膜结构案例分析
青海体育场膜结构案例
青海体育场膜结构案例背景青海位于中国西北地区，是中国五个自治区之一。
作为一个多民族聚居的地区，青海有着丰富的文化和体育传统。
为了推动体育事业的发展和提供更好的体育设施，青海决定建造一座现代化的体育场——青海体育场。
青海体育场是一个多功能综合性体育场馆，可以用于举办各种大型比赛、演出和其他活动。
为了满足不同活动的需求，该体育场需要一个灵活可调节的膜结构顶棚，以提供良好的视野和观赏条件。
过程设计阶段在设计阶段，团队首先进行了详细的市场调研和需求分析。
他们考虑到了以下几个关键因素： 1. 结构稳定性：膜结构需要能够承受恶劣天气条件下的风力和雪载荷。
2. 光照与视野：膜结构顶棚应该能够提供充足的自然光线，并且不影响观众对比赛或演出的观看。
3. 灵活性：膜结构需要能够根据不同活动的需求进行调整，例如改变顶棚高度和开闭状态。
4. 节能环保：膜材料应具有良好的隔热性能，以减少能源消耗。
基于这些需求，设计团队决定采用聚氯乙烯（PVC）膜材料，并设计了一个由多个膜面构成的顶棚结构。
每个膜面都可以独立调整，从而实现灵活性和可调节性。
施工阶段在施工阶段，首先需要对体育场的地基进行处理和加固。
然后，开始安装钢结构桁架作为膜结构的支撑。
桁架通过焊接和螺栓连接来确保稳定性和强度。
安装完桁架后，开始安装膜材料。
膜材料被预先制作成相应尺寸，并通过索力系统固定在桁架上。
索力系统使用高强度钢索将膜拉伸到适当的张力状态，并确保整个结构稳定。
最后，在顶棚安装完成后，施工队伍对整个体育场进行了测试和调整，以确保顶棚的灵活性和可调节性。
结果青海体育场的膜结构顶棚在经过设计和施工团队的努力后，取得了令人满意的结果。
它具有以下特点和优势： 1. 结构稳定：膜结构经过精确计算和测试，可以承受恶劣天气条件下的风力和雪载荷。
2. 光照与视野：膜结构顶棚采用透明的PVC膜材料，可以提供充足的自然光线，并且不影响观众对比赛或演出的观看。
3. 灵活性：膜结构顶棚可以根据不同活动的需求进行调整，包括改变顶棚高度和开闭状态。
Adina膜结构分析(褶皱膜单元)
ADINA膜结构分析概略西南交通大学土木学院余志祥膜结构分析主要包括三个流程：找形分析，荷载分析和裁剪分析。
找形阶段也有个别学者将其细分为找形与找态。
国外专业的膜结构设计软件价格昂贵，利用常见的通用分析平台进行膜结构设计是一种可行且可替代的办法，但目前裁剪分析还得依靠自编程序或者专业的裁剪软件实现。
02年的时候，我利用ANSYS摸索了一套膜结构找形、荷载分析的方法，并发布在专业论坛，实践证明其具有较高通用性，且结果较准确，并且还应用在了个别实际工程中。
膜结构主要分为张拉膜、骨架膜以及充气膜三大类，就找形方法而言，三者基本相似，但在分析方法上，充气膜存在明显差别。
无论张拉膜抑或骨架膜，通过找形分析之后获得的结构物理模型基本上算是确定模型，但充气膜在获得初始形态之后仍然不具有确定性，因为这个初始态和必须和相应的气压对应，且在充气膜受荷过程中互动变化，不如张拉膜或者骨架膜，可以在膜材内部导入相应的应变场保持其初始形态和初应力场的对应，保持其形态、应力在受荷阶段实现自动呼应。
充气膜要模拟其膜面内压，必须引入第三方介质，即空气场并保证荷载、结构、内压场互动呼应。
基于ADINA卓越的非线性分析能力，进行膜结构分析主要有几个关键点，首先说张拉膜结构和骨架膜。
1、根据建筑设计确定其初始平面形状。
这个形状称为零状态形状，可以为平面，也可以为一个实际模型较为接近的三维曲面形态。
2、膜单元采用adina的2D Solid，并设置相应的单元选项为3D membrane。
