膜结构(5)-案例剖析
青海体育场膜结构案例
青海体育场膜结构案例背景青海位于中国西北地区，是中国五个自治区之一。
作为一个多民族聚居的地区，青海有着丰富的文化和体育传统。
为了推动体育事业的发展和提供更好的体育设施，青海决定建造一座现代化的体育场——青海体育场。
青海体育场是一个多功能综合性体育场馆，可以用于举办各种大型比赛、演出和其他活动。
为了满足不同活动的需求，该体育场需要一个灵活可调节的膜结构顶棚，以提供良好的视野和观赏条件。
过程设计阶段在设计阶段，团队首先进行了详细的市场调研和需求分析。
他们考虑到了以下几个关键因素： 1. 结构稳定性：膜结构需要能够承受恶劣天气条件下的风力和雪载荷。
2. 光照与视野：膜结构顶棚应该能够提供充足的自然光线，并且不影响观众对比赛或演出的观看。
3. 灵活性：膜结构需要能够根据不同活动的需求进行调整，例如改变顶棚高度和开闭状态。
4. 节能环保：膜材料应具有良好的隔热性能，以减少能源消耗。
基于这些需求，设计团队决定采用聚氯乙烯（PVC）膜材料，并设计了一个由多个膜面构成的顶棚结构。
每个膜面都可以独立调整，从而实现灵活性和可调节性。
施工阶段在施工阶段，首先需要对体育场的地基进行处理和加固。
然后，开始安装钢结构桁架作为膜结构的支撑。
桁架通过焊接和螺栓连接来确保稳定性和强度。
安装完桁架后，开始安装膜材料。
膜材料被预先制作成相应尺寸，并通过索力系统固定在桁架上。
索力系统使用高强度钢索将膜拉伸到适当的张力状态，并确保整个结构稳定。
最后，在顶棚安装完成后，施工队伍对整个体育场进行了测试和调整，以确保顶棚的灵活性和可调节性。
结果青海体育场的膜结构顶棚在经过设计和施工团队的努力后，取得了令人满意的结果。
它具有以下特点和优势： 1. 结构稳定：膜结构经过精确计算和测试，可以承受恶劣天气条件下的风力和雪载荷。
2. 光照与视野：膜结构顶棚采用透明的PVC膜材料，可以提供充足的自然光线，并且不影响观众对比赛或演出的观看。
3. 灵活性：膜结构顶棚可以根据不同活动的需求进行调整，包括改变顶棚高度和开闭状态。
膜结构介绍
膜结构介绍 一种适合建筑的新材料的出现，必然引建筑结构的革命，如历史上的混凝土和钢材，70年代以来，以欧美为中心发展起来的新型织物膜材，也是如此，用这种优良的织物，辅以柔性或钢性支撑，可绷成一个曲率互反，有一定刚度和张力的结构体系。
这种全新的建筑结构形式，集建筑学、结构力学、材料学与精细化工、计算机技术等为一体，具有以下优秀的特点： 1、造型的艺术性。
它既能充分发挥建筑师的想象力，又能体现结构构件清晰受力之类。
2、良好的自洁性。
膜建筑中采用具有防护涂层的膜材，可使建筑具有良好的自洁效果，同时保证建筑的使用寿命。
3、施工的快捷性。
膜建筑工程中所有加工和制作均在工厂内完成，现场只进行半成品组装，因此施工简便快捷，施工周期短。
4、较好的经济性。
由于膜材具有一定的透光率，白天可减少照明强度和时间，因而比较节约能源，降低了长期使用费用，同时夜间彩灯透射形成的绚烂景观也能达到很好的广告宣传效益。
5、 结构自重轻，非常适合于建造大跨度空间结构。
膜结构的分类 膜结构按结构受力特性大致可分为充气式膜结构、张拉式膜结构（Tension/Suspension membrane structure）、骨架式膜结构（Frame membrane strcture，Cable dome membrane structure）、组合式膜结构（Compound membrane structure）等几大类。
充气式膜结构张拉式膜结构骨架式膜结构组合式膜结构膜 应 用 领 域：★ 体育设施： 体育场、健身中心、游泳馆、网球馆、篮球馆等。
★ 商业设施： 商场、购物中心、大型会展场所、餐厅、酒店（挑檐）等。
★ 文化设施： 展览中心、剧院、会议厅、博物馆、植物园、水族馆、音乐广场等。
★ 交通设施： 机场、火车站、公交车站、收费站、码头、加油站、天桥连廊等。
★ 工业设施： 工厂、仓库、科研中心、处理中心、温室、物流中心等。
★ 景观设施： 建筑入口、标志性建筑或景观性小品、广场休闲区、海滨娱乐休闲建筑、居住小区、游乐场、步行街、停车场、楼宇屋顶改造更新等。
膜结构案例分析
弯项直径320m，周圈大于1000m，有12根 穿出屋面高达100m的桅杆，屋盖采用圆球 形的张力膜结构。膜面支承在72根幅射状的 钢索上，其截面为2×φ32，这些钢索则通 过间距25m的斜拉吊索与系索为桅杆所支撑， 吊索与系索同时对桅杆起稳定作用。
可缩进的膜结构棚盖可以在任何恶劣的天气 时，将棚盖关上；在天气转好时打开。以确 保在任何季节里网球比赛的举行，或避免时 重要的赛事中断或延迟。 此建筑充分发挥了索膜结构重量轻、造 型灵活的优点。整结构展开面积约10000平 方米，采用PVC(PVDF面层)膜材，并且选 用能够满足要求的最薄的型号
