几种典型的膜建筑形式

几种类型的膜结构形式

在我国大型公共设施中的应用工程实例深圳华侨城欢乐谷中心表演场青岛颐中体育场罩篷大连金石滩影视艺术中心义乌市会展体育中心体育场罩篷烟台体育中心体育场罩篷深圳华侨城欢乐谷表演场欢乐谷表演场说明（一）欢乐谷表演场说明（二）青岛颐中体育场罩篷青岛颐中体育场罩篷说明（一）青岛颐中体育场罩篷说明（二）青岛颐中体育场罩篷外景青岛颐中体育场罩篷内景大连金石滩影视艺术中心大连金石滩影视艺术中心说明大连金石滩影视艺术中心照片义乌市会展体育中心体育场罩篷义乌市会展体育中心体育场罩篷说明烟台体育中心体育场罩篷烟台体育中心体育场罩篷说明烟台体育中心体育场罩篷夜景深圳华侨城欢乐谷中心表演场于1998年9月建成，体系为张拉式膜结构。是用于表演、演出等综合性的文化娱乐设施，获第二届空间结构优秀工程综合二等奖。结构布置平面呈圆形，钢柱、钢拱梁和外拉索的支座分别位于直径为63米、86米和98米的同心圆上，膜水平投影面积约5,800平方米。整个建筑是由15个锥形膜单元组成，每个锥形膜单元的顶点由一根钢柱支撑，从而形成脊谷式膜单元布置，脊索和谷索相间布置形成膜体的支撑和起伏，并传递主要的风荷载和活（雪）荷载。为增加建筑效果，中心环向左偏离圆心8M，且有一定倾角；柱顶标高从左至右依次增加0.6M，整个形状似一银白色的外星飞蝶，引人以无限的幻想。膜体布置内边界在直径为10米的刚性中心环上，中心环由15根吊索悬起拉向各柱顶，整个体系的竖向荷载通过中心环经过吊索传至15根

610×14mm的钢柱上，再在柱顶部转换成30根外拉索拉向外锚座；外边界连接在15根

325×8mm的钢拱梁上，通过设置在弧梁中间的外拉索与外锚座相连；膜片划分为15个内膜片、15个外膜片，膜片间的连接位于内、外脊索处。欢乐谷表演场说明（一）通过找形分析

