几个经典的膜结构工程-与大家分享
di_sun
di_sun Lv.2
2006年07月20日 11:21:17
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1.法国卡巴里奥收费站法国A837高速公路沿着大西洋边和海滨小镇,在法国西南部Saintes和Rochefort之间的比斯开海湾一线下来。在这条高速路上,Arieo事务所与Arcora公司的建筑师与工程师们,使用深蓝色张拉膜构筑一巨大屋顶,其下覆盖的是Cabariot收费站,它犹如一张巨型的蓝帆。4个设计精致的锥形支撑桅杆吊起屋顶结构,如同大海波浪悬挂在半空中。夜晚在灯光照射下象一艘将要靠 岸的航空母舰。

1.法国卡巴里奥收费站
法国A837高速公路沿着大西洋边和海滨小镇,在法国西南部Saintes和Rochefort之间的比斯开海湾一线下来。在这条高速路上,Arieo事务所与Arcora公司的建筑师与工程师们,使用深蓝色张拉膜构筑一巨大屋顶,其下覆盖的是Cabariot收费站,它犹如一张巨型的蓝帆。4个设计精致的锥形支撑桅杆吊起屋顶结构,如同大海波浪悬挂在半空中。夜晚在灯光照射下象一艘将要靠 岸的航空母舰。
Cabariot收费站长152m,最宽处32m;由 4个35m高的圆锥形桅杆构成的主支撑,托起中央主梁,通过横穿的流线型梁与周边的空腹梁连接。稳定支撑杆则连接结构边缘和4大桅杆的基座。整个膜材被双重绳套和橡皮带固定在构架上。
因为Cabariot座落在海滨,需要通过风洞测试来优化它的稳定性。为防止由此经过的大量汽车排放物对面料的污染,Cabariot采ffi了光滑并可以自洁的膜材。正是因为Cabariot收费站不同寻常的设计,而在 1999年获得了由国际织物 工业协会组织的国际成就奖项中的设计大奖。

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di_sun
2006年07月20日 11:23:34
2楼
2.熊本市公园穹顶,日本 建筑及结构工程师:Daiichi-Kobe事务所,Fujita公司

空间构成的基本构想是用一个直径 125m的圆顶覆盖中心场地,并用不规则的结构覆盖周边自由安排的其他设施。这一构想否定了用一个大结构覆盖整个空间的设想,代之以许多适应内部空间形状的框架,然后使它们成为一个整体,形成一个室内运动场--“一个先进技术与创新观念的完美结合”、“一座利用自然能源的节能建筑”。为此,在设计的早期阶段就决定给予该建筑一个地球上浮云的形象。
为实现这个形象,决定在场地中央建造巨大的圆形双层充气膜结构屋顶,不规则的周边部分则用单层框架膜结构覆盖,全部室内空间保持正常压力。因为仅仅屋顶是充气膜结构,所以门窗可自由安排。为保持双层充气膜的厚度和形状。在屋顶中央部位设计了一个简单的锥台状框架,构成充气屋顶的中心环,这也使屋顶中央开口成为可能,对自然通风和采光极为有利。同时在声学上也是有效的。因为开口赋予天花表面一个自然的凸圆面形状,这就将声音朝四周分散,有效地降低了反射波。
双层充气膜形成了一个直径107m的、以锥台状框架为中央支撑的“浮云”。在中央的锥台状框架与外围的环形桁架之间,上、下各有48根辐射状的素相连。以带PTEE涂层的玻纤膜覆盖骨架和索,同时,双层膜间充气达30mm汞柱的气压(正常情况下)。这个庞大的外径125m的碟状屋顶被支撑在沿环形桁架的8个点上,每个点由“3-柱”型的组合柱支撑。由于充气膜有索支撑,即使跑气也不会有坠落损害的危险,从预防灾害及撤离的角度看,这种布置也是有利的。这种结构系统被称作“混合充气膜结构”,因为它结合了轮式索结构和充气结构的优点。这个工程是此种结构形式在世界上首次应用。
覆盖不规则周边部分的单层膜顶形成了一个简单的格构架结构--用直径350mm的球节点将钢管装配成网格。
建造圆屋顶花了大约20个月。建造主体结构的顺序如下:首先,同时立起8根组合柱;环形桁架及锥台状中心环在低位装配;连接上索和膜;连接下索和膜;往膜内注入空气;在环形桁架上安窗框和玻璃(重量大约2400t);充气膜整体提升至 19m高度。在此过程中,“3-柱”组合柱的内柱充当导轨。最后,环形桁架和周边钢筋混凝土结构间连上不规则的单层膜顶。
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di_sun
2006年07月20日 11:26:31
3楼
3.巴里市圣.尼古拉体育场,意大利 建筑设计:伦作.皮亚诺事务所 结构设计:澳为.阿勒普事务所
该体育场建在巴里市,市为1990在意大利举行的世界杯塞尔建造的八个体育场之一。
整体呈椭圆形的观众席是通过现场组合310根新月状的预制钢筋混凝土梁而建成的。上层的观众席被划分成26块巨大的“花瓣”。“花瓣”间的空隙使建筑显得纤秀轻盈,同时留出了人员流动的空间,方便观众进场和退场,保证了观众的安全。计算机模拟试验确保所有座位的视线均不被遮挡。为使观众免受日晒雨淋,实际了一个带PTFE涂层的玻纤膜顶。
这个膜顶的主要支撑构件是从上层观众席顶部悬挑出来的箱形梁;次要构件有:膜顶前端的U形桁架、与箱形梁平行的弧形拱肋以及连接弧形拱肋与索的侧向稳定杆。结构体系保证整个膜面处于张拉状态。为避免强风对赛事或观众的造成干扰。设计前作了风洞试验,用几种阿勒普(Arup)的程序作了对比分析。
膜顶由26块各自从上层观众席的钢筋混凝土框架延伸出来的大膜构成。26个膜顶之间通过小块拱形膜连为一体,整个膜覆盖面极为13250m2。膜顶悬挑跨度介于14m-27m之间,这些结构实际上是上层观众席的钢筋混凝土框架的直接连续。虽然上层观众席的标高和膜顶的悬挑跨度在体育场的四周上有所变化,但对钢结构加工来说仍有某种某种的重复性和规律性可循。
连接悬臂箱形梁端部的一系列“U”形桁架之间纤细的弧形拱肋上。为使这些拱肋尽量细,它们的空间刚度通过两端间的一系列拉杆加以强化。膜的边缘均处理成曲线,以贴合钢质箱形梁 。
每块膜均在四边连续固定,并通过膜的双向张力和位于拱肋间的膜上索的下压力与下部的拱肋紧密贴合。这些膜上索的设置保证在最恶劣的风载下膜也不会将拱肋扯起。
膜被确定为几何意义上的双向等应力场,而每块膜安装是在两个方向上的应力均不超过4080N。
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di_sun
2006年07月20日 11:28:51
4楼
4.香港大球场,中国 建筑设计:HOK 事务所 结构设计:澳为.阿勒普事务所