坐落在海边的迪拜酒店宛如一叶 帆船飘扬在大海上，320米高的 迪拜酒店采用双层PTFE膜，并 成为在世界上最高的膜结构建筑。 建造商在建筑美学、建筑功能、 工程安装上的详细设计决定了此 标志性索膜工程成功
透明的膜材屋盖加上周围的玻璃墙使整个大 厅光线充足。屋盖由两层上下相距60cm的 织物组成，其内层作为隔热与吸音用。双层 屋盖的透明度约为7％，此外玻璃墙也透光， 从而在白天大部分情况下不需人工照明。其 结构为 半个椭球钢网壳上面直接覆盖膜材 料，椭球网壳平面长轴60米、短轴 45米、高16米；为提高其保温隔热 性能，本工程采用了双层膜，膜层 间距475mm。
完成于1998年5月14日的天津保税区 区标膜结构工程，标志着中国膜结 构划时代的开始，其中索膜结构是 此工程的重点内容，44个独立的膜 结构单元体和钢结构采用牵拉方式 连接，面材为法国法拉利公司生产 的型号为1002T。
膜结构详解自制
亚特兰大体育馆
膜结构的结构与构造
结构示意图
膜结构的计算
（一）非线性有限元基本方程 有限单元法是对工程结构进行数值分析的最有效方法，特别是在计算机 应用越来越普及的今天。膜结构实际设计中，索及桁架等加强、边缘构 件的应用是必不可少的，因此本文程序中包含了膜单元，索单元，杆单 元，梁单元。其中空间膜单元定义为三结点的三角形等参元，考虑节点 的ｘｙｚ三个方向的位移，但只计及面内的正应力σx、σy和剪应力 Z xy。应用Ｕ•Ｌ法列式，可以得结构有限元基本迭代方程为：
膜结构的优缺点
膜结构优点：
索膜结构是用高强度柔性薄膜材料经受其它材 料的拉压作用而形成的稳定曲面，能承受一定 外荷载的空间结构形式。其造型自由、轻巧、 柔美，充满力量感，节能、使用安全等优点， 因而使它在世界各地受到广泛应用,膜结构建筑 作为新的建筑形式于本世纪五十年代在国际上 开始出现，至今已有四十多年的历史，特别是 到了七十年代以后膜结构的应用得到了迅速发 展。膜结构的出现为建筑师们提供了超出传统 建筑模式以外的新选择。 膜结构一改传统建筑 材料而使用膜材，其重量只是传统建筑的三十 分之一。
膜结构的优缺点
膜结构优点：
张拉膜结构(Tesioned Membrane Structure) ， 是依靠膜自身的张拉应力与支撑杆和拉索 共同构 成机构体系。在阳光的照射下，由膜覆盖的建筑 物内部充满自然漫射光，无强反差的着光面与阴影 的区分，室内的空间视觉环境-广西北海度假村680 方开阔和谐。夜晚，建筑物内的灯光透过屋盖的膜 照亮夜空，建筑物的体型显现出梦幻般的效果。张 拉膜结构特别适合用来建造城市标志性建筑的屋 顶，如体育与娱乐性场馆，需有广告效应的商场、 餐厅等。城市的交通枢纽是城市命脉的关键性建 筑，使用功能要求建筑物各组成单元的标志明确。 。
几个膜结构实例方案介绍
几个膜结构实例方案介绍简介：膜结构实例方案介绍包括青岛颐中体育场罩篷,义乌市会展体育中心体育场,秦皇岛体育中心体育馆,佛山世纪莲体育中心,长沙世界之窗大剧院,深圳华侨城欢乐谷中心表演场,大连金石滩影视艺术中心,中国国际高新技术成果交易中心,青岛馥香谷会所等等，内容丰富，供大家参考。
关键字：膜结构，实例，结构方案，结构设计一、体育建筑：1、青岛颐中体育场罩篷青岛颐中体育场为我国第一个自行设计和安装、采用整体张拉式索膜结构体育场工程。
罩篷是由60个锥形膜单元组成的脊谷式张拉膜结构，长轴266米，由86米长的直线段和两端半径为90米的半圆弧组成，短轴180米；立柱顶点标高42.5米，内环索标高约36.5米，篷盖悬挑沿周边均约40米；膜覆盖面积（投影面积）约30,000平方米，可容纳6万名观众。
整个篷盖由钢结构支撑系统、钢索、膜组成的一个典型索膜张拉体系，每个单元由一个立柱支撑，通过谷索、脊索、内外边索的张拉作用成形。
膜材料选用法国 FERRARI 1302 T。
2、义乌市会展体育中心体育场义乌市体育场膜结构篷盖由两片沿主看台对称布置的梭状索膜结构体系组成，总覆盖面积约16，000平方米；它们是由钢桁架（脊）、谷索、边索、上拉索及灯光塔架共同组成的空间张拉膜结构体系。
每片膜篷盖由大小不等的13个波浪式膜单元组成，形成自然曲面单元；钢桁架与谷索一端与看台钢筋混凝土框架外环柱连接，另一端与主内边索相连，主内边索再由上拉索与两边的灯光塔架连接。
通过一定的手段张紧谷索，来完成向体系内部施加所需的预应力，使整个体系产生足够的刚度，以抵御外部荷载作用，并能很好地控制结构体系的位移和变形。
主内边索矢高40米，灯光塔架高60米，钢桁架向内最大悬挑49米，向外悬挑6.3米；内外边索中预应力分别为110KN和45KN，谷索中预应力70KN；最不利工况下主内边索最高点向上位移302mm，向下位移208mm。
