图1为广州某高校宿舍区其中的四栋宿舍A1～A4，根据建筑设计方案，宿舍与宿舍之间在三楼 (楼面标高6.4m) 处采用三道连廊连接。为了在校园宿舍区营造一种活泼动感的氛围，业主放弃了传统形式的连廊遮阳，拟采用膜结构作为连廊屋盖形式。其中A1与A2栋之间的连廊长28.5m，宽4.5m;A2与A4栋之间的连廊长18m，宽6m。由于宿舍正在施工，需要预先确定膜结构的设计方案并在宿舍的相应位置预埋钢板，以满足日后膜结构施工的需要。

受业主委托，广州市建筑科学研究院新技术开发中心进行了膜结构的初步设计。本文介绍了该连廊膜结构工程的若干建筑方案以及结构的设计过程，以期为日后类似的工程设计工作提供参考。

膜结构的形态是多种多样的，从其基本构成来看，绝大多数是由鞍形、伞形、拱支式和脊谷式这四种基本形状演变而来的[1]。尽管各种基本形式的造型各不相同，但都遵循一个原则，即膜的固定边界必然是一系列的高点和低点，固定边界点不能在同一平面内，膜结构通过张拉，形成负高斯曲率的曲面。把握了这一原则，在实际设计中就可以通过设置支承构件来选取适当的膜结构造型。由于连廊狭长，且业主要求支承结构不能设置在桥面或地面的走道上，故在连廊桥面的两侧设置刚性支承是较好的支承形式。

图2是采用三个组合鞍形的膜结构方案。每个鞍形曲面由4个不共面的固定点和连接固定点的边索围合而成，形成典型的双曲抛物面。

方案采用膜结构找形程序Cadisi进行设计，高点与低点的高差为1.5m，膜的经纬向应力比为1∶1。膜的角点通过在连廊天桥上设置的立柱提供，靠近宿舍大楼两边的角点实际上可以利用已建成的宿舍大楼，将宿舍楼板或梁柱节点作为膜结构角点的支承位置。这样做既可以利用已有结构而省去一部分支承的钢柱，又可以减轻连廊天桥的受力。

图3是采用四个组合伞形的膜结构方案。伞形膜也是常见的张拉膜结构形式之一。这种结构形式的特点是：膜结构周边相对位置较低，大都固定在刚性边梁或柔性边索上；膜单元的中部设有一个 (或多个) 高点，通过独立柱、飞柱或悬挂环等形式进行支承。

方案采用Cadisi软件进行设计，伞尖高点与低点的高差为3m，膜的经纬向应力比为1∶1.5。膜的低点由连廊天桥上设置的立柱提供。靠近宿舍楼两边的低点锚固在宿舍的梁柱节点位置。然后，在两幢宿舍的上一层楼板之间设置一条钢管，膜结构的高点就设置在钢管上。为了增强支承结构的纵向刚度，在膜低点之间各设置了一道连接钢梁。

图4是采用拱支承的膜结构方案。拱支承式膜结构以拱为膜提供连续的支承点，其形状实际也属于马鞍形。设计方案中拱的矢高为1m，膜的经纬向应力比为1∶1。从方案的膜结构初始平衡形状来看，拱的矢高过小，膜面显得过于平坦，排水可能存在问题，因此在实际设计中应该增大拱的矢高。

图5是一个单体马鞍形的膜结构方案。鞍形曲面由8个不共面的固定点和连接固定点的8条边索围合而成。为了使膜面能够覆盖连廊，连廊天桥上采用斜柱，外伸投影距离为2m，其代价是浪费了部分的膜材。该方案的排水方式为自由排水，滴水先从两边由高往低流，然后再沿连廊的两侧排水。

由于业主希望结构做得新颖、轻巧、飘逸和简洁，不希望做得像传统遮阳那样在连廊有过多的支撑，因此最终选择了单体马鞍形的膜结构方案。

结构设计一般包括钢结构设计与膜结构设计。首先根据建筑方案，把膜结构的边界作为固定边界进行荷载分析，求出支座的反力（固定节点编号见图6）；然后再把支座反力反向加在钢结构上，进行钢结构设计。由于业主只要求先给出膜结构的支座反力以便在宿舍楼预留钢埋件，因此这里只给出膜结构的计算分析过程。

本工程采用自编的非线性结构计算程序[2]进行膜结构的荷载分析，检验膜结构在外荷载作用下的强度、刚度是否符合要求。设计中，膜结构的经纬向初始张拉应力取2kN/m，边索预张力取20kN。由于膜结构采用自由排水方式，本工程还采用了的竖向荷载验算了膜的排水能力[3]。

作用于膜面的荷载以及荷载组合多种多样，膜结构的自重仅为10 N/m2左右，地震作用不明显，均可忽略不计。另外广州地区常年无雪，因此最后仅取膜结构的控制荷载为“初始预张力+1.4×风载 (吸力) ”。设计基本风压[4]取w0=0.5k N/m2（按50年一遇），地面粗糙程度C类，风压高度变化系数μz=0.74。由于暂无风洞实验等数据，体形系数取μs=1.3，风振系数取β=1.5[5]。通过验算，结构总体上满足荷载要求，但膜面的局部区域会出现褶皱。表1给出了采用宿舍结构作为膜结构锚固点处的支座反力。

为了安全起见, 埋件设计时再将支座反力乘以1.2的增大系数来进行计算。锚板和锚筋所组成的受力预埋件根据《混凝土结构设计规范》[6] (GB50010-2002) 第10.9.1条进行设计。计算采用设计软件Morgain.v2006完成。如对于A2宿舍节点26处的锚板, 受到拉力与剪力的共同作用, 拉力为62.47×1.2=74.96kN, 剪力为=92.82kN。柱子混凝土强度等级为C30, 受力直锚筋的层数取n=2层, 每层直锚筋为3Φ16。根据计算, 锚筋面积满足要求。此时锚板宽度B为180mm, 锚板高度H为180mm, 厚度t为14mm。

膜结构是一种造型新颖独特的屋盖结构形式。本文通过简要介绍膜结构的设计过程，为各位同行在日后遇到类似的工程设计时提供参考。