安徽紀(jì)念園膜結(jié)構(gòu)工程的設(shè)計(jì)與施工

北京市光翌空間膜技術(shù)工程有限公司 101300）
[[摘 要] 索膜結(jié)構(gòu)是一種柔性體系結(jié)構(gòu)，它利用張拉鋼索及少量的壓桿作為主要承重構(gòu)件，依靠膜張力來抵御外荷載，具有自重輕，造型美觀，受力合理的特點(diǎn)，近年來受到廣泛關(guān)注。安徽紀(jì)念園看臺(tái)膜結(jié)構(gòu)工程就是通過膜和鋼索的張拉保持結(jié)構(gòu)的平衡和穩(wěn)定的典型的索膜結(jié)構(gòu)。本文通過該工程的介紹，簡(jiǎn)述了張拉膜結(jié)構(gòu)的自我平衡，它的施工安裝要素及節(jié)點(diǎn)的處理。
[關(guān)鍵詞] 索膜結(jié)構(gòu) 設(shè)計(jì) 施工 
THE DESIGN AND CONSTRUCTION FOR THE PROJECT OF MEMBRANE STRUCTURE FOR
THE COMMEMORATING GARDEN OF ANHUI PROVINCE
XIANG Yang XIANG Ru-feng
(Beijing Granlit Space Membrane Technology Engineering Co.Ltd,Beijing 
101300,China)
[Abstract] As a kind of flexible structure, cable-membrane 
structure use the spreading and drawing cable and a few pressing bar 
as the weight based component. It depends on the tension membrane to
resist the outside weight, and with the characteristic of light 
weight and beautiful outlook and reasonable force. It is widely used 
in recent years. Typical project is done in the commemorating garden 
of Anhui province.Based on the introduction of project, this article 
briefly introduces the self balance of this spreading and drawing 
membrane structure, and it's construction and equipment factor and 
node processing.
[Keywords] cable-membrane structure;design;construction
一、概 述

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安徽紀(jì)念園看臺(tái)膜結(jié)構(gòu)工程位于安徽省合肥市經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)，用于紀(jì)念園
內(nèi)廣場(chǎng)兩側(cè)看臺(tái)的覆蓋，包括兩個(gè)單體。每個(gè)單體投影面積500m2，展開面積750m2。膜單元以五根柱為中心，向四周呈放射狀張拉，而整體結(jié)構(gòu)通過薄膜、
膜邊索、谷索、拉地索、上拉索、斜拉索及少量的桿件來穩(wěn)定。整個(gè)結(jié)構(gòu)造型輕
盈、飄逸，充分體現(xiàn)了張拉膜結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)（見圖1、2）。
圖1、 外觀效果 圖2、內(nèi)視效果
膜結(jié)構(gòu)的形式有多種，包括骨架式、充氣式、張拉式等等[1]，其中以張拉膜結(jié)構(gòu)最有代表性，也最為復(fù)雜。安徽紀(jì)念園看臺(tái)膜結(jié)構(gòu)工程更具有其特殊性，主要表現(xiàn)在以下三個(gè)方面：
１、整體結(jié)構(gòu)是由索-膜協(xié)同受力，所有的索、膜、桿件各元素缺一不可，只有在它們都就位后才能成為一個(gè)結(jié)構(gòu)承受荷載，這給安裝帶來一定的難度；
２、5個(gè)柱帽5片膜為一個(gè)整體，共700多m2，近1t（包括膜輔件）；這要求較高的安裝精度，并要有措施來消除安裝誤差；
３、鋼索、節(jié)點(diǎn)數(shù)量繁多，形式多樣；共有5種31個(gè)節(jié)點(diǎn)，3種52根鋼索。

二、方案的確立及計(jì)算
1．方案的確定:
膜結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)打破了傳統(tǒng)的“先建筑，后結(jié)構(gòu)”做法，要求建筑設(shè)計(jì)與結(jié)構(gòu)的緊密結(jié)合。在設(shè)計(jì)過程中，建筑師和結(jié)構(gòu)師要坐在一起確定建筑物的形狀，并進(jìn)行必要的計(jì)算分析，這時(shí)，所設(shè)計(jì)建筑物的平面形狀．立面要求．支點(diǎn)設(shè)置．材料類型和預(yù)應(yīng)力大小都將成為互相制約的因素[2]。本工程中，北京光翌公司同深圳環(huán)境設(shè)計(jì)研究院緊密合作，對(duì)該工程的方案從建筑和結(jié)構(gòu)兩方面進(jìn)行論證，保證最后的方案既滿足建筑的要求，又必須是一種能夠?qū)崿F(xiàn)的方案。
原方案采用三柱五頂，三個(gè)膜帽固定在柱上，另兩個(gè)膜帽用鋼索掛于兩柱之間（圖3）。這一方案的優(yōu)點(diǎn)是可以通過中間的膜帽調(diào)整橫向誤差，缺點(diǎn)是對(duì)風(fēng)過于敏感。最后方案采用五柱五頂，五個(gè)膜帽頂均固定于柱子（圖4）,膜邊角拉在前、后弧索上,柱間增加斜拉索和頂索保證桿件平面外的穩(wěn)定。上拉索、拉地索、前后弧索、斜拉索、頂索與柱和梁共同受力形成結(jié)構(gòu)主體。
根據(jù)已經(jīng)確定的建筑形式，橫向采取兩種不同的結(jié)構(gòu)形式。第一種如圖3所示，主柱為一連續(xù)桿，柱底固接，柱中伸出兩根橫梁，形成半鉸。但這種方法使主柱形成懸臂桿件，柱底彎矩過大而柱頂彎矩為零，如果采用通長(zhǎng)鋼管，導(dǎo)致材料的極大浪費(fèi)。第二種方案見圖4，把主柱斷開，構(gòu)造為鉸接，這樣上柱僅為軸壓桿，大大節(jié)約了鋼材。本工程采用第二方案，其平面圖見圖5，
計(jì)算模型如圖6所示（為使圖面清晰，未畫膜單元，實(shí)際計(jì)算中，索、膜、桿單元協(xié)同計(jì)算）。

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圖5平面圖 圖6計(jì)算模型
2．找形分析及應(yīng)力分析：
索膜結(jié)構(gòu)其自重極輕，振動(dòng)頻率低，在風(fēng)荷載作用下易于產(chǎn)生較大的變形和振動(dòng)，對(duì)風(fēng)荷載的作用非常敏感[3]，所以應(yīng)根據(jù)膜材特性及膜造型，合理設(shè)定鋼索及膜的預(yù)張力，保證在風(fēng)荷載作用下膜的正常使用功能。