膜材料选用FERRARI 1302T 。
膜结构建筑施工问题案例
膜结构建筑施工问题案例一、单选题。
A. 膜材裁剪尺寸不准确，导致张拉后局部松弛。
B. 施工时的环境温度过低，膜材收缩不一致。
C. 膜材在运输过程中受到严重挤压，内部结构已损坏。
D. 膜结构的支撑体系安装精度过高，对膜材产生过度挤压。
解析：支撑体系安装精度过高可能会对膜材有影响，但一般是导致膜材局部受力不均等问题，而不是产生褶皱的直接原因。
膜材裁剪尺寸不准确，张拉时会有局部松弛从而产生褶皱；环境温度过低膜材收缩不一致会起皱；运输过程中膜材受严重挤压内部结构损坏也可能导致安装后起皱。
所以答案为D。
2. 在膜结构建筑施工时，膜材与钢结构连接部位出现松动现象，可能是由于（）A. 钢结构表面未进行有效的防腐处理。
B. 连接螺栓规格过大。
C. 在连接部位未使用密封胶。
D. 膜材与钢结构的连接设计不合理。
解析：钢结构表面未进行防腐处理主要影响钢结构自身的耐久性，与连接部位松动关系不大；连接螺栓规格过大一般不会造成松动；未使用密封胶主要影响密封性能而非连接的紧固性；而连接设计不合理可能导致连接不牢固从而出现松动现象。
所以答案为D。
二、多选题。
1. 某膜结构建筑施工中，膜材出现撕裂现象，可能的原因有（）A. 施工过程中遭受强风袭击，膜材局部受力过大。
B. 膜材本身质量存在缺陷，如强度不足。
C. 膜材安装时张拉顺序错误，导致应力分布不均。
D. 施工现场周边有大量灰尘，污染了膜材表面。
解析：施工中遭受强风袭击，膜材局部受力过大可能导致撕裂；膜材本身质量有缺陷，强度不足在施工过程中也容易撕裂；膜材安装时张拉顺序错误，应力分布不均会使膜材局部承受过大应力而撕裂；而施工现场周边的灰尘污染膜材表面，一般不会直接导致膜材撕裂。
所以答案为ABC。
B. 膜材的弹性模量选择过大。
C. 钢结构的杆件布置不合理，结构受力体系不完善。
D. 施工过程中没有按照设计要求进行预张拉。
解析：基础设计不合理不能提供足够支撑力会影响整体结构稳定性；膜材弹性模量选择过大不是造成整体结构稳定性不足的直接原因；钢结构杆件布置不合理，结构受力体系不完善会使结构稳定性差；施工中未按要求进行预张拉也会影响结构的稳定性。
膜结构
摘要膜结构系统是由膜、索、桅杆、梁柱、基础等组件组成的，可以创造出优美的曲面造型；可以覆盖大跨度空间，并且重量轻，具有优异的结构特性。
同时，膜结构在照明、声学、防火、保温、节能与自洁等方面也具有许多优点。
现代意义上的膜结构在国外经过30多年的发展已经趋于成熟。
自1997年上海八万人体育场建成以来，膜结构在我国内地已得到较多应用，被广泛应用于体育场、展览馆、加油站等建筑中。
膜结构的组件与传统结构中的构件截然不同，其连接方式与传统结构中构件连接方式差别也非常大。
膜结构施工与传统结构施工最大的不同在于膜结构的节点连接。
本讲义对膜结构的节点连接进行了比较系统的概括，主要体现在以下几方面：一、.综合阐述了膜结构中各类材料的性能及其特性；二、将膜结构中的各类节点进行了新的分类，使之条理更加清晰；三、分析了膜结构的节点受力特点，并提出膜结构中节点的设计原则和要求；四、对膜结构的节点按类别进行了系统的介绍；五、对典型节点进行了受力分析；本讲义的编写得到了土木工程学院领导的大力支持，在此表示感谢。
由于本人水平有限，加之时间仓促，讲义中谬误之处在所难免，望读者及时提出批评指正。
目录第一章绪论 (3)第二章膜结构体系及其组成材料 (10)2.1 膜结构体系 (10)2.2 膜结构组成材料 (17)第三章膜结构节点构造 (26)3.1膜结构节点分类、特性及其设计要求 (26)3.2 膜材连接节点 (30)3.3 索材连接节点 (53)3.4支承骨架连接节点 (59)第四章工程实例―徐州“月影风帆”膜结构改造设计 (65)第一章绪论人类的建筑活动从远古时期的帐篷到现代空间结构的膜结构，经历了漫长的发展历程。
认识膜结构的发展历程有助于我们认识建筑膜结构技术的演变规律，更好地进行建筑设计。
一、膜材的发展概况远古时期，人类最早的居所是帐篷。
它采用树皮、兽皮作帏幕，用石材、树干等作支承，以后逐渐发展为天然合成材料，如棉纱、毛纺、帆布等。
膜结构建筑 精彩案例赏析
郁闷的本命年，去年10月份就开始计划的旅行一直搁浅，这次不管怎么样都要出去玩玩了，就来到了柏林。
坐在租来的车上，Navigation叫我们左转我们就左转，叫我们右转我们就右转，省去了很多的奔波赶车之苦。
于是这次旅行有三大板块组成：停车，拍照，吃饭第一个来到的是意味深长的查理检查站（Haus am Checkpoint Charlie）：柏林墙时期东柏林最著名的过境站，也是1961年美苏坦克相距200米对峙的地方。
现在的柏林墙博物馆就设在这里。
