經(jīng)驗是難以辦到的。外膜中預(yù)應(yīng)力為2KN/M，并通過千斤頂在周圈向膜中施加所需的預(yù)應(yīng)力。大連金石灘影視藝術(shù)中心說明大連金石灘影視藝術(shù)中心義烏市體育場膜結(jié)構(gòu)篷蓋由兩片沿主看臺對稱布置的梭狀索膜結(jié)構(gòu)體系組成，總覆蓋面積約16，000平方米；由鋼桁架、內(nèi)邊索、上拉索及燈光塔架共同組成主要的受力骨架，每一獨立的膜單元在兩桁架之間通過谷索張拉成型。兩片膜結(jié)構(gòu)挑篷薄如蟬翼自然流暢，又如波浪起伏的海水，將體育建筑歡樂向上的內(nèi)涵表達(dá)得淋漓盡致，目前正在緊張的施工過程中。每片膜篷蓋由大小不等的13個波浪式膜單元組成，波峰是鋼桁架，波谷是谷索，膜布張拉其間形成一自然曲面單元；鋼桁架與谷索一端與看臺鋼筋混凝土框架外環(huán)柱連接，另一端與主內(nèi)邊索相連，主內(nèi)邊索再由上拉索與兩邊的燈光塔架連接。通過一定的手段張緊谷索，來完成向體系內(nèi)部施加所需的預(yù)應(yīng)力，使整個體系產(chǎn)生足夠的剛度，以抵御外部荷刈饔茫⒛芎芎玫乜刂平峁固逑檔奈灰坪捅湫巍經(jīng)過多方案的比較優(yōu)化，最終確定主內(nèi)邊索矢高40米，燈光塔架高60米，鋼桁架向內(nèi)最大懸挑約49米，向外懸挑6.3米；內(nèi)外邊索中預(yù)應(yīng)力分別為110KN和45KN，谷索預(yù)應(yīng)力70KN；最不利工況下主內(nèi)邊索最高點向上位移302mm，向下位移208mm，膜選用FERRARIPRECONTRAINT1302FLUOTOPT膜材料；為防止兩端部三角區(qū)膜積水，從塔架至三角區(qū)膜中心連一拉索，使之呈矮錐狀，保證了雨水的順利排出。義烏市會展體育中心體育場罩篷說明煙臺體育場主看臺罩篷是由兩片形狀完全一樣的月牙形膜結(jié)構(gòu)挑篷組成，單邊挑篷有23個膜單元組成，膜罩篷總覆蓋面積約14，000平方米。月牙形挑篷由兩個主拱支撐形成主要的傳力路徑，前拱矢高27.6米，上拱矢高38.6米，拱腳高度約6.3米，跨度約為285米；24榀三角形鋼桁架向內(nèi)最大懸挑跨度約36米，向后挑約8米，桁架前端支撐在前拱上，中部和后端點通過拉桿與上拱拉接，后部放在鋼筋混凝土看臺框架外環(huán)柱上，在該點有一鋼立柱支撐著上拱，形成主要的受力骨架體系，目前正在制作過程中。每榀桁架之間布以雙傘狀膜單元，各膜單元周邊獨立地固定在桁架上面而互不影響，最大膜單元面積約290平方米；在桁架上面設(shè)置有組織排水體系；通過設(shè)置在膜錐頂部的臨時千斤頂來向膜體施加設(shè)計所需的預(yù)張力；預(yù)應(yīng)力狀態(tài)下主、次脊索中拉力分別為80KN和30KN，內(nèi)、外邊索中拉力分別為160KN和20KN，拉索中最大力為42KN；最不利工況下脊索最大內(nèi)力300KN，內(nèi)邊索最大力430KN，吊索最大力180KN，膜中最大應(yīng)力為13KN/M，綜合耐久性等考慮選用FARRARIPRECONTRAINT1202FLUOTOPT膜材料。煙臺體育中心體育場罩篷說明煙臺體育中心體育場罩篷夜景

上述五個工程實例中前兩個為張拉式膜結(jié)構(gòu)，中間一個為骨架式膜結(jié)構(gòu)，后兩個為組合式膜結(jié)構(gòu)。張拉式膜結(jié)構(gòu)中膜本身是一個重要的受力構(gòu)件，能充分利用膜材料的高強抗拉性能，是一種結(jié)構(gòu)效率很高的結(jié)構(gòu)體系；它的整體剛度由體系內(nèi)部的預(yù)應(yīng)力提供，因此索膜中的預(yù)應(yīng)力值一般較大；該體系受力分析復(fù)雜，對設(shè)計、制作、施工安裝的精度等都要求較擼壞捎謁逍畏岣?、讋驕o鞒⑶嬡崦潰妒芙ㄖγ塹那囗塹苯衲そ峁菇ㄖ械鬧髁鞒煞幀９羌蓯