體育場膜結構深化設計方案重點一 膜結構深化設計 根據(jù)規(guī)劃方案文件要求，鋼結構主體完成，屋面、墻面幕墻安裝之后開始膜結構安裝，膜結構施工圖深化設計如下。

 　  1 膜裁剪時，膜材經緯向收縮及裁剪設計 由于膜結構各向異性的特點，經向和緯向的伸縮率差異較大，這是膜材的生產工藝造成的。PTFE 膜材的經向伸縮率為 0.3%～0.7%，緯向為 3%～4%。

膜結構深化設計時，考慮膜面裁剪下料、強度和張拉位移。一旦膜材經緯向拼接錯誤，由于經、緯向伸縮率的不同，張拉后產生褶皺，且無法通過現(xiàn)場施工調整而消除。

  　膜面裁剪設計主要控制膜材接縫兩側受力性能相同，使用膜材裁剪的全自動化系統(tǒng)，設定排版控制程序，主電腦控制裁剪機，實現(xiàn)從設計到裁剪的無縫連接，避免了人工排版可能出現(xiàn)的誤操作。

2 膜面接縫的布置 由于膜結構單元都是三角形，最大邊長為 42.1m，次構件下槽鋼最大間距 11.5m，而膜布的最大幅寬為 3.8～4.0m，需對膜布進行裁剪設計和拼接。

裁剪設計要注意膜面經緯向和接縫性能對建筑外觀產生的效果，接縫環(huán)向沿次構件下的槽鋼長向布置，使接縫均勻連續(xù)，外型美觀，有良好的建筑效果。  　由于膜的三角單元大小不一，平面夾角也不同，相鄰兩個三角單元的膜片必然不等寬，為了整體效果，適當考慮增加膜材裁剪損耗，下圖為膜片整體拼接示意。  　 膜面拼接軸側圖（虛線為拼縫線，也是膜材經向）

  　 膜面接縫平面圖

 3 膜焊接拼接部典型節(jié)點 為了確保膜材焊縫的強度，確定典型節(jié)點的焊接寬度，我們對膜材搭接的典型節(jié)點進行了分組實驗。

  　膜焊接拼接部節(jié)點

  　膜材焊接部抗拉實驗

 　經向抗拉強度(N/5cm) 緯向(N/5cm) 熱合寬度 試件 1 試件 2 試件 3 均值 試件 1 試件 2 試件 3 均值 50mm 3123.3 3534.5 3439.8 3369.5 2765.2 2840.4 2873.1 2826.2 由表中實驗可以得知，焊縫處的抗拉強度均大于技術要求中的經向 3100N/5cm，緯向2700N/5cm 的強度要求。參照歐美和日本規(guī)范對膜結構焊縫的規(guī)定，焊縫處的安全系數(shù)與本體膜相比，還可放松約 20%。因此焊縫處還有足夠的強度儲備來滿足結構設計要求。

4 防水膜的處理 防水膜安裝是在主鋼構卸載，屋面陽光板和墻面幕墻及主膜安裝之后進行。由于主桿件下方通長布置有加勁板，只能是由下往上仰視安裝，操作空間極其有限，膜面繃緊困難，極易造成膜面褶皺，影響建筑外觀效果。為此，對原連接節(jié)點進行深化。

次桿件膜防水膜由于通長加勁板的限制防水膜操作位置有限 防水膜安裝示意圖

 設計節(jié)點示意圖

 防水膜細部節(jié)點效果圖 深化將防水膜鋁夾由拉膜板外側移到拉膜板內側，同時將不銹鋼螺桿與拉膜板預焊，這樣，施工人員可單手伸入主膜內安裝防水膜鋁夾扣上的螺栓。

5 次桿件槽鋼與膜面剛性接觸節(jié)點處理 原設計膜面與次桿件槽鋼的連接節(jié)點采用上下鋁板夾緊，使用過程中受到室內微風引起的晃動影響，易造成膜面磨損或損壞，影響正常使用年限。

深化設計膜節(jié)點

 　次構件支桿膜結構節(jié)點軸側圖 深化在膜面上下各設一道 2mm 厚 EPDM 橡膠墊，保證膜材柔性過渡，下方的鋁合金壓條正好遮擋了膜片接縫，美觀實用。

6 桿件 G15 穿越膜面的處理 深化設計過程發(fā)現(xiàn)，原設計每個結構單元的 G15 桿件穿越膜面。深化設計在 G15 桿件上增加焊接節(jié)點板，這樣，膜面可固定到節(jié)點板上，而且 G15 桿件下方有馬道遮擋，不影響仰視效果，既方便了施工，又保持外形美觀。

