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國外膜結(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?;谀そY(jié)構(gòu)造型自由、輕巧等特點(diǎn),近年來膜結(jié)構(gòu)在國內(nèi)外得到廣泛應(yīng)用。在中國,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、中國鋼結(jié)構(gòu)協(xié)會(huì)空間結(jié)構(gòu)分會(huì)理事長張毅剛圍繞韓國麗水世博會(huì)、英國倫敦奧運(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)目僅3000席位,2009年5月經(jīng)過改擴(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(見下圖),建于1951年。為迎接巴西世界杯進(jìn)行改建成5.6萬個(gè)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(gè)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(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(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(yùn)動(dòng)會(huì)時(shí)建成,可容納2萬人。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在奧運(yùn)和殘奧期間是8萬座位的體育場,賽后轉(zhuǎn)換成一個(gè)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(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)足球俱樂部分享,故稱“雙星穹頂”,5.3萬座席。
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,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,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)。
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