第08章第二节体育场膜结构深化设计方案28.doc

第二节 膜结构深化设计一 膜结构深化设计根据招标文件要求，钢结构完成卸载，屋面、墙面幕墙安装之后开始膜结构安装，膜结构深化设计如下1 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体育场膜单元裁剪排版示意图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50mm3123.33534.53439.83369.52765.22840.42873.12826.2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 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，又保持外形美观此处钢管G-15穿越膜面 穿膜节点位置示意图 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》JGJ81-20022 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CA1771经向78215经向0.419 389纬向103915纬向0.708 CA2509经向122432.5经向0.328 389纬向180212.5纬向0.614 CA3509经向125372.5经向0.336 389纬向180212.5纬向0.614 CA4509经向147332.5经向0.395 389纬向212932.5纬向0.726 3.3 CA1膜应力 CA1经向应力 CA1纬向应力3.4 CA2膜应力 CA2经向应力 CA2纬向应力3.5 CA3膜应力 CA3经向应力 CA3纬向应力3.6 CA4膜应力 CA4经向应力 CA4纬向应力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进行验算膜面位移组合单元号Dx(cm)Dy(cm)Dz(cm)Dv(cm)单元跨度L(cm)Dv/LCA566711.9-13.8-33.838.411001/29548-6.2-21.3-35.341.711001/26386-6.221.3-35.341.711001/26386-6.221.3-35.341.711001/26CA6845-25.6-9.88.028.511001/39 5488.329.046.155.111001/203868.3-29.046.155.111001/203868.3-29.046.155.111001/20CA784525.79.8-8.128.711001/38548-8.6-29.5-47.056.111001/20386-8.629.5-47.056.111001/20386-8.629.5-47.056.111001/20CA8845269.8-8.329.011001/38548-9.3-31.8-51.661.311001/18386-9.331.8-51.661.311001/18386-9.331.8-51.661.311001/18由上表可知，膜面位移均满足规范要求。

4.2 各组合膜面位移图 CA5膜面位移 CA6膜面位移CA7膜面位移 CA8膜面位移三 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本工程膜结构布置为双轴对称形式，共有20个构造类似的结构单元，取(300)轴-(320)轴结构单元为标准单元示意如下:体育场焊缝布置三面图单个结构单元膜材分布位置示意图体育场膜加工图膜片PANEL01 裁切图膜片PANEL02 裁切图膜片PANEL03 裁切图膜片PANEL04 裁切图膜片PANEL05 裁切图膜片PANEL06 裁切图膜片PANEL07 裁切图膜片PANEL08 裁切图。