随着经济的发展,以及奥运会、世博会等大型体育和展览项目在中国的举办,近年来我国膜结构的应用也开始呈现出相对活跃的势头。
上海8万人体育场是中国首次在大型建筑上采用膜结构。大跨度空间结构由径向悬臂钢桁架和环桁架组成,覆盖伞膜结构,总覆盖面积36100m2。32桁架将结构分为57个锥形单元,由飞柱提供。在32桁架中,最小悬臂21m,最大73.5m,桁架锚固在相距24m巨型混凝土柱。桁架侧向支撑由空间环向桁架提供。锥体设置4根脊索、4根下拉索(拉飞柱)。随后,上海虹口体育场采用鞍形大悬臂空间索桁架支撑膜结构。
青岛颐中体育场是我国第一个采用整体张拉索膜结构设计安装的体育场项目。挑篷是由60个锥形索膜单元组成的谷形张拉膜结构,每个单元由一根柱子支撑,通过谷物索、脊索、内外边索的张拉形成。建筑长轴为266m,由86m长直线段和两端半径为90m半弧形成,短轴为180m。柱顶标高42.5m,大约36个内环索标.5m,遮盖悬挑沿周边约400个m。膜覆盖面积(水平投影)约3万 m2。
国家游泳中心水立方是2008年奥运会的标志性建筑之一ETFE膜结构。与2006年德国世界杯慕尼黑安联体育场相比ETFE气枕式外墙,规则排列的单层气枕,覆盖6万m2.水立方的中央屋顶、立面和内部隔墙均为双层ETFE充气枕由两个形状几乎相同的气枕组成,单个最大气枕面积为90个m2.表面覆盖面积10万m2。水立方是中国第一个ETFE膜结构是世界上最大的膜结构工程,也是唯一一座完全封闭的大型公共建筑。
膜结构的特点
膜结构重量轻,跨度大,建筑造型丰富,施工方便;但抗局部荷载能力差,易起皱、局部损坏甚至整体损坏。
与施工相关的薄膜结构具有以下力学特性:(1)结构形状和刚度与施工方法和工艺相关;(2)结构的荷载敏感性;(3)结构成型前的弱(零)刚度。柔性薄膜材料只有在给予适当的预张力时才具有一定的形状和抗外荷载的刚度,才能成为结构。张拉结构中最关键的问题是拉结构中最关键的问题。结构的刚度和形状取决于预应力的大小和分布。
膜结构类型
我国膜结构技术规程(CECS158:2004)膜结构按膜材及相关构件的应力方式分为整体张拉膜结构、骨架支撑膜结构、电缆支撑膜结构和空气支撑膜结构四种形式。
空气支撑膜结构,即充气膜结构是利用膜内外空气的压差对膜材料施加预应力,使膜表面能够覆盖形成的空间。有两种类型:气承式和气囊式。
张力膜结构直接向膜材料施加预拉力,使其具有刚度,并承受外部荷载。整体张力膜结构通过膜表面内力直接将荷载传递给边缘构件,并应用于跨度较小的膜结构中。钢索与膜结合形成张力索膜结构,可用于大跨度膜结构。
钢索在上述两种形式中起着不同的作用。在充气膜中,钢索主要起加强作用;在张拉膜结构中,钢索和膜材料是主要受力构件。
骨架支撑膜结构是指根据设计要求,将钢构件或其他刚性构件作为承重骨架布置在骨架上的薄膜材料。电缆支撑膜结构的主要形式是电缆穹顶结构,电缆穹顶结构是由连续电缆和不连续压杆组成的预应力空间结构系统。这种结构以薄膜为覆盖材料,其中薄膜材料是传力构件而不是主要受力构件,主要作用是围护。