膜结构设计与施工

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范鹏涛，等：膜结构设计与施工

膜结构设计与施工＊

范鹏涛 杨庆山 谭锋

（北京交通大学土建学院北京 １０００４４）

摘要 对两个索膜工程的设计与施工过程进行了论述，并对两工程在施工过程度预应力的施加方法上的差别进

行了横向比较：对于帐篷膜结构而言，设计对结构最终成功与否所起的作用更大，在谊结构的设计中膜与柱相连节

：

点的顸圈与环销相分离的做法是创新之处；对于活动链支座形式的膜结构，施工所起的作用更大，施工方法是否正

确、预应力施加与调整，对结构的最终成型有至关重要的影响。

荚键词 索膜结构 固定支座 帐篷膜镀支座 双曲抛物面

ＤＥＳＩＧＮ ＡＮＤ ＣｏＮＳＴＲＵＣＴＩｏＮ ｏＦ ＭＥＭＢＲＡＮＥ ＳＴＲＵＣＴＵＲＥＳ

Ｆａｎ Ｐｅｎｇｔａｏ Ｙａｎｇ Ｑｉｎｇｓｈａｎ Ｔａｎ Ｆｅｎｇ

（Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｃｉｖｉｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ａｎｄ Ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ。Ｂｅｉｊｉｎｇ Ｊｉａｏｔｏｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ Ｂｅｉｊｉｎｇ １０００４４）

ＡＢＳＴＲＡＣＴ Ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ ｉｎｓｔａｌｌａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｗｏ ｃａｂｌｅ－ｍｅｍｂｒａｎｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ ａｒｅ ｄｅｓｃｒｉｂｅｄ．Ｅｓｐｅｃｉａｌｌｙ，ｔｈｅ ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ ｉｎ

ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ｐｒｅｓｔｒｅｓｓ ａｎｄ ｔｈｅ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｐｒｏｃｅｓｓ ｂｅｔｗｅｅｎ ｔｈｅｍ ａｒｅ ｃｏｍｐａｒｅｄ．Ｆｏｒ ｔｈｅ ｃｏｎｉｃａｌ ｔｅｎｔ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ，ｄｅｓｉｇｎ

ｃｏｎｔｒｉｂｕｔｅｓ ｍｏｒｅ ｔｏ ｔｈｅ ｆｉｎａｌ ｓｕｃｃｅｓｓ ０ｆ ｔｈｉｓ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ．Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ｐｒｅｓｔｒｅｓｓ，ａｎｄ ｔｈｅ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｐｒｏｃｅｓｓ， ｈｏｗｅｖｅｒ，ａｒｅ

ｍｏｒｅ ｉｍｐｏｒｔａｎｔ ｔｏ ｔｈｅ ｓａｄｄｌｅ ｃａｂｌｅ．ｍｅｍｂｒａｎｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ．

ＫＥＹ ＷＯＲＤＳ ｃａｂｌｅ—ｍｅｍｂｒａｎｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｆｉｘｅｄ ｂｅａｒｉｎｇ ｃｏｎｉｃａｌ ｔｅｎｔ ｈｉｎｇｅｄ ｂｅａｒｉｎｇ ｈｙｐｅｒｂｏｌｉｃ

ｐａｒａｂｏｌｏｉｄ

自１９９５年以来，薄膜结构的应用在我国可谓方 成刚性骨架，上覆膜材。

兴未艾。大量的薄膜结构，诸如建筑小品，小型建筑

１．１ 结构设计

和体育场等在各地涌现；自１９９７年以来，国内膜结

根据《建筑结构荷载规范》（ＧＢ ５０００９—２００１）

构建筑更是平均每年以２０％的速度增长 ｊ，伴随着

查得此地基本雪压Ｓ０＝０．４０ ｋＮ／ｍ ；积雪分布系

“绿色建筑”、“生态建筑”口号的提出以及膜材性能

数 ＝１．０（对于易产生雪兜现象的结构形式还要

的不断提高、新的索膜结构形式和相关技术的不断

考虑乘１．５的增大系数）；基本风压 ＝０．５５

发展，索膜结构这种建筑形式有了越来越多的展示

ｋＮ／ｍ０；风振系数卢 ＝１．６；风荷载体型系数 取

空间和舞台。

±１．３和±０．７（由于膜布对风有过敏反应，风荷载

膜结构在我国由于使用时间较短，设计和施工

体型系数取了正负号）；风压高度变化系数 ：

经验不足。本文介绍作者参与设计、施工的两个比

１．０。计算得到雪荷载标准值Ｓｋ＝０．４０ ｋＮ／ｍ２，风荷

较具有代表性的索膜结构。这两处索膜结构分别是

载标准值ＷＫ＝±１．１４ ｋＮ／ｍ （±０．６２ ｋＮ／ｍ ）。

某公园的索膜结构和某地的一处建筑小品。前者采

在考虑恒荷载、风荷载和雪荷载的最不利效应

用的是固定支座节点形式的帐篷膜结构 ２ ；后者则

组合的基础上分别对钢结构、索、地脚螺栓等连接构

是属于铰支座节点（活动柱）的双曲抛物面形式膜结

件以及基础尺寸进行了验算，并对各构件进行合理

构。这两种支座形式的不同也很大程度上决定了两

优化。最终钢构件立柱选用巾２１９×６钢管，横梁选

者的施工过程及预应力的施加方法上的差别。

用巾１２１ Ｘ ６钢管，撑杆均选用＋７６×６钢管。膜材选

用米乐９００型，膜材焊接采用加背贴条对接焊，焊接

１ 固定支座形式的帐篷膜结构

宽度为６０ｍｍ。膜材边索取巾６ Ｘ １ ９抗拉强度为

该结构由四个完全相同的独立类锥型悬链面单

＊国家自然科学基金资助重点项目（编号：５０３３８０１０）：

元（帐篷膜单元【。 ）组成，如图１所示，总投影面积

第一作者：范鹏涛男 １９７６年１１出生硕士研究生

收稿日期：２００５—１０—１４

１００ｍＺ。每个单元均由立柱、横梁、横撑以及斜撑组

ｔｅｅ１ Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ．２００６（１），Ｖｏ１．２１，Ｎｏ．８４