工程要求在现有地段上建造一个新的体育场能容纳 4000观众,其中 5%的面积(达16 000m2)在屋顶下,成为一座集运动、会议等多种功能于一体的21世纪的大型露天体育场。
建成后的体育场地处狭小的香港岛山谷中,三面环山,越过山顶看去是高耸的大楼,其中包括若干公寓。地段朝北开敞,城市和海港的景观尽收眼底。白天,太阳的漫射光可照亮观众席。夜晚,屋面透出灯光,仿佛发光的贝壳。竞技场地露天,使绿茵得以生长。在这样的自然地形中,膜屋顶的几何形和结构很能打动人心。
山谷的东西两面地形较陡,两面大的看台因势利导依山形升起。其屋顶进深 40m- 55m,以遮盖看台。这种跨度的屋顶如用悬挑结构会导致看台非常笨重。因此,设计师考虑了新的解决方案,即纵向用240m跨度、顶部标高55m的拱形骨架支撑屋顶的前沿。事实证明,在该地段条件下,这是一种更为经济的解决办法。出于建筑方面的考虑,拱形骨架有12度的倾角,其截面为3.5m见方。
横向的三角形桥架断面3.5m高,连接屋顶前沿的拱架和后面的混凝土看台,跨度40m-55m。检修通道、放送设备及泛光灯照明都安放在这些桁架里。设计者们还做了风洞试验以研究环境的影响并确定膜的设计风压。
两个屋顶各外包5块涂敷聚四氟乙烯的玻璃纤维膜材,这种材料的传热和透明度可达到平衡,自洁能力、耐火、耐久性都很好。每块1600 m2的膜材,跨3组桁架。这些膜材四边都压紧,中间部分并没有机械地固定在桁架顶部,而是在桁架之间用一直径为 80mm的谷索压住。膜本身加有5100N的双向预张力。
该作品因布局紧凑、与地形结合得好和简洁且富有表现力的结构而受到高度赞扬,并于1995年荣获美国建筑师协会奖。
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di_sun
2006年07月20日 11:30:28
5楼
5.科隆坡国家体育综合体室外体育场,马来西亚

该体育场建于吉隆坡。为保护露天体育场所有正面看台不受阳光直射和雨水浇淋,采用了环形索膜屋顶结构,从而创造出 380000m2的无柱有顶空间,成为世界上此种类型的最大的膜结构。屋顶由看台后沿的混凝土结构支撑,悬挑长度均为62m。
屋顶结构为36个索构架在一个外部钢制压力环和两个内部拉力环之间呈放射状布置。外部压力环是直径为1400mm的钢管,安放在36个V形柱上。这些V形柱又放在混凝土结构上并稍微向外倾斜。V形柱两端都是铰接,以使压力环径向可以轻微移动。放射状的索构架之间由压杆相连以防止相互移动。内部拉力环由直径100mm的绳索构成。两个拉力环的垂直距离为20m,并由36根钢制支柱相连,这些支柱的端部与拉力环上的铸钢节点连接。整个结构体系被施加预应力,以使建筑在频繁的风力及其他荷载作用下保持稳定。
索构架上方覆盖有膜材,这些膜由跨在相邻的两个索构架上的拱形钢管支撑。在相邻拱形钢管之间,膜呈马鞍形,这样,在通常的压力下,表面能保持高度稳定。

