安徽纪念园膜结构工程的设计与施工

北京市光翌空间膜技术工程有限公司 101300）
[[摘 要] 索膜结构是一种柔性体系结构，它利用张拉钢索及少量的压杆作为主要承重构件，依靠膜张力来抵御外荷载，具有自重轻，造型美观，受力合理的特点，近年来受到广泛关注。安徽纪念园看台膜结构工程就是通过膜和钢索的张拉保持结构的平衡和稳定的典型的索膜结构。本文通过该工程的介绍，简述了张拉膜结构的自我平衡，它的施工安装要素及节点的处理。
[关键词] 索膜结构 设计 施工 
THE DESIGN AND CONSTRUCTION FOR THE PROJECT OF MEMBRANE STRUCTURE FOR
THE COMMEMORATING GARDEN OF ANHUI PROVINCE
XIANG Yang XIANG Ru-feng
(Beijing Granlit Space Membrane Technology Engineering Co.Ltd,Beijing 
101300,China)
[Abstract] As a kind of flexible structure, cable-membrane 
structure use the spreading and drawing cable and a few pressing bar 
as the weight based component. It depends on the tension membrane to
resist the outside weight, and with the characteristic of light 
weight and beautiful outlook and reasonable force. It is widely used 
in recent years. Typical project is done in the commemorating garden 
of Anhui province.Based on the introduction of project, this article 
briefly introduces the self balance of this spreading and drawing 
membrane structure, and it's construction and equipment factor and 
node processing.
[Keywords] cable-membrane structure;design;construction
一、概 述

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安徽纪念园看台膜结构工程位于安徽省合肥市经济技术开发区，用于纪念园
内广场两侧看台的覆盖，包括两个单体。每个单体投影面积500m2，展开面积750m2。膜单元以五根柱为中心，向四周呈放射状张拉，而整体结构通过薄膜、
膜边索、谷索、拉地索、上拉索、斜拉索及少量的杆件来稳定。整个结构造型轻
盈、飘逸，充分体现了张拉膜结构的特点（见图1、2）。
图1、 外观效果 图2、内视效果
膜结构的形式有多种，包括骨架式、充气式、张拉式等等[1]，其中以张拉膜结构最有代表性，也最为复杂。安徽纪念园看台膜结构工程更具有其特殊性，主要表现在以下三个方面：
１、整体结构是由索-膜协同受力，所有的索、膜、杆件各元素缺一不可，只有在它们都就位后才能成为一个结构承受荷载，这给安装带来一定的难度；
２、5个柱帽5片膜为一个整体，共700多m2，近1t（包括膜辅件）；这要求较高的安装精度，并要有措施来消除安装误差；
３、钢索、节点数量繁多，形式多样；共有5种31个节点，3种52根钢索。

二、方案的确立及计算
1．方案的确定:
膜结构设计打破了传统的“先建筑，后结构”做法，要求建筑设计与结构的紧密结合。在设计过程中，建筑师和结构师要坐在一起确定建筑物的形状，并进行必要的计算分析，这时，所设计建筑物的平面形状．立面要求．支点设置．材料类型和预应力大小都将成为互相制约的因素[2]。本工程中，北京光翌公司同深圳环境设计研究院紧密合作，对该工程的方案从建筑和结构两方面进行论证，保证最后的方案既满足建筑的要求，又必须是一种能够实现的方案。
原方案采用三柱五顶，三个膜帽固定在柱上，另两个膜帽用钢索挂于两柱之间（图3）。这一方案的优点是可以通过中间的膜帽调整横向误差，缺点是对风过于敏感。最后方案采用五柱五顶，五个膜帽顶均固定于柱子（图4）,膜边角拉在前、后弧索上,柱间增加斜拉索和顶索保证杆件平面外的稳定。上拉索、拉地索、前后弧索、斜拉索、顶索与柱和梁共同受力形成结构主体。
根据已经确定的建筑形式，横向采取两种不同的结构形式。第一种如图3所示，主柱为一连续杆，柱底固接，柱中伸出两根横梁，形成半铰。但这种方法使主柱形成悬臂杆件，柱底弯矩过大而柱顶弯矩为零，如果采用通长钢管，导致材料的极大浪费。第二种方案见图4，把主柱断开，构造为铰接，这样上柱仅为轴压杆，大大节约了钢材。本工程采用第二方案，其平面图见图5，
计算模型如图6所示（为使图面清晰，未画膜单元，实际计算中，索、膜、杆单元协同计算）。

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图5平面图 图6计算模型
2．找形分析及应力分析：
索膜结构其自重极轻，振动频率低，在风荷载作用下易于产生较大的变形和振动，对风荷载的作用非常敏感[3]，所以应根据膜材特性及膜造型，合理设定钢索及膜的预张力，保证在风荷载作用下膜的正常使用功能。