该检查站在当时是最大的边境出入口，也是对人员不设限的唯一检查站，而另外几处检查站一般只允许外交官进出。
该检查站及附近也是当时东柏林人逃往西柏林所乐意选择的点之一，因此出现过不少悲剧性的事件。
大连金石滩影视艺术中心为骨架式双层膜结构，主体膜结构为半个椭球钢网壳上面直接覆盖膜材料，椭球网壳平面长轴60米、短轴45米、高16米；为提高其保温隔热性能，本工程采用了双层膜，膜层间距475mm。
该项目荣获中国空间结构优秀工程三等奖。
天津保税区区标时至今日，完成于1998年5月14日的天津保税区区标膜结构工程，已经成为中国膜结构业界的里程碑，它标志着中国膜结构划时代的开始，其中索膜结构是此工程的重点内容，44个独立的膜结构单元体和钢结构采用牵拉方式连接，面材为法国法拉利公司生产的型号为1002T。
展览中心城风筝放飞场弗里德里希大帝纪念碑（Reiterdenkmal Friedrichs des Großen）位于菩提树下大街（Unter den Linden）：是首都最有名的一条街。
在人行道旁和大街中央隔离地带，高大的菩提树和栗树婀娜多姿，婆娑成阴，大街因此得名。
这里几百年来一直是普鲁士帝国的象征。
柏林大教堂（Berliner Dom ）：原霍亨索伦（Hohenzollern）王室的宫廷大教堂和陵墓，做为福音新教教堂同罗马天主教教堂彼得大教堂相呼应。
由于战争原因旧教堂受到严重损坏，因此在1894-1905年间即威廉皇帝二世时期，由拉施多夫（Julius Carl Raschdorff）再次设计建造，新的柏林大教堂是在旧的大教堂拆除之后，按照威廉二世的愿望，建起了一座装饰华丽、带有意大利文艺复兴时期风格的圆顶，使整个建筑显得格外雄伟壮观。
建筑膜结构 (土木工程)
大连金石滩影视艺术中心 为骨架式双层膜结构，主体膜 结构为半个椭球钢网壳上面直接覆盖膜材料，椭球网壳平 面长轴60米、短轴45米、高16米；为提高其保温隔热性能， 本工程采用了双层膜，膜层间距475米。该项目荣获中国 空间结构优秀工程三等奖。
天津保税区区标 时至今日，完成于1998年5月14日的天津 保税区区标膜结构工程，已经成为中国膜结构业界的里程 碑，它标志着中国膜结构划时代的开始，其中索膜结构是 此工程的重点内容， 44个独立的膜结构单元体和钢结构 采用牵拉方式连接，面材为法国法拉利公司生产的型号为 1002T。
6. 膜结构建筑案例
国家游泳中心（俗称“水立方”）位于北京奥林匹克 公园内，2008年北京奥运会标志性建筑物之一。“水立 方”是世界上最大的膜结构工程，建筑外围采用世界上 最先进的环保节能ETFE(四氟乙烯)膜材料。 “水立方”整体建筑由3000多个气枕组成，气枕大小不一、 形状各异，覆盖面积达到10万平方米，堪称世界之最。
基材
基材基本上为一种织布，织布是由纤维构成。基材的选择是保 证膜结构品质的关键。
常用的建筑膜材按基材可分为两类。一类是以聚酯织物为基 材，表面进PVC涂层的产品，另一类是以玻璃纤维织物为基材、 表面进行聚四氟乙烯涂层的产品．
前者一般用于使用年限在15年以下的幅时性或半永久性建筑， 后者常用于永久性建筑。 1）尼龙(Nylon)。其耐磨性和强度较高，抗拉力较聚酯类好，但其 刚度较低，使得在载重情况下可能造成皱褶的概率大为升高，易 受湿度变化的影响，使得在裁剪前后产生误差。另外，易受紫外 线影响而逐渐失去抗拉力。若温度较高，可能发生氧化而变黄、 变脆。 2）聚酯类（Polyester）。又称为涤纶，抗拉力较尼龙稍差，但其具 有良好的耐久性、抗紫外线性能。
同济大学土木案例分析作业膜结构
. 部分内容来源于网络，有侵权请联系删除！膜结构的发展历史与结构形式——土木工程案例分析课程论文课程名称土木工程案例分析报告名称膜结构的发展历史与结构形式指导教师姓名薛高学号1250776膜结构的历史发展及结构形式前言膜结构也即织物结构, 是20世纪中叶发展起来的一种新型大跨度空间结构形式。
最早的膜结构雏形可追溯到公元前若干世纪的帐篷结构。
现代意义上的膜结构工程最早出现于20世纪50年代, 是集建筑、结构、材料和计算机等科学为一体的高科技工程。
近几十年来, 由于薄膜材料特殊的优越性能及建筑技术水平的不断提高, 膜结构在世界范围内的发展空前繁荣。
1 膜结构及其发展历史1.1膜结构的定义及应用现状膜结构(Membrane)是以性能优良的柔软织物为材料, 由膜内充气压力支承膜面, 或利用柔性钢索、刚性支承结构使膜产生一定的预张力, 从而形成具有一定刚度、能够覆盖大空间的结构体系。
膜结构作为建筑结构中最新发展起来的一种形式，由于其独特的建筑形态以及膜材本身的特性，使得自1970年代被初步尝试使用以来，目前已经在国内外得到广泛的应用。
膜结构自身的优良特性包括以下几方面：轻质张力结构自重小的原因在于它依靠预应力形态而非材料来保持结构的稳定性。
