拱支承形膜面的詳細介紹

 1. 定義與基本特征

拱支式膜結構是一種以拱形結構作為主要支撐體系的張拉膜結構形式。其核心特征包括：

 拱形支撐：拱作為連續(xù)的支承點，為膜材提供穩(wěn)定的支撐，通常沿結構的外圍或對稱軸線布置。

 曲面形態(tài)：膜面形狀由拱的曲率和邊界條件決定，平面多呈圓形、橢圓形或近似圓形。

 適用場景：廣泛用于封閉式或半封閉式建筑，如體育場館、展覽館、公共設施等。

 2. 核心設計要點

 （1）拱的支撐系統(tǒng)

 拱的類型：

   獨立拱：單個拱支撐膜面，適用于小跨度或局部覆蓋。

   多拱組合：多個拱并列或交錯布置，適用于大跨度或復雜平面。

   空間拱桁架：結合鋼桁架或鋼管結構，增強整體剛度。

 材料選擇：拱的主體材料通常為鋼材（如鋼管、鋼桁架），或預應力混凝土，需滿足抗壓和抗彎要求。

 （2）跨度與矢高的控制

 矢高：拱的頂部高度與跨度的比值（矢跨比）直接影響結構剛度和形態(tài)。拱支式膜結構的矢跨比通常取 1/5 至 1/8，以平衡美觀與力學性能。

 （3）正交索網系統(tǒng)

 作用：在跨度較大或荷載較高時，拱與下部邊緣構件之間需布置正交索網（橫向與縱向交叉的張拉索），以增強結構穩(wěn)定性。

 索網設計：

   橫向索：沿拱的跨度方向布置，分擔拱的荷載。

   縱向索：沿拱的排列方向布置，約束膜面變形。

   預張力控制：索網的預張力需精確計算，確保膜面在無外荷載時處于穩(wěn)定平衡狀態(tài)。

 （4）膜面與拱的連接方式

 柔性連接：膜材通過邊索或錨固點與拱的下緣連接，允許膜面在風荷載或溫度變化時微小變形。

 剛性連接：在特定節(jié)點處采用剛性構件（如鋼梁），但需避免應力集中。

 3. 材料與施工要點

 膜材選擇：

   常用材料：聚酯纖維基布+PTFE或PVC涂層，具有高抗拉強度、耐候性和自潔性。

   對于封閉式建筑，可選用ETFE氣枕膜以提高透光性和氣密性。

 拱的材料：

   鋼材（如Q345B鋼）為主，需進行防腐處理（如熱浸鍍鋅）。

   預應力混凝土拱需配置足夠的鋼筋以抵抗壓彎。

 施工流程：

  1. 拱結構安裝：先搭建拱和基礎，確保拱的幾何精度。

  2. 索網張拉：按設計順序張拉正交索網，逐步調整預張力。

  3. 膜面鋪設：根據三維找形計算裁剪膜片，通過張拉固定在拱和邊索上。

  4. 邊界密封：使用鋁合金型材或橡膠密封條防止雨水滲漏。

 4. 典型應用場景

拱支式膜結構憑借其大跨度、造型美觀的特點，適用于以下場景：

 體育場館：如加拿大林賽公園體育中心（文獻[1][4]），其拱支式結構結合正交索網，實現大跨度無柱空間。

 展覽館與會議中心：提供開闊的室內空間，適合舉辦大型活動。

 公共設施：如車站、機場候機廳，兼顧功能性與地標性設計。

 景觀建筑：入口標志、公園休息亭等，通過拱形結構創(chuàng)造獨特視覺效果。

 5. 優(yōu)缺點分析

 優(yōu)點：

 大跨度能力：拱的受壓特性與膜材的張力結合，可實現大跨度覆蓋。

 造型美觀：拱的曲線與膜面的流暢形態(tài)具有藝術性，適合現代建筑風格。

 經濟性：相比傳統(tǒng)鋼結構，自重輕、材料用量少，施工周期短。

 透光性：選用透光膜材可減少照明能耗，夜間可通過燈光營造景觀效果。

 缺點：

 抗風雪荷載要求高：大跨度結構需精確計算風振和雪荷載，設計復雜。

 維護成本：膜材需定期清潔和修補，尤其是接縫處的密封材料。

 初期設計難度：需結合三維建模與力學分析，對設計團隊要求較高。

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