拱支承形膜面的詳細(xì)介紹

 1. 定義與基本特征

拱支式膜結(jié)構(gòu)是一種以拱形結(jié)構(gòu)作為主要支撐體系的張拉膜結(jié)構(gòu)形式。其核心特征包括：

 拱形支撐：拱作為連續(xù)的支承點，為膜材提供穩(wěn)定的支撐，通常沿結(jié)構(gòu)的外圍或?qū)ΨQ軸線布置。

 曲面形態(tài)：膜面形狀由拱的曲率和邊界條件決定，平面多呈圓形、橢圓形或近似圓形。

 適用場景：廣泛用于封閉式或半封閉式建筑，如體育場館、展覽館、公共設(shè)施等。

 2. 核心設(shè)計要點

 （1）拱的支撐系統(tǒng)

 拱的類型：

   獨立拱：單個拱支撐膜面，適用于小跨度或局部覆蓋。

   多拱組合：多個拱并列或交錯布置，適用于大跨度或復(fù)雜平面。

   空間拱桁架：結(jié)合鋼桁架或鋼管結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)整體剛度。

 材料選擇：拱的主體材料通常為鋼材（如鋼管、鋼桁架），或預(yù)應(yīng)力混凝土，需滿足抗壓和抗彎要求。

 （2）跨度與矢高的控制

 矢高：拱的頂部高度與跨度的比值（矢跨比）直接影響結(jié)構(gòu)剛度和形態(tài)。拱支式膜結(jié)構(gòu)的矢跨比通常取 1/5 至 1/8，以平衡美觀與力學(xué)性能。

 （3）正交索網(wǎng)系統(tǒng)

 作用：在跨度較大或荷載較高時，拱與下部邊緣構(gòu)件之間需布置正交索網(wǎng)（橫向與縱向交叉的張拉索），以增強(qiáng)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。

 索網(wǎng)設(shè)計：

   橫向索：沿拱的跨度方向布置，分擔(dān)拱的荷載。

   縱向索：沿拱的排列方向布置，約束膜面變形。

   預(yù)張力控制：索網(wǎng)的預(yù)張力需精確計算，確保膜面在無外荷載時處于穩(wěn)定平衡狀態(tài)。

 （4）膜面與拱的連接方式

 柔性連接：膜材通過邊索或錨固點與拱的下緣連接，允許膜面在風(fēng)荷載或溫度變化時微小變形。

 剛性連接：在特定節(jié)點處采用剛性構(gòu)件（如鋼梁），但需避免應(yīng)力集中。

 3. 材料與施工要點

 膜材選擇：

   常用材料：聚酯纖維基布+PTFE或PVC涂層，具有高抗拉強(qiáng)度、耐候性和自潔性。

   對于封閉式建筑，可選用ETFE氣枕膜以提高透光性和氣密性。

 拱的材料：

   鋼材（如Q345B鋼）為主，需進(jìn)行防腐處理（如熱浸鍍鋅）。

   預(yù)應(yīng)力混凝土拱需配置足夠的鋼筋以抵抗壓彎。

 施工流程：

  1. 拱結(jié)構(gòu)安裝：先搭建拱和基礎(chǔ)，確保拱的幾何精度。

  2. 索網(wǎng)張拉：按設(shè)計順序張拉正交索網(wǎng)，逐步調(diào)整預(yù)張力。

  3. 膜面鋪設(shè)：根據(jù)三維找形計算裁剪膜片，通過張拉固定在拱和邊索上。

  4. 邊界密封：使用鋁合金型材或橡膠密封條防止雨水滲漏。

 4. 典型應(yīng)用場景

拱支式膜結(jié)構(gòu)憑借其大跨度、造型美觀的特點，適用于以下場景：

 體育場館：如加拿大林賽公園體育中心（文獻(xiàn)[1][4]），其拱支式結(jié)構(gòu)結(jié)合正交索網(wǎng)，實現(xiàn)大跨度無柱空間。

 展覽館與會議中心：提供開闊的室內(nèi)空間，適合舉辦大型活動。

 公共設(shè)施：如車站、機(jī)場候機(jī)廳，兼顧功能性與地標(biāo)性設(shè)計。

 景觀建筑：入口標(biāo)志、公園休息亭等，通過拱形結(jié)構(gòu)創(chuàng)造獨特視覺效果。

 5. 優(yōu)缺點分析

 優(yōu)點：

 大跨度能力：拱的受壓特性與膜材的張力結(jié)合，可實現(xiàn)大跨度覆蓋。

 造型美觀：拱的曲線與膜面的流暢形態(tài)具有藝術(shù)性，適合現(xiàn)代建筑風(fēng)格。

 經(jīng)濟(jì)性：相比傳統(tǒng)鋼結(jié)構(gòu)，自重輕、材料用量少，施工周期短。

 透光性：選用透光膜材可減少照明能耗，夜間可通過燈光營造景觀效果。

 缺點：

 抗風(fēng)雪荷載要求高：大跨度結(jié)構(gòu)需精確計算風(fēng)振和雪荷載，設(shè)計復(fù)雜。

 維護(hù)成本：膜材需定期清潔和修補(bǔ)，尤其是接縫處的密封材料。

 初期設(shè)計難度：需結(jié)合三維建模與力學(xué)分析，對設(shè)計團(tuán)隊要求較高。