从而使其自重比传统建筑结构的小得多，但却具有良好的稳定性。
建筑师可以利用其轻质大跨的特点设计和组织结构细部构件，将其轻盈和稳定的结构特性有机地统一起来。
透光性透光性是现代膜结构最被广泛认可的特性之一。
膜材的透光性可以为建筑提供所需的照度，这对于建筑节能十分重要。
对于一些要求光照多且亮度高的商业建筑等尤为重要。
通过自然采光与人工采光的综合利用，膜材透光性可为建筑设计提供更大的美学创作空间。
夜晚，透光性将膜结构变成了光的雕塑。
膜材透光性是由它的基层纤维、涂层及其颜色所决定的。
标准膜材的光谱透射比在10%~20%之间，有的膜材的光谱透射比可以达到40%，而有的膜材则是不透光的。
膜结构精品PPT课件
图9-2-8 拉索的布置
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第九章 膜结构
9.2 充气膜结构
9.2.2 气承式膜结构
日本第1届世界园艺博览会兰花馆太阳馆（圆形建筑）半 径为75米，月亮馆（弧形建筑）最大跨度为40米。
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第九章 膜结构
9.2 充气膜结构
9.2.2 气承式膜结构
图9-2-10 第一穹顶平面及立面图 图9-2-11 第二穹顶平面图
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第九章 膜结构
9.2 充气膜结构
9.2.2 气承式膜结构
气承式膜结构是通过鼓风系统向建筑物内充气， 使室内外保持一定的压力差，并产生一定的预张 应力，以保证体系的刚度，使覆盖膜撑起 。
膜与地面采用沙包或锚固索固定。
图9-2-7气承式膜结构
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第九章 膜结构
9.2 充气膜结构
9.2.2 气承式膜结构
基层为纤维编织物：受力结构 附着于基层上的涂层：密实、保护基层作用外，还有防火、 防潮、透光 ❖ 常用膜材类别： 第1类，聚酯纤性织物加聚氯乙烯（PVC）涂层 第2类，无机材料织物加聚四氯乙烯（PTFE）涂层 第3类，改进PVC膜材 第4类，ETFE膜材，号称软玻璃、塑料王
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第九章 膜结构
9.1 概述
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第九章 膜结构
9.1 概述
9.1.1膜结构的特点
使用范围广、可拆卸、易运输。适用于广阔的地域，拆 卸安装时间短。
总之：膜结构建筑外观飘逸，空间开阔灵秀、结构轻盈、 透光阻燃、经久自洁、安装快捷、节能降耗、造价适中、 维修简便。由于膜材造型运用很灵活，尤其使大跨距的 建筑，特别能突显设计者的创意及设计要求。在奥运会、 世博会等大型建设工程中，已经大显身手。
9.1.2薄膜材料的组成和分类
大跨结构第五章膜结构
第1节 膜结构分类和优缺点
第5章 膜结构
第1节 膜结构分类和优缺点
第5章 膜结构
*以上所见也被称为预应力薄膜结构,其受力和索网结构相似； *必须有预应力的存在才能建立结构的刚度； *一般是具有负高斯曲率的曲面； *边界可以是刚性构件，也可以是柔性构件。
2. 充气薄膜结构
充气薄膜结构是依靠薄膜内外空气压力差来承受外部荷载的结 构，按照空气压力的大小，分为低压体系和高压体系两种。 1）低压体系 空气压力差为10—100mm 水柱。
第2节 薄膜结构的基本方程
第5章 膜结构
2.
物理方程
薄膜一般采用正交异性的物理模式：
T1 T2 T2 T1 T12 1 v2 , 2 v1 , 12 E1 E2 E2 E1 E12
3.
几何方程
1 u v A1 w 1 A1 A1 A2 R1 1 v u A2 w 2 A1 A1 A2 R2 u v A1 A1 A2 A2 12 A2 A1
第1节 膜结构分类和优缺点
第5章 膜结构
第1节 膜结构分类和优缺点
第5章 膜结构
*有正压体系和负压体系。正压体系是凸曲面，而负压体 系是凹曲面的。 a. 单层薄膜充气结构（气承式薄膜充气结构）； 一般是两道门，为了不漏气。 b. 双层薄膜充气结构 在两层薄膜间充气（正压体系）或抽气（负压体 系），也被称为‘气垫结构’； c. 附加支承体系 为了分担薄膜的拉力，减少膜内力，可用各种附加 支承结构，如点式，附加线式（薄膜肋，钢索，梁和 拱等），主要的目的是为了减少膜内力。点式，附加 线式，薄膜肋。
在小变形的条件下，薄膜的几何方程为：
世界十大膜结构案例
世界十大膜结构案例
