柔性边界膜结构的结构体系设计

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柔性边界膜结构的结构体系设计


1、支承结构体系自身的稳定性
在膜结构中，膜是主要受力构件之一。尽管如此，膜结构的支承体系仍应满足其自身稳定性的要求。以所示的膜结构为例，为适应风载作用下的大变形，中间的桅杆底部做成铰接；虽然在张拉完成后，膜面及其边索与桅杆可组成结构体系，在桅杆顶部还是设置适当的拉索以保证支承体系自身的稳定性。这主要有两方面的考虑：一是为了在张拉膜面时，支承体系已经成型，以方便把握各控制点的空间位置及对膜面实施张拉；二是为了防止万一发生膜材撕裂，不至于引起结构整体倒塌的严重事故，更换膜面时施工也比较方便。如受条件所限不设稳定索时，宜将中柱设计成底部刚接的格构柱，确保中柱的稳定。
2、水平力的传递
在柔性边界的膜结构中，作用于膜面的荷载会以膜面张力的形式呈现，并主要通过边界索经膜角节点板传递到支承结构或基础，节点处的水平力往往很大。设计中应采用合适的构造措施以确保水平力的可靠传递。虽然膜可以直接拉到地面，但基于使用功能及安全方面的考虑，一般膜的边角不宜太低，因而常需在四周设立柱子作为支承点。为避免柱顶水平力在柱脚产生过大的弯矩，可将边柱的柱脚铰接，也就是将其做成撑杆，并设置拉地锚索以传递膜角节点板传来的作用力。此时，撑杆、锚索的倾角应合理设计，以保证传力最有效并保证在各种荷载组合下的稳定。如因场地所限不能设置锚索时，可采用组合式边柱。
3、体系内力的自平衡
膜结构是一种张力结构，所有作用于膜面的外部作用都会以膜面张力的增减来体现。在布置膜结构的支承结构体系时，应尽可能将其设计成自平衡体系，以减少膜面张力对下部结构或地基的影响。是为一座人行桥增建的膜结构顶盖。膜结构覆盖部分长度为72m。膜面形状在两端头为拱支承，中间为马鞍形与伞形组合。设计者利用设置在桥两侧的斜杆和水平撑杆，加上两侧及桥底的不锈钢拉杆，连同上部的膜面组成一个整体系统，以平衡体系内的张力，从而将新建膜结构对原有桥梁的影响减到了最小。
4、结构单元的重复与组合
利用某种基本外形的结构单元加以组合，是形成大面积的覆盖空间的行之有效的方法。如覆盖面达四十余万平方米的沙特阿拉伯哈吉机场膜结构候机大厅（TheHajTerminal,Jeddah,SaudiArabia,）就是由210个悬挂伞形膜结构单元组合而成；许多体育场的看台膜结构也是由多个同一结构单元组合而成，如上海八万人体育场、威海体育场、郑州航海体育场等。设计时需注意膜面的热合线在连接处要对齐，以形成连续、流畅的视觉效果。