索单元可以直接用truss单元等代，两种材料均可直接采用线弹性材料。
3、膜面网格采用三节点三角形或者四节点四边形。
单元列式为线形完全积分格式。
根据非线性计算的收敛难易程度，可以关闭非协调元模式。
4、将索和膜材弹性模量降低1000倍，设置支座提升量、增量分析参数，为获得结构找形初始形态完备分析参数。
小弹性模量方法的本质在于让材料自由“伸长”，但内应力却几乎可以不变。
索膜结构罩棚工程施工技术案例分析
索膜结构罩棚工程施工技术案例分析摘要：体育场索膜结构罩棚钢结构部分采用大跨度悬挑斜拉索结构体系的开敞式新颖结构形式。
看台顶棚钢结构为斜拉索加钢管桁架结构体系，由于悬挑较长且为开敞式，故弯矩大受风荷载影响明显加之沙漠地区风荷载更加明显，深化设计中活荷载取0.3km/m2风荷载取0.55km/m2，雪荷载取0.3km/m2。
与主体钢结构对应，膜顶棚由29个马鞍形膜单元组成，峰谷鲜明，矢高2.5m，每个膜单元面积约100m2，每个膜单元之间天沟连接相邻单元天沟间防水膜覆盖。
由于膜材是一种柔性织物，要想作为一种建筑材料具有一定的造型，必须给其施加一定数值的预张力，可以通过膜节点索的调节从而使预张力达到设计要求。
本工程膜结构形式为张拉膜形式，沿径向硬边用螺栓与铝压板与主体钢结构桁架梁连接，檐口采用弧形软边钢索张拉，硬边的安装过程同时也是沿经线方向张拉的过程，硬边安装完成后要达到受力要求。
关键词：非线性；有限元；大跨度悬挑；卸载1 工程概况张掖国家沙漠体育公园位于甘州区城南13km处，东南宽 4.3km，南北长11.4km，总面积35km2，是全国距离城市最近的沙漠体育公园，公园国际赛车场占地面积约60000m2，按国际标准赛车场设计，主看台坐北向南，为极富动感的圆弧造型，面向沙漠，背靠绿洲，视野开阔，长170m，宽22m，设有3000个坐席，看台上方的风雨罩棚为索膜结构，膜棚为时尚浅黄色，与沙漠浑然一体。
整体投影面呈月牙造型，流畅、美观。
索膜结构罩棚投影面积2059m2，展开面积2326m2。
钢结构为钢管柱主支撑，悬挑变载面钢管桁架梁，桁架梁之间连接圆弧热钢管连系梁，相贯线焊接。
悬挑桁架梁与钢管柱通过Φ20柔性钢索张拉连接，悬挑桁架檐口相对标高12.7m，工程最高相对点标高24.6m超过24m，悬挑梁最长处悬挑16m，属长臂悬挑桁架梁，弯矩较大给结构施工带来很大难度，钢管柱采用Φ530mm×16mm，Q345B热钢管，桁架梁上下弦杆均采用Φ180mm×6mm 垫钢管，腹杆采用Φ60mm×3.5mm。
膜结构在大跨度建筑上的运用
骨架式膜结构是采用刚才做成屋顶的骨架，在骨架的上方张拉膜材料的一种形式，能够使用在各种规模的建筑当中，但其造型较单一，需要靠外部施加的张力使其保持一定的形状，但是由于其成本较低，经济效益吸引广大建筑商，骨架式膜结构依然被广泛地使用。
四、结语
经过长年的开发和研究，膜结构已经得到进一步的发展，成为一种有活力的建筑结构，它的广泛应用体现了膜结构在大跨度建筑中的应用前景，国内外专家学者应该进一步发挥其优势，在更广泛的领域中加以运用。
膜结构的材质自身的受弯刚度接近于零，但是如果使用各种不相同的支撑结构来承受膜结构表面的张力，就能形成具有一定刚度的表面。这也是膜结构能够与建筑风格和布局相适应的一个原因，完美体现力在膜结构状态之上，使得膜结构能够有机运用于大跨度建筑结构的设计当中。
（二）膜结构能很好地满足建筑功能的需求
