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薄膜结构实例第1页，共25页，星期日，2025年，2月5日威海体育场膜结构设计施工案例*第2页，共25页，星期日，2025年，2月5日1.工程简介威海体育场占地面积约40000m2，可容纳观众3万人。看台为钢混框架结构，看台挑蓬为张拉式膜结构。*第3页，共25页，星期日，2025年，2月5日体育场看台挑篷由34个连在一起的形状渐变的单桅杆伞形膜结构单元组成。挑篷水平投影呈椭圆形，外围轮廓尺寸237×209m，内环尺寸205×143m，覆盖面积约25000m2。*第4页，共25页，星期日，2025年，2月5日挑篷整体呈马鞍形分布，东西（椭圆短轴方向）两端高，南北（椭圆长轴方向）两端低。最高处桅杆顶标高40m，最低处桅杆顶标高23m。*第5页，共25页，星期日，2025年，2月5日最大膜单元位于东西两端，悬挑长度约30m；最小膜单元位于南北两端，悬挑长度约17m。*第6页，共25页，星期日，2025年，2月5日膜单元由桅杆、脊索、谷索、边索和薄膜等构件组成。*第7页，共25页，星期日，2025年，2月5日中央内环是由椭圆柱面和鞍形曲面相交形成的空间曲线，从受力上看属浮动拉环，它是连接各膜单元协同工作的重要构件，直接关系到整个全张拉体系的成形。*第8页，共25页，星期日，2025年，2月5日★两项主要技术措施：将中央内环设计为圆钢管劲性拉环按照国外一些已建成结构的做法，中央内环多采用柔性拉索体系。但是考虑到国内在索结构方面的施工经验远不如钢结构丰富，且采用钢结构将为灯光、音响、马道等附属设备在内环上的安装带来方便。所以本设计采用大直径圆钢管作为中央内环。尽管圆钢管的刚度要比索大得多，但对于如此大的尺度而言（总长550m），内环仍然是相当柔性的，因此称之为“劲性拉环”。*第9页，共25页，星期日，2025年，2月5日增加了一套完全独立于膜单元的拉索体系在每个桅杆的顶端还设有三根拉索，其中两根与看台相连，一根与中央内环相连；另外设环向拉索将34根桅杆的顶点连成一体。*第10页，共25页，星期日，2025年，2月5日2.风洞试验鉴于该挑篷结构外形复杂，且威海又是沿海强风多发地区，故在设计前对其可能遭受的风荷载进行系统的风洞模拟实验，是十分必要的。试验在某大气边界层风洞中进行。模型几何缩尺为1:200。*第11页，共25页，星期日，2025年，2月5日考虑到看台挑篷为开敞式，其上下表面均受到风荷载的作用，所以在模型上下表面均布置了测压点。选取15m/s、20m/s、25m/s三种实验风速，模拟B类地貌，近地湍流度10%。试验中，模型固定在试验段底板的转盘上，每隔15°测一次，根据模型对称性，可得到0~90°范围内7个风向下的模型上下表面风压值。各测点的无量纲风压分布系数为：*第12页，共25页，星期日，2025年，2月5日0°风向30°风向60°风向90°风向*第13页，共25页，星期日，2025年，2月5日3.结构计算应用非线性有限元程序对该挑篷膜结构的初始形态和不同荷载作用下的结构响应进行分析，得到结构在不同工况下的位移、内力和支座反力。计算结果表明，风荷载是结构设计的主要控制荷载；绝大多数构件在0°风向（椭圆短轴方向）下的内力最大。中央内环的最大位移10cm，膜最大位移60cm。以上结果是在对多种不同的索膜分布形式和初始预张力设定值进行反复试算后的优化方案结果。*第14页，共25页，星期日，2025年，2月5日通过内力组合找出最不利内力情况，确定主要构件尺寸为：桅杆规格为Φ560×12mm，内环钢管规格为Φ950×20mm，上下拉索规格为Φ44mm。膜材选用聚酯织物表面涂覆PVC外加PVDF面层。*第15页，共25页，星期日，2025年，2月5日4.节点设计柱脚节点*第16页，共25页，星期日，2025年，2月5日内环连接节点*第17页，共25页，星期日，2025年，2月5日膜顶部节点*第18页，共25页，星期日，2025年，2月5日