未来国际会议中心网架膜结构结构形式为骨架式, 结构形态似飞碟, 地处余杭区, 建筑面积约5407m2, 该项目专为杭州万物互联创新大会举办而建。

网架膜结构上部是由外圈直径83m、净跨52m的圆形网架组成, 网架上部采用二次钢构与膜布组成, 下部由12 轴内、外圈钢柱支撑及周边膜结构封闭组成的复杂结构体系, 如图1 所示。

膜布选用A类膜材, P类阻燃, 防火等级B1, 进口PVDF膜材, 经、纬向抗拉强度≥5000N/3cm, 透光率12%。

经向强度:≥5500N/3cm=5500×0.1/3=183.3k N/m

纬向强度:≥5000N/3cm=5000×0.1/3=166.6k N/m

主体钢构材质选用Q235B, 其余钢板材质选用Q345B。

本工程为骨架式膜结构, 在进行总体结构分析时, 首先分析膜结构, 再将膜结构分析得到的反力和荷载作用于二次钢构与网架结构, 并据此对二次钢构及网架结构进行结构受力分析。

膜面总共分为12 个相对独立的双曲扇形单元, 三边张拉与拱梁和边梁上。因为是覆盖膜, 其形状取决于骨架的几何形式, 与预张力关系不大。预张力主要使膜处于张力状态, 得以维持形状, 且在最不利荷载下不至于撕裂, 但可以出现局部的褶皱现象。

本工程采用EASY9.1 软件分析, 该软件基于力密度法找形。首先按照等效刚度将膜离散为索网格, 然后在经纬两个方向施加均布预加力 (索内拉力除以索单元长度) , 由线性优化确定网格的坐标点, 此即为膜形状。依据ASCE1852 规定, 膜的预应力为经纬向取值皆在3k N/m左右。虽然在一个膜单元两个方向的预张力一致, 但由于形状的差异, 膜内部单元的张力并不相同。

设计荷载:恒载0.3k N/m2, 预张力3k N/m, 基本风压0.45k N/m2, 基本雪压0.45k N/m2, 温度效应±25 度, 抗震设防烈度为Ⅵ, 设计基本地震加速度0.05g, 设计地震分组第一组。

根据分析得到的支座反力如表1 (列举一榀为例) 。

膜的固定节点, 钢索被膜通过夹具紧密夹住并热合, 钢索通过螺栓、垫片等夹在网架或拱上设置的支撑点上。膜的内力可合理传给钢索, 继续传给节点, 并传到主体结构上, 在节点之上, 采用二次膜覆盖防水。

膜固定节点与主体连接以及纵向相邻膜连接的节点, 其主要功能在于连接膜固定点与主体拱架, 并保证力流畅通。为减小膜预张力和风作用力等在膜支点的反应, 尤其是较大的侧向力对拱和网架的不利作用, 节点采用双向圆管支撑, 以抵消相邻膜单元张力的不平衡作用力。

膜的制作工艺主要包括两个阶段:裁剪和熔合连接。裁剪是根据专门的理论分析结果, 本工程采用EASYCUT分析, 基于先前的结构分析内力和找形后的曲面坐标, 考虑弹性变形补偿和膜材原料幅宽, 将曲面坐标转化成可展平面。将裁剪分析的结果转化为数控机床要求的信息, 进行自动裁剪 (CAM) 。裁剪后膜材的热熔合是一道非常重要的工序, 利用大功率热熔合机械接合, 搭接宽度40mm。熔接技术要求:搭接处抗拉强度较普通膜材高10%, 且按照熔接的长度、宽度、室内温度、湿度确定熔接的时间、电流强度等技术参数。

本项目结构形式复杂, 结构分析内容较多, 构造也有其特点。本文介绍了结构分析的模型、方法与结果, 同时介绍了主要节点的设计、网格膜制作, 可为今后类似项目提供宝贵经验。