國外膜結(jié)構(gòu)的應用與研究 (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、組成一個建筑物或構(gòu)筑物。基于膜結(jié)構(gòu)造型自由、輕巧等特點，近年來膜結(jié)構(gòu)在國內(nèi)外得到廣泛應用。在中國，最著名的膜結(jié)構(gòu)工程當屬“水立方”。北京工業(yè)大學空間結(jié)構(gòu)研究中心主任、中國鋼結(jié)構(gòu)協(xié)會空間結(jié)構(gòu)分會理事長張毅剛圍繞韓國麗水世博會、英國倫敦奧運會、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的工程、項目以及關(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。本報將分5次連載張毅剛撰寫的《國外膜結(jié)構(gòu)的應用與研究》，敬請關(guān)注。——編者

    一、大型工程應用如火如荼

     1.張拉式膜結(jié)構(gòu)

     美國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年建成的該項目僅3000席位，2009年5月經(jīng)過改擴建，達到6000個席位。

    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（見下圖），建于1951年。為迎接巴西世界杯進行改建成5.6萬個座位，其屋面采用2.8萬平方米的PTFE膜材。

    巴西東南部貝洛奧里藏特的米內(nèi)羅球場（Mineirao）建于1965年。此次翻新改建為66805個座位，屋面采用1.3萬平方米TiO2/PTFE膜材。

    巴西2014年世界杯在建足球場的報道不多，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（Maracana）和巴西南方阿雷格里港50287座的何塞·皮涅羅河濱競技場（見下圖）也采用了膜結(jié)構(gòu)。

    韓國晉州體育場采用懸挑桁架加拱形檁條支承膜覆蓋。該體育場2010年6月韓國全國運動會時建成，可容納2萬人。該工程的特點是采用了3種膜材：膜屋面包括72個單元，內(nèi)部屋頂（田徑場側(cè)）采用半透明TS——PTFE膜；主屋面（看臺）采用PTFE膜；墻面采用PTFE網(wǎng)格膜以便通風和聲音吸收。

     3.索系支承式膜結(jié)構(gòu)

    倫敦奧林匹克體育場在奧運和殘奧期間是8萬座位的體育場，賽后轉(zhuǎn)換成一個2.5萬座位的體育場。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（右圖）2003年開放使用，當時已完成屋面環(huán)梁。平面為兩個相交的85米半徑的圓圈，中心距48米，提供兩個足球俱樂部分享，故稱“雙星穹頂”，5.3萬座席。

     2009年啟動穹頂?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)通過泰氟龍滑動軸承釋放支承的徑向位移，以減小溫度應力。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，用兩個臨時塔架，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，首次采用新膜材UltraLUX，透明度為24%，但拉伸強度171千克/厘米，略低5%。已完成兩個外圈屋面的覆蓋，2011年2月進行了2011年美洲杯的揭幕戰(zhàn)。