柔性邊界膜結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)體系設(shè)計

1、支承結(jié)構(gòu)體系自身的穩(wěn)定性

在膜結(jié)構(gòu)中，膜是主要受力構(gòu)件之一。盡管如此，膜結(jié)構(gòu)的支承體系仍應(yīng)滿足其自身穩(wěn)定性的要求。以所示的膜結(jié)構(gòu)為例，為適應(yīng)風(fēng)載作用下的大變形，中間的桅桿底部做成鉸接；雖然在張拉完成后，膜面及其邊索與桅桿可組成結(jié)構(gòu)體系，在桅桿頂部還是設(shè)置適當(dāng)?shù)睦饕员ＷC支承體系自身的穩(wěn)定性。這主要有兩方面的考慮：一是為了在張拉膜面時，支承體系已經(jīng)成型，以方便把握各控制點的空間位置及對膜面實施張拉；二是為了防止萬一發(fā)生膜材撕裂，不至于引起結(jié)構(gòu)整體倒塌的嚴(yán)重事故，更換膜面時施工也比較方便。如受條件所限不設(shè)穩(wěn)定索時，宜將中柱設(shè)計成底部剛接的格構(gòu)柱，確保中柱的穩(wěn)定。

2、水平力的傳遞

在柔性邊界的膜結(jié)構(gòu)中，作用于膜面的荷載會以膜面張力的形式呈現(xiàn)，并主要通過邊界索經(jīng)膜角節(jié)點板傳遞到支承結(jié)構(gòu)或基礎(chǔ)，節(jié)點處的水平力往往很大。設(shè)計中應(yīng)采用合適的構(gòu)造措施以確保水平力的可靠傳遞。雖然膜可以直接拉到地面，但基于使用功能及安全方面的考慮，一般膜的邊角不宜太低，因而常需在四周設(shè)立柱子作為支承點。為避免柱頂水平力在柱腳產(chǎn)生過大的彎矩，可將邊柱的柱腳鉸接，也就是將其做成撐桿，并設(shè)置拉地錨索以傳遞膜角節(jié)點板傳來的作用力。此時，撐桿、錨索的傾角應(yīng)合理設(shè)計，以保證傳力最有效并保證在各種荷載組合下的穩(wěn)定。如因場地所限不能設(shè)置錨索時，可采用組合式邊柱。

3、體系內(nèi)力的自平衡

膜結(jié)構(gòu)是一種張力結(jié)構(gòu)，所有作用于膜面的外部作用都會以膜面張力的增減來體現(xiàn)。在布置膜結(jié)構(gòu)的支承結(jié)構(gòu)體系時，應(yīng)盡可能將其設(shè)計成自平衡體系，以減少膜面張力對下部結(jié)構(gòu)或地基的影響。是為一座人行橋增建的膜結(jié)構(gòu)頂蓋。膜結(jié)構(gòu)覆蓋部分長度為72m。膜面形狀在兩端頭為拱支承，中間為馬鞍形與傘形組合。設(shè)計者利用設(shè)置在橋兩側(cè)的斜桿和水平撐桿，加上兩側(cè)及橋底的不銹鋼拉桿，連同上部的膜面組成一個整體系統(tǒng)，以平衡體系內(nèi)的張力，從而將新建膜結(jié)構(gòu)對原有橋梁的影響減到了最小。

4、結(jié)構(gòu)單元的重復(fù)與組合

利用某種基本外形的結(jié)構(gòu)單元加以組合，是形成大面積的覆蓋空間的行之有效的方法。如覆蓋面達(dá)四十余萬平方米的沙特阿拉伯哈吉機(jī)場膜結(jié)構(gòu)候機(jī)大廳（TheHajTerminal,Jeddah,SaudiArabia,）就是由210個懸掛傘形膜結(jié)構(gòu)單元組合而成；許多體育場的看臺膜結(jié)構(gòu)也是由多個同一結(jié)構(gòu)單元組合而成，如上海八萬人體育場、威海體育場、鄭州航海體育場等。設(shè)計時需注意膜面的熱合線在連接處要對齊，以形成連續(xù)、流暢的視覺效果。