荷载分析，最后确定膜中预应力为3KN/M，脊索预应力为90KN，谷索预应力为75KN，外脊索预应力100KN，这时，最大吸风时中心环向上位移80mm，最不利向下活荷时中心环位移150mm，最小排水坡度在10%左右。脊索选用SNS/S-5×37钢索，谷索选用SNS/S-5×61钢索，吊索和外拉索分别选用SNS/S-5×55和SNS/S-5×19的钢索。膜材料选用德国FR-1000，其抗拉强度为120KN/M，厚度0.85mm，自重为1.02kg/M2，具有不透光（根据功能需要选定的）、自洁、阻燃等特性。通过在柱底顶升15根钢柱完成向体系施加预应力。欢乐谷表演场说明（二）青岛颐中体育场罩篷原设计拟采用钢桁架拱–网架组合形式，后因业主希望采用能体现当今科技水平的索膜结构体系，最终由我公司方案中标，罩篷体系为张拉整体式索膜结构。于2000年8月建成使用，是国内第一座主要依靠自己的技术力量设计、建造的大型体育场膜结构，也是国内第一座采用张拉整体式膜结构的体育场。青岛颐中体育场罩篷是由60个锥形膜单元组成的脊谷式张拉膜结构，长轴266米，由86米长的直线段和两端半径为90米的半圆弧组成，短轴180米；立柱顶点标高42.5米，内环索标高约36.5米，篷盖向内悬挑沿周边均约37米，向外悬挑均约9米，具有很好的排水坡度及建筑美感；膜覆盖面积（投影面积）约30，000平方米，可容纳6万名观众。罩篷内圈由4根7×109的钢索组成索束，形成受拉内环，外圈钢结构由上下环梁、立柱、斜腹杆共同组成，形成受压外环。这种内环受拉外环受压的空间体系，有着良好的自平衡性及整体稳定性，大大减小了对已有混凝土结构的影响。整体预应力的施加是通过设置在钢结构支撑系统连接各谷索最外端下弦节点处恼爬雇瓿桑爬沟奈灰屏青岛颐中体育场罩篷说明（一）为0.5米，以此来向整个索膜结构体系施加预张应力。由于张拉式膜结构的整体刚度是通过体系内部的预应力场来实现的，经过荷载分析后最终确定内环索预应力为6，900KN，脊索预应力为250KN，谷索预应力为400KN，膜中预应力为4KN/M，此状态下保证了膜罩篷体系具有良好的排水坡度和满足最不利工况下的位移要求。膜中最大应力为26KN/M，材料选用法国FERRARIPRECONTRAINT1302FLUOTOPT，最小抗拉强度140KN/M，厚度为1mm，每平米重1.35kg，透光率为12%。青岛颐中体育场罩篷说明（二）青岛颐中体育场罩篷外景青岛颐中体育场罩篷内景大连金石滩影视艺术中心由大连市建筑设计研究院建筑方案中标，为骨架式双层膜结构，我公司设计建造膜结构部分，并于2001年5月初主体工程竣工。建成后将用于大连模特学校学生表演场及日常训练场。其南临大海，风光秀美，因此也是海内外游客休闲观赏的好去处。建筑寓意为蛹蝶出壳振翅欲飞，亦是对该校学生们未来的美好祝愿。主体膜结构为半个椭球钢网壳上面直接覆盖膜材料，椭球网壳平面长轴60米、短轴45米、高16米，放在倾斜的钢筋混凝土环梁上面并与预埋钢板焊接；环梁最低点标高3米，最高点标高10米；为提高其保温隔热性能，本工程采用了双层膜，膜层间距475mm，内外层膜分别选用FERRARIPRECONTRAINT502、1302FLUOTOPT。外层膜展开面积约3，200平方米，并在加工厂一次焊接完成，现场一次安装到位，从设计到膜的剪裁制作到安装定位，都是非常精确仔细的工作，同时还需要克服很多困难，没有丰富的膜结构设计施工经验是难以办到的。外膜中预应力为2KN/M，并通过千斤顶在周圈向膜中施加所需的预应力。大连金石滩影视艺术中心说明大连金石滩影视艺术中心义乌市体育场膜结构篷盖由两片沿主看台对称布置的梭状索膜结构体系组成，总覆盖面积约16，000平方米；由钢桁架、内边索、上拉索及灯光塔架共同组成主要的受力骨架，每一独立的膜单元在两桁架之间通过谷索张拉成型。两片膜结构挑篷薄如蝉翼自然流畅，又如波浪起伏的海水，将体育建筑欢乐向上的内涵表达得淋漓尽致，目前正在紧张的施工过程中。每片膜篷盖由大小不等的13个波浪式膜单元组成，波峰是钢桁架，波谷是谷索，膜布张拉其间形成一自然曲面单元；钢桁架与谷索一端与看台钢筋混凝土框架外环柱连接，另一端与主内边索相连，主内边索再由上拉索与两边的灯光塔架连接。通过一定的手段张紧谷索，来完成向体系内部施加所需的预应力，使整个体系产生足够的刚度，以抵御外部荷刈饔茫⒛芎芎玫乜刂平峁固逑档奈灰坪捅湫巍经过多方案的比较优化，最终确定主内边索矢高40米，灯光塔架高60米，钢桁架向内最大悬挑约49米，向外悬挑6.3米；内外边索中预应力分别为110KN和45KN，谷索预应力70KN；最不利工况下主内边索最高点向上位移302mm，向下位移208mm，膜选用FERRARIPRECONTRAINT1302FLUOTOPT膜材料；为防止两端部三角区膜积水，从塔架至三角区膜中心连一拉索，使之呈矮锥状，保证了雨水的顺利排出。义乌市会展体育中心体育场罩篷说明烟台体育场主看台罩篷是由两片形状完全一样的月牙形膜结构挑篷组成，单边挑篷有23个膜单元组成，膜罩篷总覆盖面积约14，000平方米。月牙形挑篷由两个主拱支撑形成主要的传力路径，前拱矢高27.6米，上拱矢高38.6米，拱脚高度约6.3米，跨度约为285米；24榀三角形钢桁架向内最大悬挑跨度约36米，向后挑约8米，桁架前端支撑在前拱上，中部和后端点通过拉杆与上拱拉接，后部放在钢筋混凝土看台框架外环柱上，在该点有一钢立柱支撑着上拱，形成主要的受力骨架体系，目前正在制作过程中。每榀桁架之间布以双伞状膜单元，各膜单元周边独立地固定在桁架上面而互不影响，最大膜单元面积约290平方米；在桁架上面设置有组织排水体系；通过设置在膜锥顶部的临时千斤顶来向膜体施加设计所需的预张力；预应力状态下主、次脊索中拉力分别为80KN和30KN，内、外边索中拉力分别为160KN和20KN，拉索中最大力为42KN；最不利工况下脊索最大内力300KN，内边索最大力430KN，吊索最大力180KN，膜中最大应力为13KN/M，综合耐久性等考虑选用FARRARIPRECONTRAINT1202FLUOTOPT膜材料。烟台体育中心体育场罩篷说明烟台体育中心体育场罩篷夜景

上述五个工程实例中前两个为张拉式膜结构，中间一个为骨架式膜结构，后两个为组合式膜结构。张拉式膜结构中膜本身是一个重要的受力构件，能充分利用膜材料的高强抗拉性能，是一种结构效率很高的结构体系；它的整体刚度由体系内部的预应力提供，因此索膜中的预应力值一般较大；该体系受力分析复杂，对设计、制作、施工安装的精度等都要求较撸坏捎谒逍畏岣弧⒆匀涣鞒⑶嫒崦溃妒芙ㄖγ堑那囗堑苯衲そ峁菇ㄖ械闹髁鞒煞帧９羌苁