拱支承形膜面的详细介绍

拱支承形膜面的详细介绍

 1. 定义与基本特征

拱支式膜结构是一种以拱形结构作为主要支撑体系的张拉膜结构形式。其核心特征包括：

 拱形支撑：拱作为连续的支承点，为膜材提供稳定的支撑，通常沿结构的外围或对称轴线布置。

 曲面形态：膜面形状由拱的曲率和边界条件决定，平面多呈圆形、椭圆形或近似圆形。

 适用场景：广泛用于封闭式或半封闭式建筑，如体育场馆、展览馆、公共设施等。

 2. 核心设计要点

 （1）拱的支撑系统

 拱的类型：

   独立拱：单个拱支撑膜面，适用于小跨度或局部覆盖。

   多拱组合：多个拱并列或交错布置，适用于大跨度或复杂平面。

   空间拱桁架：结合钢桁架或钢管结构，增强整体刚度。

 材料选择：拱的主体材料通常为钢材（如钢管、钢桁架），或预应力混凝土，需满足抗压和抗弯要求。

 （2）跨度与矢高的控制

 矢高：拱的顶部高度与跨度的比值（矢跨比）直接影响结构刚度和形态。拱支式膜结构的矢跨比通常取 1/5 至 1/8，以平衡美观与力学性能。

 （3）正交索网系统

 作用：在跨度较大或荷载较高时，拱与下部边缘构件之间需布置正交索网（横向与纵向交叉的张拉索），以增强结构稳定性。

 索网设计：

   横向索：沿拱的跨度方向布置，分担拱的荷载。

   纵向索：沿拱的排列方向布置，约束膜面变形。

   预张力控制：索网的预张力需精确计算，确保膜面在无外荷载时处于稳定平衡状态。

 （4）膜面与拱的连接方式

 柔性连接：膜材通过边索或锚固点与拱的下缘连接，允许膜面在风荷载或温度变化时微小变形。

 刚性连接：在特定节点处采用刚性构件（如钢梁），但需避免应力集中。

 3. 材料与施工要点

 膜材选择：

   常用材料：聚酯纤维基布+PTFE或PVC涂层，具有高抗拉强度、耐候性和自洁性。

   对于封闭式建筑，可选用ETFE气枕膜以提高透光性和气密性。

 拱的材料：

   钢材（如Q345B钢）为主，需进行防腐处理（如热浸镀锌）。

   预应力混凝土拱需配置足够的钢筋以抵抗压弯。

 施工流程：

  1. 拱结构安装：先搭建拱和基础，确保拱的几何精度。

  2. 索网张拉：按设计顺序张拉正交索网，逐步调整预张力。

  3. 膜面铺设：根据三维找形计算裁剪膜片，通过张拉固定在拱和边索上。

  4. 边界密封：使用铝合金型材或橡胶密封条防止雨水渗漏。

 4. 典型应用场景

拱支式膜结构凭借其大跨度、造型美观的特点，适用于以下场景：

 体育场馆：如加拿大林赛公园体育中心（文献[1][4]），其拱支式结构结合正交索网，实现大跨度无柱空间。

 展览馆与会议中心：提供开阔的室内空间，适合举办大型活动。

 公共设施：如车站、机场候机厅，兼顾功能性与地标性设计。

 景观建筑：入口标志、公园休息亭等，通过拱形结构创造独特视觉效果。

 5. 优缺点分析

 优点：

 大跨度能力：拱的受压特性与膜材的张力结合，可实现大跨度覆盖。

 造型美观：拱的曲线与膜面的流畅形态具有艺术性，适合现代建筑风格。

 经济性：相比传统钢结构，自重轻、材料用量少，施工周期短。

 透光性：选用透光膜材可减少照明能耗，夜间可通过灯光营造景观效果。

 缺点：

 抗风雪荷载要求高：大跨度结构需精确计算风振和雪荷载，设计复杂。

 维护成本：膜材需定期清洁和修补，尤其是接缝处的密封材料。

 初期设计难度：需结合三维建模与力学分析，对设计团队要求较高。

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