体育场膜结构深化设计方案重点一 膜结构深化设计 根据规划方案文件要求，钢结构主体完成，屋面、墙面幕墙安装之后开始膜结构安装，膜结构施工图深化设计如下。

 　  1 膜裁剪时，膜材经纬向收缩及裁剪设计 由于膜结构各向异性的特点，经向和纬向的伸缩率差异较大，这是膜材的生产工艺造成的。PTFE 膜材的经向伸缩率为 0.3%～0.7%，纬向为 3%～4%。

膜结构深化设计时，考虑膜面裁剪下料、强度和张拉位移。一旦膜材经纬向拼接错误，由于经、纬向伸缩率的不同，张拉后产生褶皱，且无法通过现场施工调整而消除。

  　膜面裁剪设计主要控制膜材接缝两侧受力性能相同，使用膜材裁剪的全自动化系统，设定排版控制程序，主电脑控制裁剪机，实现从设计到裁剪的无缝连接，避免了人工排版可能出现的误操作。

2 膜面接缝的布置 由于膜结构单元都是三角形，最大边长为 42.1m，次构件下槽钢最大间距 11.5m，而膜布的最大幅宽为 3.8～4.0m，需对膜布进行裁剪设计和拼接。

裁剪设计要注意膜面经纬向和接缝性能对建筑外观产生的效果，接缝环向沿次构件下的槽钢长向布置，使接缝均匀连续，外型美观，有良好的建筑效果。  　由于膜的三角单元大小不一，平面夹角也不同，相邻两个三角单元的膜片必然不等宽，为了整体效果，适当考虑增加膜材裁剪损耗，下图为膜片整体拼接示意。  　 膜面拼接轴侧图（虚线为拼缝线，也是膜材经向）

  　 膜面接缝平面图

 3 膜焊接拼接部典型节点 为了确保膜材焊缝的强度，确定典型节点的焊接宽度，我们对膜材搭接的典型节点进行了分组实验。

  　膜焊接拼接部节点

  　膜材焊接部抗拉实验

 　经向抗拉强度(N/5cm) 纬向(N/5cm) 热合宽度 试件 1 试件 2 试件 3 均值 试件 1 试件 2 试件 3 均值 50mm 3123.3 3534.5 3439.8 3369.5 2765.2 2840.4 2873.1 2826.2 由表中实验可以得知，焊缝处的抗拉强度均大于技术要求中的经向 3100N/5cm，纬向2700N/5cm 的强度要求。参照欧美和日本规范对膜结构焊缝的规定，焊缝处的安全系数与本体膜相比，还可放松约 20%。因此焊缝处还有足够的强度储备来满足结构设计要求。

4 防水膜的处理 防水膜安装是在主钢构卸载，屋面阳光板和墙面幕墙及主膜安装之后进行。由于主杆件下方通长布置有加劲板，只能是由下往上仰视安装，操作空间极其有限，膜面绷紧困难，极易造成膜面褶皱，影响建筑外观效果。为此，对原连接节点进行深化。

次杆件膜防水膜由于通长加劲板的限制防水膜操作位置有限 防水膜安装示意图

 设计节点示意图

 防水膜细部节点效果图 深化将防水膜铝夹由拉膜板外侧移到拉膜板内侧，同时将不锈钢螺杆与拉膜板预焊，这样，施工人员可单手伸入主膜内安装防水膜铝夹扣上的螺栓。

5 次杆件槽钢与膜面刚性接触节点处理 原设计膜面与次杆件槽钢的连接节点采用上下铝板夹紧，使用过程中受到室内微风引起的晃动影响，易造成膜面磨损或损坏，影响正常使用年限。

深化设计膜节点

 　次构件支杆膜结构节点轴侧图 深化在膜面上下各设一道 2mm 厚 EPDM 橡胶垫，保证膜材柔性过渡，下方的铝合金压条正好遮挡了膜片接缝，美观实用。

6 杆件 G15 穿越膜面的处理 深化设计过程发现，原设计每个结构单元的 G15 杆件穿越膜面。深化设计在 G15 杆件上增加焊接节点板，这样，膜面可固定到节点板上，而且 G15 杆件下方有马道遮挡，不影响仰视效果，既方便了施工，又保持外形美观。