膜结构是一种轻型建筑结构，以薄膜材料覆盖在支撑框架上而成，具有轻巧，灵活，造型多样等特点。
以下是一些世界著名的膜结构案例。
北京国家体育场，中国北京：2008年北京奥运会主体育场，采用了特殊的膜结构，由两层网状钢构成，外观独特，被称为鸟巢。
温布利大球场，英国伦敦：这个球场进行了翻新，新设计中采用了膜结构，具有圆顶形状，作为世界著名的体育场之一。
阿布扎比海洋馆，阿拉伯联合酋长国阿布扎比：采用了独特的膜结构设计，建筑外观仿照海洋生物，如鱼类或蛤蜊壳。
索契冬奥会主会场，俄罗斯索契：2014年冬奥会的主体育场，采用了膜结构建造，外观造型独特。
北京大兴国际机场，中国北京：机场采用了大量的膜结构，不仅提供遮阳作用，还为旅客提供了独特的建筑景观。
渥太华国家美术馆，加拿大渥太华：采用膜结构建造，给人以轻盈的感觉，与周围环境融为一体。
威尼斯马可波罗国际机场，意大利威尼斯：机场的部分建筑采用膜结构，使得整体建筑呈现现代感和科技感。
南京青奥体育公园，中国南京：建筑外观以膜结构为主，形成了独特的体育场馆景观。
莫斯科斯巴达克游泳馆，俄罗斯莫斯科：游泳馆外观由膜结构覆盖，造型独特，给人以现代感。
阿联酋迪拜球场，阿拉伯联合酋长国迪拜：这座体育场的屋顶采用了膜结构设计，形成了独特的外观。
这些案例展示了膜结构在全球范围内的广泛应用，不仅在体育场，机场等建筑中得到应用，还在文化建筑，展馆等领域展现出其轻巧灵活的特性。
世博会上的膜结构建筑
世博会上的膜结构建筑膜结构是⼀种融洽⾃然却⼜点缀⾃然的建筑，是⼀种在材料⼒学的功能上最前沿的建筑。
膜结构以性能优良的织物为材料，或是向膜内充⽓，由空⽓压⼒⽀撑膜⾯，或是利⽤柔性钢索或刚性⽀撑结构将⾯绷紧，从⽽形成具有⼀定刚度、能够覆盖⼤跨度空间的结构体系，在建筑造型上能创造出新颖独特的形式。
1膜结构的优越性能膜结构是⼀种由⾼强薄膜材料及加强构件（钢结构或拉索），它通过⼀定⽅式使其内部产⽣⼀定的预张应⼒以形成某种空间形状，可作为覆盖结构并能承受⼀定外荷载的空间结构形式，可以很好地达到⼤跨度、覆盖⼤空间的⽬的。
膜结构建筑表现了⼒的平衡美，是⼀种受⼒最为合理的结构形式。
⽤于膜结构的有两种主要建筑织物，即涂敷聚四氟⼄烯（PTFE ）的玻璃纤维织物和涂敷聚氯⼄烯（PVC ）的聚脂织物。
PTFE 具有强度⾼、半透明、耐⽕不燃以及⾃洁性好的特点。
PTFE 膜材主要应⽤在⼤型体育场馆、展览馆、会议厅、机场候机厅等对⼤空间有需求的建筑。
PVC聚脂织物与玻璃纤维织物相⽐，其强度等性能稍差，使⽤年限也较短，但价格却较便宜。
为了改进其性能，可以在涂层外再加⼀个⾯层，成为聚氟⼄烯（PVF ）或聚偏氟⼄烯（PVDF ）。
这种⾯层能保护织物抵抗紫外线的侵蚀，并改进其⾃洁性。
PVC 膜材主要应⽤于景观建筑、街景⼩品等构筑物［1］。
近年来⼀种新兴膜结构材料，⼄烯⼀四氟⼄烯共聚物（ETFE ），在国内⼤型和重点⼯程等尖端领域中开始被⼴泛应⽤。
它不仅具有优良的抗冲击性能、电性能、热稳定性和耐化学腐蚀性，⽽且机械强度⾼、加⼯性能好。
由ETFE 制成的膜材替代传统的玻璃和其它⾼分⼦采光板、PTFE 膜材料等⽤于⼤型建筑物的屋⾯或墙体材料，显⽰出⽆可⽐拟的优势。
ETFE 膜为现代建筑提供了⼀个创新解决⽅案。
由这种膜材制成的屋⾯和墙体，重量⼩，只有同等⼤⼩玻璃重量的1%；韧性好、抗拉强度⾼、不易被撕裂，延展性⼤于400%；耐⽕性和耐化学腐蚀性强，熔融温度⾼达200℃，并且不会⾃燃。
注册建筑师考试-建筑结构-膜结构
119.8 m
• 3、亚特兰大体育馆：双曲抛物线全张力穹顶，椭圆形 平面240.79*192.02m
• 一、膜结构
• 膜是一种张力结构：1由柔软织物为膜材、内部充气支 承膜面，2利用钢索为膜施加张力、从而形成具有一定 刚度、能够覆盖大空间的结构体系
• 1、气乘式膜以室内超压空气压力支承膜材
• 2、气肋式膜结构是充气于特定形状的封闭气囊内，使 之形成具有一ห้องสมุดไป่ตู้刚度的结构
• 3、混合充气索膜结构将轮式索结构与双层充气膜结构 结合在一起，形成安全度极高的穹顶结构
• 1970年大阪万国博览会的美国馆充气式结构（临时建 筑），同时参展的富士馆是气肋式膜结构（图5）
• 实例：
• 1、伦敦千喜穹顶（Millennium Dome）, 位于泰晤士河 畔的格林威治半岛上，造价12.5亿美圆，占地73公顷， 8 万平米，直经320m, 周长1000m，有12 根100米的桅 杆，屋盖采用圆球形张力膜，自支承在72 根辐射状钢 索（2Φ32）上，钢索由间距25m 的斜拉索与系索为桅 扛支撑，吊索与系索同时对桅扛起稳定作用，另外还 有四圈索桁架将钢索连成网状
• 1997年沙捞越体育馆（图10）
• 三）张拉膜结构（Tensioned Membrane Structure)
