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膜结构工程：新型膜结构的应用技术研究
发布日期：2012-11-15 信息来源：新天空间当前，以网架和网壳为代表的空间结构继续大量发展，不仅用于民用建筑，而且用于工业厂房(开发区工业厂房、烟草行业厂房等)、机库、候机楼、体育馆、展览中心、大剧院、博物馆等，在使用范围、结构形式、安装施工工法等方面均具有中国建筑结构的特色。采用圆钢管、矩形钢管制作空间衍架、拱架及料拉网架结构，加上波浪形屋面，成为各地新颖和富有现代特色的标志性建筑。
美国的yee.alfred.a先生1991年5月研制成一种大跨度后张法钢/混凝土桁架及其建造技术。该钢/混凝土桁架顶部的弦条，包括顶部的后张力钢丝束及桁架底部的弦条，均带有混凝土包覆，以达到增强的目的。建造时先竖立带临时钢脚架的轻结构钢桁架，并使之与支撑模板拉紧，并用模板代替增强的钢结构与钢丝束，然后浇注混凝土，对混凝土桁架顶部和底部的加强弦及顶部的后张力钢丝束进行包覆，使后张力钢丝束能提供***大的负荷支撑能力。该发明提供的大跨度后张法钢/混凝土桁架及其建造技术，适用于诸如桥梁、大型运动场、会议厅以及包括单跨或连续多跨的繁忙的高速公路或水道桥梁等场合。
日本的nikken sekkei等单位1997年2月建造了大坂穹顶多功能体育馆。可容纳44000—55000座位，沿穹顶周边设计了波浪形的通道，建筑设计概念是可允许按不同使用要求有不同室内空间，且可对不同项目调整相应的场地、座位和吊顶高度。其外形为二种：即中心穹顶为球面，外围穹顶为圆锥面，球面和圆锥面在均匀竖向荷载下，结构构件以受压为主，结构变形较小，受力状态较合理。外围环状圆锥面壳的主结构采用36个相连的斜放y形钢梁与y形顶部受压环梁一起组成，中心壳与为外环壳的连接处为受压钢环梁，y形钢梁根部与看台顶部形成铰接支座，其计算跨度为134m。
gakenaka集团1997年2月建造的名古屋穹顶是一个多用途的体育馆，当用于垒球赛时可容纳40500观众，采用球面形单层钢网壳结构，中心网壳，跨度187.3m,是目前世界上***大单层钢网壳，网壳矢高为32.95m，矢跨比为1／5．68。网壳支承在36m高的钢筋混凝土看台结构的拉环上。网壳杆件由ф650(t＝19mm-28mm)钢管制作，对于拉环为ф950(t＝50mm)的钢管，所有节点将承受多方向的轴力和六个方向弯矩。
日本kawasaki公司和shimizu公司在1989年开发了一种被称为“超级翅膀”的大跨度膜结构系统。该系统的预应力钢桁架和滑动建造的方法得到了采纳。在开发该系统期间，对一完整规模的100米跨度的模型进行测试。在预应力阶段和滑动方法的实施时均对预应力钢桁架结构行为进行了观察。并对预应力绞合的释放和预应力固定的结构行为进行了实验性研究。对大跨度结构的风压系统进行研究的结果表明，通过使用一个通风隧道“超级翅膀”作为一个结构设计概念和建造方法是成功的。
加拿大waterloo大学民用工程系的lei xu等人介绍了用一种遗传算法对大跨度主梁桁架系统进行初步设计的情况。作者认为：首先，要确定一个桁架系统设计效率的关键参数，然后简化建立的设计模型，***后用遗传算法优化设计参数。文献以北美两个运动场计划作为设计例子，证明了该方法是一种大跨度主梁桁架系统设计有效而实际的方法。
国内对大跨度膜结构的研究开发发展很快。近几年新建的许多体育场馆、会展中心等工程均采用大跨度膜结构建造。
长春体育馆工程是国内***大的钢网壳工程，跨度大，结构新颖美观、体型复杂，使用大截面方钢管及节点在国内是首次应用，拱腿构件全部外露，温差影响大，设计中有不少难题。文中介绍了网壳结构选型、拱架与外墙柱连接、节点设计、节点荷载试验、风洞试验、经济指标。网壳屋脊拱架跨度(长向)191.682m，径向拱架跨度(短向)146m，落地矢高40.67m(至拱架中心)，拱架矢高与跨度比为1：3.58，拱架厚度2.8m，厚度与跨度比为1：52。径向拱架间距约3.4-11m，环向桁架间距约6—9m，网格尺寸较大。网壳采用双向斜交径向拱架，沿长轴的屋脊处，设屋脊拱架，以便与径向拱架连接。另设环向、斜向格架，作为相互支撑形成空间整体桁架式网壳。
武汉国际会展中心主楼长237、5m(纵向)，宽64m(横向)，地上5层，地下1层，建筑面积约8万m2，框架结构。它集大型展览、会议于一体，建筑及结构布置均极为复杂，结构方面尤其以具有特大跨度并同时承受极大活载而***具特色。主楼结构构件种类较多，其中有特大跨度钢桁架、大跨度钢挑檐、钢网架等钢结构、大截面且连接复杂的钢骨结构、大跨度预应力结构、钢筋混凝土结构。其跨度为59.5m。具有较小竖向刚度的上部空间钢桁架的设计和安装，该钢桁架的节点及桁架支撑体系的设计均具独特性，而所采用的自重达230t空间钢桁架的整装方法更是国内首创。
华南理工大学的王仕统先生于2003年一文提出了衡量大跨度空间结构(l＞60m)优劣的五个指标。根据我国的技术经济政策，即技术先进、安全适用、经济合理、确保质量，作者提出衡量大跨度空间结构优劣的五个指标：(1)材料强度充分发挥；(2)基础推(拉)力h合理处理(3)施工安装费少；(4)跨度大；(5)结构的艺术作用。