  　穿膜節(jié)點位置示意圖 此處鋼管 G-15 穿越膜

 　 G15 桿件穿膜節(jié)點深化設計效果圖

7 主膜連接件及夾具的深化 主膜連接件吊鉤和鋁夾具為非標五金件，對此連接節(jié)點細部深化和計算，處理后的節(jié)點效果如下圖所示：

  　 主膜連接吊鉤及鋁夾細部節(jié)點效果圖

8 節(jié)點詳圖深化 根據(jù)原設計節(jié)點按實際大小布置膜單元連接板，本次投標已基本完成施工詳圖設計，為加工、備料、計價提供了依據(jù)。各類型節(jié)點效果圖如下：

邊界單側膜連接節(jié)點 谷部膜結構節(jié)點軸側圖

谷部膜結構節(jié)點仰視圖 脊部膜結構節(jié)點軸側圖

  　脊部膜結構節(jié)點仰視圖

  　 二 膜結構深化設計計算書

 1 設計依據(jù) 《鋼結構設計規(guī)范》GB 50017-2003 《建筑結構荷載規(guī)范》GB 50009-2001(2006 年版) 《低合金結構鋼技術條件》GB1519-94 《膜結構技術規(guī)程》CECS 158:2004 《鋼結構工程施工質量驗收規(guī)范》GB50205－2001 《建筑鋼結構焊接技術規(guī)程》JGJ81-2002 2 結構設計荷載及材料規(guī)格

 2.1 恒載 膜材自重：0.010kN/m2 ，恒載以下簡稱 DL(即 Dead Load)

 2.2 風荷載 按原設計院數(shù)據(jù)計算，風荷載以下簡稱 WL (即 windload)

2.3 活荷載 活荷載：0.3 kN/m2 ，以下簡稱 LL(即 LiveLoad)

 2.4 膜預張力 膜經、緯向均設為 2.5kN/m，其作用包含在恒載之內。  　

2.5 荷載組合

 2.5.1 基本組合 組合 1：1.2DL+1.4LL，以下簡稱 CA1（case 1），長期荷載；活載均布； 組合 2：0.9DL+1.4WL  　UP，以下簡稱 CA2，短期荷載；體型系數(shù)取-1，均布； 組合 3：1.2DL+1.4WL  　DN，以下簡稱 CA3，短期荷載；體型系數(shù)?。?/span>1，均布； 組合 4：1.2DL+1.4WL  　DN＋1.4×0.7×LL，簡稱 CA4，短期荷載；

 2.5.2 標準組合 組合 5：1.0DL+1.0LL，以下簡稱 CA5（case 5），長期荷載； 活載均布 組合 6：1.0DL+1.0WL  　UP，以下簡稱 CA6，短期荷載； 體型系數(shù)取-1，均布 組合 7：1.0DL+1.0WL  　DN，以下簡稱 CA7，短期荷載； 體型系數(shù)取＋1，均布 組合 8：1.0DL＋1.0WL  　DN＋0.7×LL，簡稱 CA8，短期荷載。  　 3 膜應力表、應力圖

3.1 膜面接縫布置方向

  　 膜面環(huán)狀接縫(虛線、膜材經向)布置圖

3.2 各組合膜應力表 根據(jù)《膜結構技術規(guī)程》

5.3.3 條規(guī)定，D 類膜材經向 2800N/3cm (相當于 93.3KN/m)，緯向 2200N/3cm (相當于 73.3KN/m)。

膜材應力表 組合 單元號 最大膜應力（N/m）

抗力系數(shù) 膜材應力比 CA1 771 經向 7821 5 經向 0.419  　389 緯向 10391 5 緯向 0.708  　CA2 509 經向 12243 2.5 經向 0.328  　389 緯向 18021 2.5 緯向 0.614  　CA3 509 經向 12537 2.5 經向 0.336  　389 緯向 18021 2.5 緯向 0.614  　CA4 509 經向 14733 2.5 經向 0.395  　389 緯向 21293 2.5 緯向 0.726

4 各組合膜面位移計算

4.1 各組合膜面位移值 根據(jù)《膜結構技術規(guī)程》

5.3.4 條規(guī)定，結構中各膜單元內膜面的相對法向位移，不應大于單元名義尺寸的 1/15。

膜面單元最大跨度 11.15-11.8m 不等，統(tǒng)一取膜單元跨度為 11m 進行驗算。  　膜面位移均滿足規(guī)范要求。

 　4.2 各組合膜面位移圖

三 、膜面焊縫布置及裁切片設計 由于招標文件技術條件中特別對膜材的焊縫布置和經緯方向做了明確規(guī)定。根據(jù)招標文件技術要求，進行了膜材的裁剪深化設計。為了詳細表達實際的情況和達到建筑要求的焊縫效果，我們將所有的 260 片膜單元都進行了裁切，并將裁切后的每一片裁切片進行三維拼接，形成膜面焊縫的空間三維模型。這樣不僅得到了準確的三維模型，也能夠準確控制和計算出膜材的損耗率，為加工、備料控制提供了準確的指導依據(jù)。