因为膜结构使用的材质大多是半透明的，这些材质的透光率在通常情况下为百分之四到百分之十六，可以满足大跨度建筑在一般情况的采光要求，在白天可以做到不用人工照明，这样既大大降低了能源电力成本，而且给人以自然开阔的体现。此外，因为膜结构使用的材料一部分具有反射性，因此在热带地区，膜结构能够反射大量的太阳热能，降低温度。而在寒带，在大跨度建筑上可以使用双层的膜结构，并且向双层膜之中充入热空气，或填充性能优良的透光隔热材料，可以达到良好的保温和隔热的效果。综上所述，膜结构能够使得大跨度建筑物在透光的情况下，不受温度、天气的影响，加之膜结构使用的材质的不易燃性、抗水性能良好，大大增加了建筑物的防灾性能。
经过二十世纪九十年代的发展，膜结构成为了一项可以代表目前建筑先进技术和材料行业发展程度的结构体系。在原始人时期，原始人就开始使用动物毛皮做成帐篷，这就是最初的膜结构。上世纪开始，建筑师利用此方法原理，建造了宇宙飞船、雷达天线罩等，使一些科学发明能够运用膜结构。同时，一些临时建筑也运用了膜结构，如马戏棚、仓库、帐篷等等。但直到一九七零年，在日本举行的世博会中所使用的建筑运用的空气膜结构，代表着膜结构进入一个新的时代，至此之后全世界各个地区开始了对膜结构的研究以及运用。二十世纪七十年代，美国的几家公司联合设计研发了玻璃纤维和聚四氟乙烯为材料的新型膜结构材料，标志着膜结构可ห้องสมุดไป่ตู้被运用于永久建筑中。
膜结构水立方的分析
建筑结构选型结课论文姓名：谢昆柱学号：1401102-07所在院系：建筑与城市规划学院学科专业：城乡规划指导教师：张弘日期：二零一六年十二月二十五日对于膜结构建筑——“水立方”的分析膜结构在国内的应用晚于国外近50年，但近十几年来，膜结构在国内的应用发展速度高于世界任何地区。
目前，膜结构已广泛应用于大型体育馆，展览中心，航空和铁路交通，文化娱乐等公共建筑中。
膜结构是一种古老的结构型式，它具有轻盈，纤薄，柔软的质感，与传统的混凝土有明显的区别，常常能给人以耳目一新的艺术感受。
膜结构属于柔性材料，膜材本身的受弯刚度几乎为零，但通过不同的支撑体系可以使薄膜结构承受张力，从而形成具有一定刚度的稳定曲面。
膜结构能够从根本上克服传统结构在大跨度建筑上实现所遇到的困难，可建造出巨大，明亮，无遮挡的可视大空间。
膜结构突破了传统的建筑结构形式，可形成各种自由空间曲面，不重复，多变化。
这也是薄膜结构更具有艺术性的一个原因。
例如在上海世博会世博轴膜屋面正是应用了这种特性，才建出了轻质大跨度的结构。
除了这些在建筑结构上的特性，还有以下在物理与在实际生活上的特点。
<1>具有优良的力学特性。
膜结构的受力为单纯受拉，膜材只承受沿膜面的张力，因而可充分发挥材料的受拉性能。
它是跨度重量比最大的一种结构，且单位面积的结构自重与造价不会随跨度的增加而明显地增加。
<2>膜结构透光自洁，减少能源消耗，降低维护费用。
膜结构是半透明的织物，透光率一般可达4％~16％，能够满足大跨度建筑在平时使用时利用自然光的采光要求，白天几乎不需要人工照明。
但是冬季太阳光对于膜结构屋盖内部的气温升高效应不大，而夏天却相反，膜结构的室内气温比室外高出5—10度，有时会使人感到明显的不适。
因此，膜结构多采用反射能力强的淡色材料。
<3>使用范围广，可拆卸，易运输。
从气候条件看，它适用于广阔的地域；从规模上看，可以小到花园小品，大到覆盖几万，几十万平方米的建筑。
《生物膜的流动镶嵌模型》教学案例分析
高中生物《生物膜的流动镶嵌模型》教学案例分析刘超［案例题旨］《生物膜的流动镶嵌模型》主要是介绍探讨建立生物膜模型的过程。
在探讨建立生物膜模型的过程中形成结构和功能相适应的观点，从而树立辩证唯物主义的自然观，逐步形成科学的世界观。
同时使学生看到实验技术手段的进步在促进科学的发展中的作用，从而增强为振兴中华而努力学习的使命感和责任感。
