體育場(chǎng)膜結(jié)構(gòu)深化設(shè)計(jì)方案重點(diǎn)一 膜結(jié)構(gòu)深化設(shè)計(jì) 根據(jù)規(guī)劃方案文件要求，鋼結(jié)構(gòu)主體完成，屋面、墻面幕墻安裝之后開始膜結(jié)構(gòu)安裝，膜結(jié)構(gòu)施工圖深化設(shè)計(jì)如下。

 　  1 膜裁剪時(shí)，膜材經(jīng)緯向收縮及裁剪設(shè)計(jì) 由于膜結(jié)構(gòu)各向異性的特點(diǎn)，經(jīng)向和緯向的伸縮率差異較大，這是膜材的生產(chǎn)工藝造成的。PTFE 膜材的經(jīng)向伸縮率為 0.3%～0.7%，緯向?yàn)?3%～4%。

膜結(jié)構(gòu)深化設(shè)計(jì)時(shí)，考慮膜面裁剪下料、強(qiáng)度和張拉位移。一旦膜材經(jīng)緯向拼接錯(cuò)誤，由于經(jīng)、緯向伸縮率的不同，張拉后產(chǎn)生褶皺，且無(wú)法通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)施工調(diào)整而消除。

  　膜面裁剪設(shè)計(jì)主要控制膜材接縫兩側(cè)受力性能相同，使用膜材裁剪的全自動(dòng)化系統(tǒng)，設(shè)定排版控制程序，主電腦控制裁剪機(jī)，實(shí)現(xiàn)從設(shè)計(jì)到裁剪的無(wú)縫連接，避免了人工排版可能出現(xiàn)的誤操作。

2 膜面接縫的布置 由于膜結(jié)構(gòu)單元都是三角形，最大邊長(zhǎng)為 42.1m，次構(gòu)件下槽鋼最大間距 11.5m，而膜布的最大幅寬為 3.8～4.0m，需對(duì)膜布進(jìn)行裁剪設(shè)計(jì)和拼接。

裁剪設(shè)計(jì)要注意膜面經(jīng)緯向和接縫性能對(duì)建筑外觀產(chǎn)生的效果，接縫環(huán)向沿次構(gòu)件下的槽鋼長(zhǎng)向布置，使接縫均勻連續(xù)，外型美觀，有良好的建筑效果。  　由于膜的三角單元大小不一，平面夾角也不同，相鄰兩個(gè)三角單元的膜片必然不等寬，為了整體效果，適當(dāng)考慮增加膜材裁剪損耗，下圖為膜片整體拼接示意。  　 膜面拼接軸側(cè)圖（虛線為拼縫線，也是膜材經(jīng)向）

  　 膜面接縫平面圖

 3 膜焊接拼接部典型節(jié)點(diǎn) 為了確保膜材焊縫的強(qiáng)度，確定典型節(jié)點(diǎn)的焊接寬度，我們對(duì)膜材搭接的典型節(jié)點(diǎn)進(jìn)行了分組實(shí)驗(yàn)。

  　膜焊接拼接部節(jié)點(diǎn)

  　膜材焊接部抗拉實(shí)驗(yàn)

 　經(jīng)向抗拉強(qiáng)度(N/5cm) 緯向(N/5cm) 熱合寬度 試件 1 試件 2 試件 3 均值 試件 1 試件 2 試件 3 均值 50mm 3123.3 3534.5 3439.8 3369.5 2765.2 2840.4 2873.1 2826.2 由表中實(shí)驗(yàn)可以得知，焊縫處的抗拉強(qiáng)度均大于技術(shù)要求中的經(jīng)向 3100N/5cm，緯向2700N/5cm 的強(qiáng)度要求。參照歐美和日本規(guī)范對(duì)膜結(jié)構(gòu)焊縫的規(guī)定，焊縫處的安全系數(shù)與本體膜相比，還可放松約 20%。因此焊縫處還有足夠的強(qiáng)度儲(chǔ)備來(lái)滿足結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求。

