國(guó)外膜結(jié)構(gòu)的應(yīng)用與研究 (一)

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     膜結(jié)構(gòu)是以某種形式的蒙皮和其他骨架或繩索構(gòu)件相結(jié)合、組成一個(gè)建筑物或構(gòu)筑物。基于膜結(jié)構(gòu)造型自由、輕巧等特點(diǎn)，近年來(lái)膜結(jié)構(gòu)在國(guó)內(nèi)外得到廣泛應(yīng)用。在中國(guó)，最著名的膜結(jié)構(gòu)工程當(dāng)屬“水立方”。北京工業(yè)大學(xué)空間結(jié)構(gòu)研究中心主任、中國(guó)鋼結(jié)構(gòu)協(xié)會(huì)空間結(jié)構(gòu)分會(huì)理事長(zhǎng)張毅剛圍繞韓國(guó)麗水世博會(huì)、英國(guó)倫敦奧運(yùn)會(huì)、2014年巴西世界杯的膜結(jié)構(gòu)工程，收集并整理了其中較有特點(diǎn)的工程、項(xiàng)目以及關(guān)于膜結(jié)構(gòu)的研究，從中可以看出膜結(jié)構(gòu)的發(fā)展趨勢(shì)。本報(bào)將分5次連載張毅剛撰寫的《國(guó)外膜結(jié)構(gòu)的應(yīng)用與研究》，敬請(qǐng)關(guān)注。——編者

     一、大型工程應(yīng)用如火如荼

     1.張拉式膜結(jié)構(gòu)

     美國(guó)休斯頓米切爾表演藝術(shù)中心是HorstBerger的收官之作，是典型的張拉式膜結(jié)構(gòu)。1990年建成的該項(xiàng)目?jī)H3000席位，2009年5月經(jīng)過(guò)改擴(kuò)建，達(dá)到6000個(gè)席位。

     沙特阿拉伯麥加DoKEEP大廈（見下圖）7棟大樓頂?shù)倪B體帳篷結(jié)構(gòu)總面積1.5萬(wàn)平方米，帳篷里包含私人房間、酒店設(shè)施及食肆等，是典型的張拉式膜結(jié)構(gòu)。這樣成片的高層樓頂應(yīng)用張拉式膜結(jié)構(gòu)還很少見，工程難度主要是在300米高空的安裝。

     2.骨架支承式膜結(jié)構(gòu)

     巴西薩爾瓦多的新水源球場(chǎng)（見下圖），建于1951年。為迎接巴西世界杯進(jìn)行改建成5.6萬(wàn)個(gè)座位，其屋面采用2.8萬(wàn)平方米的PTFE膜材。

     巴西東南部貝洛奧里藏特的米內(nèi)羅球場(chǎng)（Mineirao）建于1965年。此次翻新改建為66805個(gè)座位，屋面采用1.3萬(wàn)平方米TiO2/PTFE膜材。

     巴西2014年世界杯在建足球場(chǎng)的報(bào)道不多，從收集到的資料看還有翻新改建的里約熱內(nèi)盧87101座的馬拉卡納球場(chǎng)（Maracana）和巴西南方阿雷格里港50287座的何塞·皮涅羅河濱競(jìng)技場(chǎng)（見下圖）也采用了膜結(jié)構(gòu)。

     韓國(guó)晉州體育場(chǎng)采用懸挑桁架加拱形檁條支承膜覆蓋。該體育場(chǎng)2010年6月韓國(guó)全國(guó)運(yùn)動(dòng)會(huì)時(shí)建成，可容納2萬(wàn)人。該工程的特點(diǎn)是采用了3種膜材：膜屋面包括72個(gè)單元，內(nèi)部屋頂（田徑場(chǎng)側(cè)）采用半透明TS——PTFE膜；主屋面（看臺(tái)）采用PTFE膜；墻面采用PTFE網(wǎng)格膜以便通風(fēng)和聲音吸收。

     3.索系支承式膜結(jié)構(gòu)

     倫敦奧林匹克體育場(chǎng)在奧運(yùn)和殘奧期間是8萬(wàn)座位的體育場(chǎng)，賽后轉(zhuǎn)換成一個(gè)2.5萬(wàn)座位的體育場(chǎng)。人字形柱支承外壓縮環(huán)桁架，內(nèi)張力環(huán)采用索，其間輻射布置雙層徑向索形成索網(wǎng)，上覆112片PVC膜材張緊形成罩蓬，是典型的索系支承式膜結(jié)構(gòu)。燈塔A形柱立在內(nèi)張力環(huán)主索上，設(shè)后穩(wěn)定索和環(huán)向穩(wěn)定索。

     阿根廷拉普拉塔足球場(chǎng)（右圖）2003年開放使用，當(dāng)時(shí)已完成屋面環(huán)梁。平面為兩個(gè)相交的85米半徑的圓圈，中心距48米，提供兩個(gè)足球俱樂(lè)部分享，故稱“雙星穹頂”，5.3萬(wàn)座席。

     2009年啟動(dòng)穹頂?shù)慕ㄔO(shè)，周邊壓縮環(huán)采用三角形鋼桁架 寬9米、高13米），每側(cè)通過(guò)泰氟龍滑動(dòng)軸承釋放支承的徑向位移，以減小溫度應(yīng)力。索穹頂上弦徑向索聯(lián)方形布置，第一環(huán)增加了徑向索，下弦三道環(huán)向索。索定長(zhǎng)，用兩個(gè)臨時(shí)塔架，逐環(huán)安裝，屋面覆蓋PTFE。由于常用的PTFE只有16%的透明度，不足以確保天然草生長(zhǎng)，首次采用新膜材UltraLUX，透明度為24%，但拉伸強(qiáng)度171千克/厘米，略低5%。已完成兩個(gè)外圈屋面的覆蓋，2011年2月進(jìn)行了2011年美洲杯的揭幕戰(zhàn)。