本案例研究的主要问题有：1．生物膜研究的主要历程，以及流动镶嵌模型的基本内容。
2．教师如何调整教学行为和策略，成为学生发展的引导者和促进者，从而实现自主学习、高效学习？3．如何保证每个学生达到共同基础的前提下，分层教学使不同发展潜能学生选择的课程内容，以满足学生有个性的发展？［案例背景］《生物膜的流动镶嵌模型》是人教版必修一第四章的第二节。
第四章共有3节内容，第一节主要说明细胞膜是选择透过性膜。
为什么具有选择透过性？这与膜结构有关，于是进入第二节内容。
而第二节内容又是解释第三节内容“物质跨膜运输的方式”的基础。
这三节内容的内在联系是：功能—结构—功能。
由此可见，本节《生物膜的流动镶嵌模型》在第四章中起着承上启下的作用，它是架起第一节和第三节的一座桥梁。
并体现出了结构决定功能的观点。
本节的教学目标为：1．简述生物膜的结构2．此细胞膜分子结构的探究历程为主线的学习中，重点培养学生的“尝试提出问题并做出假设”的能力。
3．借助多媒体以及动手做细胞膜的橡皮泥模型，进行探究性学习，培养学生自主学习的能力，培养学生信息获取、分析、加工、创新、利用的能力，以及团结协作和合作的学习。
据此，本案例设计以学生的自主学习为起点，以动手构建模型为辅助，以合作学习为深化，以多媒体课件为引导拓展，实现学生的高效学习，并针对不同发展潜能学生进行分层教学，实现学生的个性发展。
［案例实录］导入：生物膜是个选择透过性的膜，它究竟由什么成分，怎么排列分布而构成？学生带着问题阅读，共同探讨：展示[资料1]1859年，欧文顿用500多种化学物质对植物细胞膜的通透性进行了上万次的研究。
薄膜结构的动力反应分析
膜结构 的案 例 分 析 ， 总结 薄 膜 结 构 振 动 特性 以及 其 在
不 同平 均风速 和不 同边界 条件 下 的动力反应特 性 。
ｌ 薄膜 结构 非 线 性 动 力 分 析 方法
１ １ 动力分 析的 Ｎ ｗｍａ ｋ方 法 ． ｅ ｒ 结 构动力 平衡方 程 为 ： Ｍ／ ）＋ｃ ＋Ｋ ＝Ｐ（） Ｕ
结 构平 面外 刚度 小 ， 荷 载 作 用 下 产生 大 位 移 的几 何 在
非 线性 问 题 ， 文 用 收 敛 性 较 好 的 全 Ｎ ｗ ｏ —ａ ｈｏ 本 ｅ ｔ Ｒ ｐ ｓｎ ｎ
迭代 法进 行迭 代计算 。另 外 ， 当薄膜 结构 位 移较 大 时 ，
易发 生膜 材 的褶 皱 ， 理 褶 皱 的方 法 主 要 有 张 力 场理 处 论、 可变泊 松 比的方法 、 正变 形 梯度 的方 法 和 分又理 修 论等 。冯 虹等 指 出利 用第一 和 第二 主应 力 来判 别膜
在 Ｏ ０ ３ｓ时 ，５点 回到 了 ．３ ２
（） ｂ
好 。但 修正 Ｎ Ｒ迭代 法 在一 个 荷载 增 量 步 内的 各次 迭
代 中均采用 初 始 刚度 矩 阵 ， 更 新 非 平 衡 载荷 。 比较 仅 两 种方法 ， 文采用 全 Ｎ 本 Ｒ迭代法 。
１ ２ 应力 一主应变 判别准 则和修 正本构矩 阵法 ．
Ａｂｓｒ ｃ ： Ｂａ ｅ ｎ ｔ ｅ Ｎｅ ｔ ａ ｔ ｓ ｄ ｏ ｈ ｗｍａ ｋ ｒ ｍｅｈ ｄ ｉ ｙ ａ ｃ ａ ａｙ ｉ ｎ ｈｅ ｆ ｌ Ｎｅ ｏ Ｒａ ｓ ｎ ｔｒ ｔｏ ｔｏ ｎ ｔ ｏ ｎ ｄ ｎ ｍｉ ｎ ｌ ｓｓ ｄ ｔ ｕｌ ａ ｗｔｎ— ｐｈ ｏ ｉ ａｉｎ ｍｅｈ ｄ ｉ ｅ
振
第３ Ｏ卷第 ６期
膜结构建筑施工问题案例
膜结构建筑施工问题案例一、单选题。
A. 膜材裁剪尺寸不准确，导致张拉后局部松弛。
B. 施工时的环境温度过低，膜材收缩不一致。
C. 膜材在运输过程中受到严重挤压，内部结构已损坏。