• 依靠膜自身的张力与支撑杆和拉索共同作用构成的结 构体系，俗称帐篷结构。
• 美国丹佛机场大楼两排17根柱子支承的帐篷，55*274.4 米，外加两侧12*274.4m的廊蓬
• 沙特利雅德体育馆看台张拉膜结构挑蓬
• 索穹顶结构 • 索穹顶结构是一种特殊的索-膜结构、结构效率极高的
全张力结构，其特点：
陕西球场膜结构工程案例
陕西球场膜结构工程案例
陕西球场膜结构工程案例有：
1. 西安奥体中心主球场：西安奥体中心主球场是一座现代化多功能体育场，采用膜结构设计，整体呈现出一种轻盈、时尚的感觉。
球场的膜材料选用了高强度的聚酯纤维材料，可以有效防止日晒、雨水的侵蚀，并具有良好的透光性和隔热性能。
2. 宝鸡市体育馆：宝鸡市体育馆是一座集体育比赛、展览、演出等多功能于一体的综合性场馆。
膜结构工程在体育馆的屋面设计中起到了关键的作用，不仅增加了建筑的美观性，还提供了良好的采光和通风环境。
该项目采用了双曲面膜结构设计，结合了高强度钢结构，使整个建筑给人以轻盈、流动的感觉。
3. 西安市曲江国际会展中心：曲江国际会展中心是一座集会议、展览、商务、娱乐于一体的综合性场馆。
膜结构工程在该建筑的屋面设计中发挥了重要的作用，不仅使整个建筑外观独特，而且能够在阳光下呈现出不同的色彩效果。
膜结构材料选用了PVDF膜材料，具有良好的耐候性和耐高温性能。
这些案例展示了陕西地区在膜结构工程设计方面的不断创新和发展，为该地区的体育场馆和会展中心提供了创造性的解决方案。
陕西球场膜结构工程案例
陕西球场膜结构工程案例陕西是中国的西北省份，拥有丰富的历史和文化遗产。
在陕西，有许多著名的建筑和工程项目。
其中，球场膜结构工程是一项具有代表性的工程项目。
以下是10个陕西球场膜结构工程案例的描述。
1. 西安奥体中心主球场：西安奥体中心是陕西省最大的体育场馆之一，主球场的膜结构设计独特，采用了先进的材料和技术，能够有效地抵御风雨和其他自然灾害。
2. 西安曲江国际网球中心：这个网球中心拥有多个膜结构的球场，每个球场都采用了不同的形状和设计，为球员和观众提供了独特的体验。
3. 西安体育学院附属体育场：这个体育场是陕西省一所著名体育学院的附属场馆，球场的膜结构设计简洁大方，为学生提供了一个理想的训练和比赛场所。
4. 咸阳体育中心：咸阳体育中心是陕西省的一个多功能体育场馆，其中包括一个膜结构的室内体育馆，可以用于举办各种体育比赛和活动。
5. 铜川市体育中心：铜川市体育中心是该市的一个重要体育场馆，其中包括一个膜结构的游泳馆，提供了一个舒适和安全的环境，供游泳爱好者使用。
6. 宝鸡市体育中心：宝鸡市体育中心是宝鸡市的一个综合性体育场馆，其中包括一个膜结构的篮球馆，为篮球爱好者提供了一个优质的比赛和训练场所。
7. 汉中市体育中心：汉中市体育中心是汉中市的一个重要体育场馆，其中包括一个膜结构的羽毛球馆，为羽毛球运动员提供了一个优质的比赛和训练场所。
8. 渭南市体育中心：渭南市体育中心是渭南市的一个综合性体育场馆，其中包括一个膜结构的网球馆，为网球爱好者提供了一个舒适和安全的比赛和训练场所。
9. 安康市体育中心：安康市体育中心是安康市的一个重要体育场馆，其中包括一个膜结构的足球馆，为足球爱好者提供了一个优质的比赛和训练场所。
10. 商洛市体育中心：商洛市体育中心是商洛市的一个综合性体育场馆，其中包括一个膜结构的乒乓球馆，为乒乓球运动员提供了一个舒适和安全的比赛和训练场所。
这些陕西球场膜结构工程案例展示了陕西省在体育设施建设方面的丰富经验和创新能力。
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10
考虑到看台挑篷为开敞式结构，其上下表面均受 到风荷载的作用，所以在模型上下表面均布置了 测压点。 选取15m/s、20m/s、25m/s三种实验风速，模拟B 类地貌，近地湍流度>10%。 试验中，模型固定在试验段底板的转盘上，每隔 15°测一次，根据模型对称性，可得到0~90°范 围内7个风向下的模型上下表面风压值。 各测点的无量纲风压分布系数为：
8
★ 两项主要技术措施：
增加了一套完全独立于膜单元的拉索体系 在每个桅杆的顶端还设有三根拉索，其中两根 与看台相连，一根与中央内环相连；另外设环向 拉索将34根桅杆的顶点连成一体。
9
2. 风洞试验
鉴于该挑篷结构外形复杂，且威海又是沿海强风 多发地区，故在设计前对其可能遭受的风荷载进 行系统的风洞模拟实验，是十分必要的。 试验在某大气边界层风洞中进行。模型几何缩尺 为1:200。
-0.7 -0.3 -0 .2 .0 -0
0°风向
-0
30°风向
0.5
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3 -0.