4 防水膜的處理 防水膜安裝是在主鋼構(gòu)卸載，屋面陽(yáng)光板和墻面幕墻及主膜安裝之后進(jìn)行。由于主桿件下方通長(zhǎng)布置有加勁板，只能是由下往上仰視安裝，操作空間極其有限，膜面繃緊困難，極易造成膜面褶皺，影響建筑外觀效果。為此，對(duì)原連接節(jié)點(diǎn)進(jìn)行深化。

次桿件膜防水膜由于通長(zhǎng)加勁板的限制防水膜操作位置有限 防水膜安裝示意圖

 設(shè)計(jì)節(jié)點(diǎn)示意圖

 防水膜細(xì)部節(jié)點(diǎn)效果圖 深化將防水膜鋁夾由拉膜板外側(cè)移到拉膜板內(nèi)側(cè)，同時(shí)將不銹鋼螺桿與拉膜板預(yù)焊，這樣，施工人員可單手伸入主膜內(nèi)安裝防水膜鋁夾扣上的螺栓。

5 次桿件槽鋼與膜面剛性接觸節(jié)點(diǎn)處理 原設(shè)計(jì)膜面與次桿件槽鋼的連接節(jié)點(diǎn)采用上下鋁板夾緊，使用過(guò)程中受到室內(nèi)微風(fēng)引起的晃動(dòng)影響，易造成膜面磨損或損壞，影響正常使用年限。

深化設(shè)計(jì)膜節(jié)點(diǎn)

 　次構(gòu)件支桿膜結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)軸側(cè)圖 深化在膜面上下各設(shè)一道 2mm 厚 EPDM 橡膠墊，保證膜材柔性過(guò)渡，下方的鋁合金壓條正好遮擋了膜片接縫，美觀實(shí)用。

6 桿件 G15 穿越膜面的處理 深化設(shè)計(jì)過(guò)程發(fā)現(xiàn)，原設(shè)計(jì)每個(gè)結(jié)構(gòu)單元的 G15 桿件穿越膜面。深化設(shè)計(jì)在 G15 桿件上增加焊接節(jié)點(diǎn)板，這樣，膜面可固定到節(jié)點(diǎn)板上，而且 G15 桿件下方有馬道遮擋，不影響仰視效果，既方便了施工，又保持外形美觀。

  　穿膜節(jié)點(diǎn)位置示意圖 此處鋼管 G-15 穿越膜

 　 G15 桿件穿膜節(jié)點(diǎn)深化設(shè)計(jì)效果圖

7 主膜連接件及夾具的深化 主膜連接件吊鉤和鋁夾具為非標(biāo)五金件，對(duì)此連接節(jié)點(diǎn)細(xì)部深化和計(jì)算，處理后的節(jié)點(diǎn)效果如下圖所示：

  　 主膜連接吊鉤及鋁夾細(xì)部節(jié)點(diǎn)效果圖

8 節(jié)點(diǎn)詳圖深化 根據(jù)原設(shè)計(jì)節(jié)點(diǎn)按實(shí)際大小布置膜單元連接板，本次投標(biāo)已基本完成施工詳圖設(shè)計(jì)，為加工、備料、計(jì)價(jià)提供了依據(jù)。各類型節(jié)點(diǎn)效果圖如下：

邊界單側(cè)膜連接節(jié)點(diǎn) 谷部膜結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)軸側(cè)圖

谷部膜結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)仰視圖 脊部膜結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)軸側(cè)圖

  　脊部膜結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)仰視圖

  　 二 膜結(jié)構(gòu)深化設(shè)計(jì)計(jì)算書

 1 設(shè)計(jì)依據(jù) 《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》GB 50017-2003 《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》GB 50009-2001(2006 年版) 《低合金結(jié)構(gòu)鋼技術(shù)條件》GB1519-94 《膜結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》CECS 158:2004 《鋼結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》GB50205－2001 《建筑鋼結(jié)構(gòu)焊接技術(shù)規(guī)程》JGJ81-2002 2 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)荷載及材料規(guī)格

 2.1 恒載 膜材自重：0.010kN/m2 ，恒載以下簡(jiǎn)稱 DL(即 Dead Load)

 2.2 風(fēng)荷載 按原設(shè)計(jì)院數(shù)據(jù)計(jì)算，風(fēng)荷載以下簡(jiǎn)稱 WL (即 windload)