D. 膜结构的支撑体系安装精度过高，对膜材产生过度挤压。
解析：支撑体系安装精度过高可能会对膜材有影响，但一般是导致膜材局部受力不均等问题，而不是产生褶皱的直接原因。
膜材裁剪尺寸不准确，张拉时会有局部松弛从而产生褶皱；环境温度过低膜材收缩不一致会起皱；运输过程中膜材受严重挤压内部结构损坏也可能导致安装后起皱。
所以答案为D。
2. 在膜结构建筑施工时，膜材与钢结构连接部位出现松动现象，可能是由于（）A. 钢结构表面未进行有效的防腐处理。
B. 连接螺栓规格过大。
C. 在连接部位未使用密封胶。
D. 膜材与钢结构的连接设计不合理。
解析：钢结构表面未进行防腐处理主要影响钢结构自身的耐久性，与连接部位松动关系不大；连接螺栓规格过大一般不会造成松动；未使用密封胶主要影响密封性能而非连接的紧固性；而连接设计不合理可能导致连接不牢固从而出现松动现象。
所以答案为D。
二、多选题。
1. 某膜结构建筑施工中，膜材出现撕裂现象，可能的原因有（）A. 施工过程中遭受强风袭击，膜材局部受力过大。
B. 膜材本身质量存在缺陷，如强度不足。
C. 膜材安装时张拉顺序错误，导致应力分布不均。
D. 施工现场周边有大量灰尘，污染了膜材表面。
解析：施工中遭受强风袭击，膜材局部受力过大可能导致撕裂；膜材本身质量有缺陷，强度不足在施工过程中也容易撕裂；膜材安装时张拉顺序错误，应力分布不均会使膜材局部承受过大应力而撕裂；而施工现场周边的灰尘污染膜材表面，一般不会直接导致膜材撕裂。
所以答案为ABC。
B. 膜材的弹性模量选择过大。
C. 钢结构的杆件布置不合理，结构受力体系不完善。
D. 施工过程中没有按照设计要求进行预张拉。
解析：基础设计不合理不能提供足够支撑力会影响整体结构稳定性；膜材弹性模量选择过大不是造成整体结构稳定性不足的直接原因；钢结构杆件布置不合理，结构受力体系不完善会使结构稳定性差；施工中未按要求进行预张拉也会影响结构的稳定性。
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弯项直径320m，周圈大于1000m，有12根 穿出屋面高达100m的桅杆，屋盖采用圆球 形的张力膜结构。膜面支承在72根幅射状的 钢索上，其截面为2×φ32，这些钢索则通 过间距25m的斜拉吊索与系索为桅杆所支撑， 吊索与系索同时对桅杆起稳定作用。
可缩进的膜结构棚盖可以在任何恶劣的天气 时，将棚盖关上；在天气转好时打开。以确 保在任何季节里网球比赛的举行，或避免时 重要的赛事中断或延迟。 此建筑充分发挥了索膜结构重量轻、造 型灵活的优点。整结构展开面积约10000平 方米，采用PVC(PVDF面层)膜材，并且选 用能够满足要求的最薄的型号
坐落在海边的迪拜酒店宛如一叶 帆船飘扬在大海上，320米高的 迪拜酒店采用双层PTFE膜，并 成为在世界上最高的膜结构建筑。 建造商在建筑美学、建筑功能、 工程安装上的详细设计决定了此 标志性索膜工程成功
透明的膜材屋盖加上周围的玻璃墙使整个大 厅光线充足。屋盖由两层上下相距60cm的 织物组成，其内层作为隔热与吸音用。双层 屋盖的透明度约为7％，此外玻璃墙也透光， 从而在白天大部分情况下不需人工照明。其 结构为 半个椭球钢网壳上面直接覆盖膜材 料，椭球网壳平面长轴60米、短轴 45米、高16米；为提高其保温隔热 性能，本工程采用了双层膜，膜层 间距475mm。
完成于1998年5月14日的天津保税区 区标膜结构工程，标志着中国膜结 构划时代的开始，其中索膜结构是 此工程的重点内容，44个独立的膜 结构单元体和钢结构采用牵拉方式 连接，面材为法国法拉利公司生产 的型号为1002T。