国外膜结构的应用与研究 (一)

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     膜结构是以某种形式的蒙皮和其他骨架或绳索构件相结合、组成一个建筑物或构筑物。基于膜结构造型自由、轻巧等特点，近年来膜结构在国内外得到广泛应用。在中国，最著名的膜结构工程当属“水立方”。北京工业大学空间结构研究中心主任、中国钢结构协会空间结构分会理事长张毅刚围绕韩国丽水世博会、英国伦敦奥运会、2014年巴西世界杯的膜结构工程，收集并整理了其中较有特点的工程、项目以及关于膜结构的研究，从中可以看出膜结构的发展趋势。本报将分5次连载张毅刚撰写的《国外膜结构的应用与研究》，敬请关注。——编者

    一、大型工程应用如火如荼

     1.张拉式膜结构

     美国休斯顿米切尔表演艺术中心是HorstBerger的收官之作，是典型的张拉式膜结构。1990年建成的该项目仅3000席位，2009年5月经过改扩建，达到6000个席位。

    沙特阿拉伯麦加DoKEEP大厦（见下图）7栋大楼顶的连体帐篷结构总面积1.5万平方米，帐篷里包含私人房间、酒店设施及食肆等，是典型的张拉式膜结构。这样成片的高层楼顶应用张拉式膜结构还很少见，工程难度主要是在300米高空的安装。

    2.骨架支承式膜结构

    巴西萨尔瓦多的新水源球场（见下图），建于1951年。为迎接巴西世界杯进行改建成5.6万个座位，其屋面采用2.8万平方米的PTFE膜材。

    巴西东南部贝洛奥里藏特的米内罗球场（Mineirao）建于1965年。此次翻新改建为66805个座位，屋面采用1.3万平方米TiO2/PTFE膜材。

    巴西2014年世界杯在建足球场的报道不多，从收集到的资料看还有翻新改建的里约热内卢87101座的马拉卡纳球场（Maracana）和巴西南方阿雷格里港50287座的何塞·皮涅罗河滨竞技场（见下图）也采用了膜结构。

    韩国晋州体育场采用悬挑桁架加拱形檩条支承膜覆盖。该体育场2010年6月韩国全国运动会时建成，可容纳2万人。该工程的特点是采用了3种膜材：膜屋面包括72个单元，内部屋顶（田径场侧）采用半透明TS——PTFE膜；主屋面（看台）采用PTFE膜；墙面采用PTFE网格膜以便通风和声音吸收。

     3.索系支承式膜结构

    伦敦奥林匹克体育场在奥运和残奥期间是8万座位的体育场，赛后转换成一个2.5万座位的体育场。人字形柱支承外压缩环桁架，内张力环采用索，其间辐射布置双层径向索形成索网，上覆112片PVC膜材张紧形成罩蓬，是典型的索系支承式膜结构。灯塔A形柱立在内张力环主索上，设后稳定索和环向稳定索。

    阿根廷拉普拉塔足球场（右图）2003年开放使用，当时已完成屋面环梁。平面为两个相交的85米半径的圆圈，中心距48米，提供两个足球俱乐部分享，故称“双星穹顶”，5.3万座席。

     2009年启动穹顶的建设，周边压缩环采用三角形钢桁架 宽9米、高13米），每侧通过泰氟龙滑动轴承释放支承的径向位移，以减小温度应力。索穹顶上弦径向索联方形布置，第一环增加了径向索，下弦三道环向索。索定长，用两个临时塔架，逐环安装，屋面覆盖PTFE。由于常用的PTFE只有16%的透明度，不足以确保天然草生长，首次采用新膜材UltraLUX，透明度为24%，但拉伸强度171千克/厘米，略低5%。已完成两个外圈屋面的覆盖，2011年2月进行了2011年美洲杯的揭幕战。