膜结构分析

庆贺刘锡良教授执教５０周年

天津规划展览馆结构方案设计

陈志华王小盾康文江

天津大学建筑工程学院土木系天津３０００７２）陈珍华河北省国防工业建筑公司石家庄０５００００

摘要：本文结合天津规划展览馆的充气膜结构工程设计实蜘，详细介绍了气承式气膜结构的结构特点和进型，方案优

化，分析计算及节点设计等有关问题．提出了独特的单元体系和具有创新性的类充气膜结构方案。

关键词：充气膜结构结构选型方案优化节点设计类充气膜结构

一、方案优化及确定

天津市规划展览馆拟建于天津市友谊路与宾水道的交口，该地块临近水晶宫饭店和国际展览中心，是比较繁华的商贸区和文化交流区域，地理位置比较重要。

在考虑规划展览馆设计方案时，着重考虑环境设计，形体处理力求新奇并与周围环境相协调。同时在结构上考虑膜结构这种先进的结构形式，力求作到此展馆在展示天津城市规划的历史，现在，未来的发展成果的同时，又为天津总体规划新舔一景观，使其成为天津市具有标志性和代表性的建筑物。

此建筑为半永久性建筑，使用年限暂定为５至７年，计划建筑面积约４５６０ｍ２。结构方案是单层充气膜结构方案，将主体建筑分为两个规则半球面体，中间以高耸标志物为交通联系。半球面体采用流线性外轮廓，形式优美，体量完整，轻盈而欢快的同时又不失稳重。采用了充气膜结构的建筑与传统的建筑结构相比有以下多方面的优越性：

１建筑造型新颖。完全突破了传统结构的建筑模式，富有时代气息，其优美柔和的自然形状和自然景色融为～体，为美化环境提供了无限的可能性。

２．结构自重轻。膜材重量约为５００至１５００９／ｍ２，是传统大跨度屋盖材料的１／１０到１／３０。在结构计算中引起的应力和位移十分小，抗震性能非常好，可忽略地震作用的影响，可以建成跨度很大的结构。

３．施工速度快。膜材的加工均可在工厂预先进行，在施工现场只是安装就位，所以安装和拆卸都极为方便，重量轻，运输方便，施工设备简单，现场工作量小，因而施工速度极快。

４．使用安全。膜材料不助燃，属于熄火自灭性材料，在火灾或地震发生时，有足够的时间使人员安全撤离，不会象传统建筑一样造成人员和财产的损失。还可作为地震时的避难场所。

５．减少能源消耗。由于膜材具有良好的透光性，透光率一般可达４％至１６％，白天可充分利用自然光。夜间室内灯光外照，景观效果明显。

６．造价较低。一般来说，不论是ｌ临时建筑、半永久性建筑还是永久性建筑，膜结构的造价一般可比传统结构形式的造价低２０％至３０％。

７．使用范围广。从气候条件看，它适用于寒冷地区到炎热地区，适用于非常广的区域；从规模看，可小到单人帐篷，大到体育馆。甚至可以容易地覆盖几万到几十万平方米的建筑，从而形成人工环境；从使用寿命看，可以从５年至２０年以上；而从使用的场所看，可用于运动场馆、展览厅、飞机库、仓库、各种临时建筑、活动剧场及野战医院和浮桥等。为不同用途的建筑物提供了很大的选择余地。

８．不与传统结构争主要材料。在目前的基本建设形势下，采用膜结构作为屋顶及围护结构能够节约大量建筑材料，保护耕地；在拆迁时也减少了建筑垃圾的数量，并避免了区域生态的破坏。基于以上其它结构无法比拟的优势，天津规划展览馆中膜结构的方案被确定下来。

二、结构及构件计算

球冠形充气膜结构的平面直径为４８ｍ，矢高为１３．２ｍ，如图平面，立面图，因结构为对称结构，我们以一侧球冠形结构为研究对象。工业建筑２００１年增刊