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　　郑州航海体育场膜结构的设计与施工概述郑州航海体育场位于郑州市经济开发区航海路以南,是郑州市的大型体育运动场所。整个建筑的长轴为244m,短轴为216m,总建筑面积共35000m2,可容纳3万名观众,工程于2001年12月竣工。因其优美的建筑造型,已成为郑州市一道亮丽的风景线为体育场实景照片。经过多个方案的比较,其看台挑蓬最终选定了周圈连续布置、结构形式为悬挑桁架+飞柱+伞形膜单元的组合式膜结构。在体育场看台的柱顶布置 44榀悬挑桁架,长度19m〜40m不等,满足了覆盖看台的目的。每个柱顶有 2个间距4m的铰支座,在短轴方向各4榀桁架后部下方增设下拉杆与看台主结构连接。桁架为立体桁架,断面呈倒三角形,宽800mm,下弦为直线而上弦为弧线形。另外,在桁架的前部及后部各设一道环向联系桁架和一道系杆。整个钢结构杆件采用Q235A钢管,连接节点为管管相贯焊接。由于结构为周圈连续闭合的形式,因此在内环桁架设计了四处释放温度应力的弹簧节点。图2和图3分别为体育场平面图和东看台剖面图。整个看台挑蓬结构用钢量约为235Kg/m2。■w* I■ …F图2平面图图3东区看台剖面图体育场看台挑蓬呈马鞍形,由44个双尖伞形单元组成,图 4、图5为一个单元图。每个单元由相邻的两榀钢桁架、脊索、边索、下拉索、飞柱及膜共同构成,全部单元覆盖面积达21000m2。膜材选用了具有轻质、高强、半透光、自洁性等诸多优点的进口材料,为聚酯织物表面涂覆 PVC外加PVDF面层。从结构形式上来说,郑州航海体育场看台挑蓬结构属于组合式膜结构。图4单元示意图(索)图5单元示意图(膜)结构计算膜作为一种柔性材料,本身并不能抵抗外来荷载的作用,只有施加一定的预张力才能保持一定的形状并抵抗风、雪、雨等外部荷载的作用。膜结构的设计过程一般可以分为三个过程:(1)寻找出满足边界条件和初始预张力平衡条件下的结构形状,也就是通常所说的找形分析;(2)在找形分析阶段所确定的初始形态基础上进行各种荷载作用组合下的力学分析,即荷载分析;(3)经过剪裁分析将膜结构划分为膜片以便进行下料加工。(一)初始形态分析(找形)七十年代以后,随着计算机数值分析技术的日益发展和完善,已经形成了力密度法、动力松驰法、非线性有限元法这三种在膜结构找形分析工作中最广泛使用的方法。GmbH公司开发的Easy软件通过EasyForm模块(力密度法)进行找形分析。图6为一个膜单元找形分析后的形状和索拉力分布示意图。(二)风洞试验及荷载分析通过找形分析,得到了结构的曲面几何形状及其相应的预张力分布后,紧接着便要进行荷载分析计算。荷载分析的目的,是检查在各种荷载组合下,结构的刚度是否足够,膜面的应力和变形是否在许可的范围内,亦即是否能保证结构的稳定及防止褶皱的出现,是否会出现过大的变形导致应力松弛或因应力过大导致膜材破坏,是否在风雪荷载下因变形过大而影响结构的适用功能,是否会因风激振动而导致结构破坏,等等。按照我国现行的建筑结构荷载规范的规定,,,,则风荷载标准值为:3k=w03z□==□ (1)式中卩为风压分布系数。膜结构表面一般为不规则的空间曲面,现行的荷载规范中一般没有类似的体形系数可参考,因些我们通过风洞模型试验来确定风