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di_sun
2006年07月20日 11:31:50
6楼
6.所泽市西武体育场,日本

如今,在日本各地正不断建造重型的穹顶体育场。这样就又回到了运动空间的原点,自然采光使体育运动与自然环境更有机地融合,通过简单的设计使明亮而开敞的空间具有树荫般的舒适感。
一种专利的建筑施工方法--“建筑重建方法”被开发了。现有球场不用关闭,在两个赛季之间修建,可把对球场经营的影响降到最低程度。
屋顶结构由固定于周边的原有V型钢管柱支撑,柱间不设围墙,增加了空间的开敞和通风。观众席上方的不锈钢折板屋顶解决了保温、结露、吸音和隔声问题。在第一个休赛期,梯形桁架从外部运至现场,在这个环形结构中,座席内不用任何临时支撑。桁架通过滑动的方法安装。
中央膜顶的制作最大限度地使用了半透明的膜材,简单的网架无斜撑或辅助杆件,以使观众更好地观看比赛并有助于减轻屋顶结构重量。在第二休赛期时,膜顶将在地面上组装后升起,以形成完整的屋顶。

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di_sun
2006年07月20日 11:33:05
7楼
7.诺默尔市伊利诺斯州立大学红鸟竞技场,美国

紧邻伊利诺斯州立大学体育场的红鸟竞技场是一座传统砖砌建筑与玻璃纤维索膜顶的艺术结合体。这里被用作棒球场,巡回演出的音乐会场以及前一个体育场的补充。它处于草原生态环境和校园环境中,是一座十分独特的建筑。
这座建筑的组合及形状表现了建筑内部的功能。围绕着中央竞技场的坡度很大的座席呈椭圆多边形排列,其设计意图是创造一个深的“沉降”天井,以鼓励自己的球队并威慑他们的对手。中央竞技场膜屋顶的周边被固定在座席后面的折线形的混凝土圈梁(压力环)上。其外围的12个膜项由12个砖砌的阶梯状塔楼分隔。塔楼为技术用房,其最突出的功能是,用正面的圆形大百叶窗为体育馆通风换气。
体育场的屋顶是半透明和保温的悬索膜顶。伞状的折顶形式通过24个飞杆将脊索撑起而形成峰顶,拉直的谷素形成峰谷。
这是美国第一个悬索膜顶建筑,也是世界上第一个非圆形顶的索膜建筑。除了脊索使用了普通钢索外,屋顶结构的其余部件都采用7根一束的预应力钢索。外斜索与主环索及飞杆间的连接件均为铜铸件。椭圆形上的张力变化由主体张拉环索以外的部分钢索来承受。
体育场的外围是由砖砌阶梯状塔楼与波浪式膜顶下的砖垛、玻璃窗相间排列,造型丰富。砖的采用使体育场与校内主要的建筑物协调,而光滑的聚四氟乙烯膜顶则独具特色。
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2006年07月20日 11:34:18
8楼
诺默尔市伊利诺斯州立大学红鸟竞技场西北侧全景
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di_sun
2006年07月20日 11:36:33
9楼
9.亚特兰大市佐治亚体育馆,美国

佐治亚体育馆的结构是一个空间桁架,其底部弦杆由环形索替代。这个屋顶为240m x 192m的椭圆形,是同类索膜结构中世界上最大的。它由涂有聚四氟乙烯的玻璃纤维膜覆盖。屋面呈钻石状,看上去象水晶一般。
 整个屋顶由7.9m宽、1.5m厚的混凝土受压环固定,共52根支柱支撑着700m周长的混凝土受压环,钢焊接件被预埋进受压环内,以提供26个屋顶连接点。为了使屋顶的热膨胀不影响下部结构,受压环座落在“特氟隆”承压垫上。这样,外力作用下承压垫只能径向移动,并可将风力和地震力均匀传向基础。
 脊索及底部环索上的连接件均为焊接件。这些接头沟通过钢板与其他杆件连接。飞杆的底部与斜索和环索固定,飞杆的连接件做成铰接件,以使其易于安装并在不均匀承重情况下允许接头旋转。
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di_sun
2006年07月20日 11:37:02
10楼
亚特兰大市佐治亚体育馆内景
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di_sun
2006年07月20日 11:37:23
11楼
亚特兰大市佐治亚体育馆夜景
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