  　穿膜节点位置示意图 此处钢管 G-15 穿越膜

 　 G15 杆件穿膜节点深化设计效果图

7 主膜连接件及夹具的深化 主膜连接件吊钩和铝夹具为非标五金件，对此连接节点细部深化和计算，处理后的节点效果如下图所示：

  　 主膜连接吊钩及铝夹细部节点效果图

8 节点详图深化 根据原设计节点按实际大小布置膜单元连接板，本次投标已基本完成施工详图设计，为加工、备料、计价提供了依据。各类型节点效果图如下：

边界单侧膜连接节点 谷部膜结构节点轴侧图

谷部膜结构节点仰视图 脊部膜结构节点轴侧图

  　脊部膜结构节点仰视图

  　 二 膜结构深化设计计算书

 1 设计依据 《钢结构设计规范》GB 50017-2003 《建筑结构荷载规范》GB 50009-2001(2006 年版) 《低合金结构钢技术条件》GB1519-94 《膜结构技术规程》CECS 158:2004 《钢结构工程施工质量验收规范》GB50205－2001 《建筑钢结构焊接技术规程》JGJ81-2002 2 结构设计荷载及材料规格

 2.1 恒载 膜材自重：0.010kN/m2 ，恒载以下简称 DL(即 Dead Load)

 2.2 风荷载 按原设计院数据计算，风荷载以下简称 WL (即 windload)

2.3 活荷载 活荷载：0.3 kN/m2 ，以下简称 LL(即 LiveLoad)

 2.4 膜预张力 膜经、纬向均设为 2.5kN/m，其作用包含在恒载之内。  　

2.5 荷载组合

 2.5.1 基本组合 组合 1：1.2DL+1.4LL，以下简称 CA1（case 1），长期荷载；活载均布； 组合 2：0.9DL+1.4WL  　UP，以下简称 CA2，短期荷载；体型系数取-1，均布； 组合 3：1.2DL+1.4WL  　DN，以下简称 CA3，短期荷载；体型系数取＋1，均布； 组合 4：1.2DL+1.4WL  　DN＋1.4×0.7×LL，简称 CA4，短期荷载；

 2.5.2 标准组合 组合 5：1.0DL+1.0LL，以下简称 CA5（case 5），长期荷载； 活载均布 组合 6：1.0DL+1.0WL  　UP，以下简称 CA6，短期荷载； 体型系数取-1，均布 组合 7：1.0DL+1.0WL  　DN，以下简称 CA7，短期荷载； 体型系数取＋1，均布 组合 8：1.0DL＋1.0WL  　DN＋0.7×LL，简称 CA8，短期荷载。  　 3 膜应力表、应力图

3.1 膜面接缝布置方向

  　 膜面环状接缝(虚线、膜材经向)布置图

3.2 各组合膜应力表 根据《膜结构技术规程》

5.3.3 条规定，D 类膜材经向 2800N/3cm (相当于 93.3KN/m)，纬向 2200N/3cm (相当于 73.3KN/m)。

膜材应力表 组合 单元号 最大膜应力（N/m）

抗力系数 膜材应力比 CA1 771 经向 7821 5 经向 0.419  　389 纬向 10391 5 纬向 0.708  　CA2 509 经向 12243 2.5 经向 0.328  　389 纬向 18021 2.5 纬向 0.614  　CA3 509 经向 12537 2.5 经向 0.336  　389 纬向 18021 2.5 纬向 0.614  　CA4 509 经向 14733 2.5 经向 0.395  　389 纬向 21293 2.5 纬向 0.726

4 各组合膜面位移计算

4.1 各组合膜面位移值 根据《膜结构技术规程》

5.3.4 条规定，结构中各膜单元内膜面的相对法向位移，不应大于单元名义尺寸的 1/15。

膜面单元最大跨度 11.15-11.8m 不等，统一取膜单元跨度为 11m 进行验算。  　膜面位移均满足规范要求。

 　4.2 各组合膜面位移图

三 、膜面焊缝布置及裁切片设计 由于招标文件技术条件中特别对膜材的焊缝布置和经纬方向做了明确规定。根据招标文件技术要求，进行了膜材的裁剪深化设计。为了详细表达实际的情况和达到建筑要求的焊缝效果，我们将所有的 260 片膜单元都进行了裁切，并将裁切后的每一片裁切片进行三维拼接，形成膜面焊缝的空间三维模型。这样不仅得到了准确的三维模型，也能够准确控制和计算出膜材的损耗率，为加工、备料控制提供了准确的指导依据。