2.3 活荷載 活荷載：0.3 kN/m2 ，以下簡(jiǎn)稱 LL(即 LiveLoad)

 2.4 膜預(yù)張力 膜經(jīng)、緯向均設(shè)為 2.5kN/m，其作用包含在恒載之內(nèi)。  　

2.5 荷載組合

 2.5.1 基本組合 組合 1：1.2DL+1.4LL，以下簡(jiǎn)稱 CA1（case 1），長(zhǎng)期荷載；活載均布； 組合 2：0.9DL+1.4WL  　UP，以下簡(jiǎn)稱 CA2，短期荷載；體型系數(shù)取-1，均布； 組合 3：1.2DL+1.4WL  　DN，以下簡(jiǎn)稱 CA3，短期荷載；體型系數(shù)?。?/span>1，均布； 組合 4：1.2DL+1.4WL  　DN＋1.4×0.7×LL，簡(jiǎn)稱 CA4，短期荷載；

 2.5.2 標(biāo)準(zhǔn)組合 組合 5：1.0DL+1.0LL，以下簡(jiǎn)稱 CA5（case 5），長(zhǎng)期荷載； 活載均布 組合 6：1.0DL+1.0WL  　UP，以下簡(jiǎn)稱 CA6，短期荷載； 體型系數(shù)取-1，均布 組合 7：1.0DL+1.0WL  　DN，以下簡(jiǎn)稱 CA7，短期荷載； 體型系數(shù)取＋1，均布 組合 8：1.0DL＋1.0WL  　DN＋0.7×LL，簡(jiǎn)稱 CA8，短期荷載。  　 3 膜應(yīng)力表、應(yīng)力圖

3.1 膜面接縫布置方向

  　 膜面環(huán)狀接縫(虛線、膜材經(jīng)向)布置圖

3.2 各組合膜應(yīng)力表 根據(jù)《膜結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》

5.3.3 條規(guī)定，D 類膜材經(jīng)向 2800N/3cm (相當(dāng)于 93.3KN/m)，緯向 2200N/3cm (相當(dāng)于 73.3KN/m)。

膜材應(yīng)力表 組合 單元號(hào) 最大膜應(yīng)力（N/m）

抗力系數(shù) 膜材應(yīng)力比 CA1 771 經(jīng)向 7821 5 經(jīng)向 0.419  　389 緯向 10391 5 緯向 0.708  　CA2 509 經(jīng)向 12243 2.5 經(jīng)向 0.328  　389 緯向 18021 2.5 緯向 0.614  　CA3 509 經(jīng)向 12537 2.5 經(jīng)向 0.336  　389 緯向 18021 2.5 緯向 0.614  　CA4 509 經(jīng)向 14733 2.5 經(jīng)向 0.395  　389 緯向 21293 2.5 緯向 0.726

4 各組合膜面位移計(jì)算

4.1 各組合膜面位移值 根據(jù)《膜結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》

5.3.4 條規(guī)定，結(jié)構(gòu)中各膜單元內(nèi)膜面的相對(duì)法向位移，不應(yīng)大于單元名義尺寸的 1/15。

膜面單元最大跨度 11.15-11.8m 不等，統(tǒng)一取膜單元跨度為 11m 進(jìn)行驗(yàn)算。  　膜面位移均滿足規(guī)范要求。

 　4.2 各組合膜面位移圖

三 、膜面焊縫布置及裁切片設(shè)計(jì) 由于招標(biāo)文件技術(shù)條件中特別對(duì)膜材的焊縫布置和經(jīng)緯方向做了明確規(guī)定。根據(jù)招標(biāo)文件技術(shù)要求，進(jìn)行了膜材的裁剪深化設(shè)計(jì)。為了詳細(xì)表達(dá)實(shí)際的情況和達(dá)到建筑要求的焊縫效果，我們將所有的 260 片膜單元都進(jìn)行了裁切，并將裁切后的每一片裁切片進(jìn)行三維拼接，形成膜面焊縫的空間三維模型。這樣不僅得到了準(zhǔn)確的三維模型，也能夠準(zhǔn)確控制和計(jì)算出膜材的損耗率，為加工、備料控制提供了準(zhǔn)確的指導(dǎo)依據(jù)。