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       膜結(jié)構(gòu)作為一種新型的建筑結(jié)構(gòu)形式，具有輕量、柔性大跨度等優(yōu)點，在大跨度的體育場館、機場航站樓等建筑中得到了廣泛應(yīng)用。本文選擇體育場館和文化中心兩個代表性的大跨度空間建筑進行膜結(jié)構(gòu)設(shè)計案例分析，以總結(jié)膜結(jié)構(gòu)在大跨度空間中的設(shè)計特點和經(jīng)驗。

       一、國家體育場膜結(jié)構(gòu)設(shè)計

       2008年北京奧運會主會場——國家體育場采用了膜結(jié)構(gòu)設(shè)計方案，這是膜結(jié)構(gòu)在大跨度體育建筑中的典型代表。

       (一)工程概況

       國家體育場位于北京奧林匹克公園，外形呈橢圓形，長軸330米，短軸220米，建筑面積25.8萬平方米。采用鋼索網(wǎng)+內(nèi)壓結(jié)構(gòu)設(shè)計，最大跨度為330米。場館可容納9.1萬觀眾。

       (二)結(jié)構(gòu)形態(tài)

       結(jié)構(gòu)采用環(huán)肋網(wǎng)格鋼塔桁架，主要承重組件為鋼索網(wǎng)和鋼環(huán)，并設(shè)置壓力穩(wěn)定系統(tǒng)。整個鋼結(jié)構(gòu)被ETFE膜完全覆蓋包裹。鋼索網(wǎng)采用雙層網(wǎng)面系統(tǒng)，內(nèi)外網(wǎng)面間設(shè)置鋼骨架和玻璃鋼框架作剛度支撐。

       (三)關(guān)鍵技術(shù)

       1.預(yù)應(yīng)力設(shè)計：對鋼索網(wǎng)和鋼環(huán)設(shè)置50MPa的預(yù)應(yīng)力，以抵消風荷載等各種外載荷的影響。

       2.邊緣處理：圓形邊緣采用徑向拉索和豎向懸臂式鋼管的組合形式處理，實現(xiàn)膜結(jié)構(gòu)的平順過渡。

       3.施工方法：采用分區(qū)段施工，從中間開始向兩側(cè)發(fā)展，有效控制變形、確保整體穩(wěn)定性。

       二、深圳文化中心膜結(jié)構(gòu)設(shè)計

       深圳文化中心作為標志性的文化建筑，廣泛運用了膜結(jié)構(gòu)設(shè)計理念，屋頂?shù)膬芍痪薮箐摼W(wǎng)架鳥翅形鋼-TFE膜結(jié)構(gòu)成為建筑的亮點。

       (一)工程概況

       深圳文化中心位于深圳市福田區(qū)，建筑面積11.6萬平方米，其中劇院最大跨度達120米。

       (二)結(jié)構(gòu)形態(tài)

       主體建筑采用鋼結(jié)構(gòu)體系。屋頂為兩只巨大的鋼網(wǎng)架鳥翅形鋼-TFE膜結(jié)構(gòu)，中間是水波形的ETFE空氣支持膜窗和竹網(wǎng)格網(wǎng)殼。鳥翅結(jié)構(gòu)整體呈雙曲格柵架，與主體鋼框架連接。

       (三)關(guān)鍵技術(shù)

       1.網(wǎng)格兩曲面設(shè)計：采用雙曲面網(wǎng)格，實現(xiàn)屋頂復(fù)雜的造型。

       2.邊緣處理：設(shè)置空氣壓力梁，使膜邊緣平整過渡到主體鋼結(jié)構(gòu)。

       3.通風設(shè)計：屋頂膜結(jié)構(gòu)內(nèi)部設(shè)置膜上的通風口，改善膜下環(huán)境。

       三、案例啟示

       1.采用鋼結(jié)構(gòu)或鋼索網(wǎng)加強膜結(jié)構(gòu)剛度，確保整體穩(wěn)定性。

       2.采用預(yù)應(yīng)力設(shè)計抵消各種載荷的影響，重點關(guān)注邊緣處的結(jié)構(gòu)過渡。

       3.建筑造型設(shè)計應(yīng)從功能和結(jié)構(gòu)優(yōu)化的角度出發(fā)，充分發(fā)揮膜結(jié)構(gòu)的輕量化特點。

       4.采用空氣壓力控制、設(shè)置通風口等手段，改善膜下空間環(huán)境，保證膜結(jié)構(gòu)的長期使用壽命。

       5.合理的分段施工方案，精心處理節(jié)點連接細節(jié)，確保施工過程的結(jié)構(gòu)安全。

       6.加強對膜結(jié)構(gòu)抗風性能、耐久性能、防火性能等的研究，不斷優(yōu)化膜材料。

       7.建立完善的膜結(jié)構(gòu)維護保養(yǎng)和監(jiān)測系統(tǒng)，對膜結(jié)構(gòu)進行定期檢查維護。

       8.采用信息技術(shù)及建模分析手段，配合設(shè)計實現(xiàn)結(jié)構(gòu)方案的優(yōu)化迭代。

       9.注重膜下空間的人性化和藝術(shù)化設(shè)計，充分發(fā)揮建筑空間效果。

       10.合理規(guī)劃場地周邊環(huán)境，協(xié)調(diào)建筑與環(huán)境的關(guān)系。

       綜上，膜結(jié)構(gòu)在大跨度空間建筑設(shè)計中發(fā)揮了獨特作用，但需要注重結(jié)構(gòu)方案優(yōu)化、施工可靠性和后期維護等因素，根據(jù)項目特點采取針對性設(shè)計策略，充分發(fā)揮膜結(jié)構(gòu)的力學與美學優(yōu)勢，實現(xiàn)建筑功能和藝術(shù)的完美統(tǒng)一。