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60°风向
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P 0.6 0.5 0.3 0.1 -0.0 -0.2 -0.3 -0.5 -0.7 -0.8
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2
体育场看台挑篷由34个连在一起的形状渐变的单桅杆 伞形膜结构单元组成。 挑篷水平投影呈椭圆形，外围轮廓尺寸237×209m， 内环尺寸205×143m，覆盖面积约25000m2。
3
挑篷整体呈马鞍形分布，东西（椭圆短轴方向）两端 高，南北（椭圆长轴方向）两端低。最高处桅杆顶标 高40m，最低处桅杆顶标高23m。
24
此外为防止提升过程中因塔架基础不均匀下沉、 突遇横向风引起晃动等因素导致塔架的不稳定， 另设置防支架倒塌的安全钢绞线索。 索的上端与桅杆顶连接，下端与内环钢管连接， 在提升过程中钢绞线在吊重的牵引下保持收紧状 态。 经计算表明，每一斜拉点最大的斜向拉力为200kN 左右，两根钢绞线的合计承载力约500kN，有一定 的安全储备。
0.1
-0.8 -0.3 0.1 -0.7
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.2
-0
.2
12
小结
迎风一侧的伞单元所受的风荷载较大，且单元内 的风压变化梯度较大；而背风一侧由于受到迎风 侧膜单元的阻碍，来流的流速有所降低，所以风 压值较小，且单元内的风压变化梯度相对平缓。 正压区主要出现在迎风侧单元的迎风面上，最大 正风压分布系数约为1.2左右，30°风向下的正压 区面积最大，90°风向角下的正压区面积最小。 模型的绝大部分表面承受风吸力的作用，平均负 压值约为-0.4左右，主要位于靠近中央内环的膜 表面上。
4
最大膜单元位于东西两端，悬挑长度约30m；最小膜 单元位于南北两端，悬挑长度约17m。
5
膜单元由桅杆、脊索、谷索、边索和薄膜等构件组 成。
6
中央内环是由椭圆柱面和鞍形曲面相交形成的空间曲 线，从受力上看属浮动拉环，它是连接各膜单元协同工 作的重要构件，直接关系到整个全张拉体系的成形。
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★ 两项主要技术措施：
1 2 C pi = ( Pi − P∞ ) / ρv 2
11
-0.3
3
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.1 0 0.5
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4. 施工安装
本工程施工的主要难点在于： ① 中央内环的现场成形和吊装就位； ② 由于拉索的预张力与中央内环的形状是相互 影响的，因此在施工中必须对内环与前后拉索的 初始预张力进行监控，以保证整个结构体系按要 求成形。
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针对上述问题，制定具体施工方案如下：
（1）中央内环的地面组对拼装 内环在工厂预制后，分段运至施工现场，在设 计的提升点依设计线形搭设拼装胎架，对内环钢 管组对拼装焊接成形。 （2）桅杆安装 在地面进行桅杆钢管的组对拼装和桅杆顶端的 索头连接，然后对桅杆进行单点提升，将桅杆底 端与支座销接；将后拉索牵拉至看台混凝土斜梁 的锚固点上，与固定耳板进行销接固定；前索用 缆风绳固定，并将桅杆间的环向拉索销接，以保 证桅杆的稳定性。
3 0.. 0 0.2 -0
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挑篷结构的合用钢量仅为22kg/m2， 达到了很好的技术经济指标。
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(1)
(2)
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为保证内环整体提升的同步性，避免内环钢管的 变形过大，施工中将相邻提升点的不同步性控制 在50mm以内。 按照这一标准对内环的整体提升过程进行有限元 模拟。分析结果表明，当某一提升点发生较大位 移时，垂直吊索的拉力由理想状态的146kN增加到 不同步位移的171kN，内环钢管中由于弯矩所增加 的应力仅为0.04Mpa。 可见，由于钢管内环的相对柔性，不同步位移对 结构整体的影响较小。
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（4）膜单元脊索、谷索和边索的安装 在拉索安装后，整体挑篷结构的支承体系已形 成。围绕膜顶环搭设安装支架；安装脊索并将裁 剪热合后的膜块与各脊索连接；将脊索和边索固 定；初步固定各膜单元间的谷索； 按对称循环分布提升膜顶套环的原则对膜施加 预张力。在分布提升过程中，不断地调整相邻桅 杆间的谷索张力，直至各单元膜面张紧，光滑无 褶皱。
14
通过内力组合找出最不利内力情况，确定主要构 件尺寸为：桅杆规格为Φ560×12mm，内环钢管规 格为Φ950×20mm，上下拉索规格为Φ44mm。 膜材选用聚酯织物表面涂覆PVC外加PVDF面层。
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4. 节点设计
柱脚节点
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内环连接节点
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膜顶部节点
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混凝土梁端部连接节点
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3. 结构计算
应用非线性有限元程序对该挑篷膜结构的初始形 态和不同荷载作用下的结构响应进行分析，得到 结构在不同工况下的位移、内力和支座反力。 计算结果表明，风荷载是结构设计的主要控制荷 载；绝大多数构件在0°风向（椭圆短轴方向）下 的内力最大。 中央内环的最大位移10cm，膜最大位移60cm。 以上结果是在对多种不同的索膜分布形式和初始 预张力设定值进行反复试算后的优化方案结果。
6.5 膜结构案例分析
Case Study of Membrane Structures
主讲人：武 岳
哈尔滨工业大学
威海体育场
Weihai Stadium, China, 2002
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1. 工程简介
威海体育场占地面积约40000m2，可容纳观众3万人。 看台为钢混框架结构，看台挑蓬为张拉式膜结构。
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（3）内环的垂直整体提升、就位 首先在场地内沿内环用扣件钢管搭设了18个近 30m高的独立塔架提升平台，然后将18台牵引力为 600kN的YC60型连续提升千斤顶分别安放在提升平 台架顶部，利用垂直吊索对内环进行同步垂直牵 引提升。 在提升至设计安装高度以上约200mm时，逐一 安装前拉索和下拉索，全部完成后，千斤顶同步 回落，使钢管环梁自然绷紧；为了保证内环梁的 形状准确，必要时可对长轴端部的下拉索微调。
将中央内环设计为圆钢管劲性拉环 按照国外一些已建成结构的做法，中央内环 多采用柔性拉索体系。但是考虑到国内在索结构 方面的施工经验远不如钢结构那样丰富，且采用 钢结构将为灯光、音响、马道等附属设备在内环 上的安装带来方便。所以本设计采用大直径圆钢 管作为中央内环。尽管圆钢管的刚度要比索大得 多，但对于如此大的尺度而言（总长550m），内 环仍然是相当柔性的，因此称之为“劲性拉环”。