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体育馆屋面结构分析

作者: ‖ 时间:2016-8-10 ‖ 来源: ‖ 点击:741

  随着国家综合国力的增强,人们生活节奏的加快,身体素质越来越成为人们关心的一个话题。借着2008年北京奥运会的春风,全民刮起了一股体育锻炼热潮。然而锻炼必不可少的地方就是体育馆。体育馆由于跨度大,所以屋面结构在整个建筑设计中就占了重要地位,对建筑造型起了决定性作用。屋面系统可以说是体育馆最具表现力的部分,很多体育馆建筑的屋面结构都凭借着独特的造型,巧妙的构思给人们留下了深刻的印象。只要满足覆盖屋顶的要求,屋面就可以设计成多种形状。体育馆的兴建也促进了大跨度结构建筑的发展,让其有别于一般的民用和商业建筑,这正是其特点和精髓的地方。

 

  体育馆的结构最重要的就是金属屋面系统的结构,它可以左右建筑的体量并影响与环境的协调,也影响建筑的内景和外貌。目前,屋面结构分平面和空间两种。平面结构常用的有:梁、拱、钢架、桁架、折板等,空间结构常用的有:网架结构、悬索结构、充气结构等。常用是网架和钢桁架系统。其设计特点是:简洁现代、整体感强。

 

  关于体育馆屋面系统,我们鼎轩建筑也承接了一些工程,大家可以查看以下案例:体育馆类建筑

 

  (一)网架结构

 

  是由多根杆件按一定网格形式通过节点连接而成构成大跨度覆盖的空间结构。可用作体育馆、影剧院、展览厅、候车厅、体育场看台雨篷、飞机库、双向大柱等建筑的屋盖。

 

  网架结构的特点:

  (1)经济:杆件截面小,钢材消耗量低,工程成本相对低。所有组成杆件标准化,能在工厂里批量生产,组件成本相对低,质量易保证。安装工期短,速度快;

 

  (2)安全:高次超静定结构,可承受较大荷载,应力分布均匀,刚度大,稳定性好;

 

  (3)跨度大:网架结构受力合理、刚度大,能制作较大跨度的网架,中间没有立柱;

 

  (4)有利于建筑造型和立面处理:可以做成方形、矩形、多边形、扇形、圆形等。实用上可自由分隔,同样可以悬挂一定的荷载(在节点上)。

 

  (二)悬索结构

 

  由柔性受拉索以及边缘构件或支撑塔架所组成的承重结构。可用于体育馆、大跨度桥梁工程、飞机库、展览馆、仓库等大跨度屋面结构中。

 

  悬索屋面结构具有以下特点:

 

  (1)悬索结构通过索的轴向受拉来抵抗外荷载的作用,可以最充分地利用钢材的强度。索一般都是采用高强度材料制成的,更可大大减少材料用量并可减轻结构自重,因而,悬索结构适用于大跨度的建筑物。跨度越大,经济效果越好;

 

  (2)悬索结构便于建筑造型,容易适应各种建筑平面,因而能较自由地满足各种建筑功能和表达形式的要求,钢索线条柔和,便于协调,有利于创作种种新颖的富有动感的建筑体型。

 

  (3)悬索结构施工比较方便。钢索自重很小,屋面构件一般也较轻,安装屋盖时不需要大型起重设备,施工时不需要大量脚手架,也不需要模板。因而,与其他结构形式比较,施工费用相对较低;

 

  (4)可以建造具有良好物理性能的建筑空间,双曲下凹碟形悬索屋面具有极好的音响性能,因而可以用来遮盖对声学要求较高的公共建筑,悬索屋盖对室内采光也极易处理,故用与采光要求高的建筑物也很适宜。

 

  (5)悬索屋盖的稳定性较差,但根的悬索是一种集合可变结构,其平衡形式随荷载分布方式而变,特别是当荷载作用方向与垂度方向相反时,悬索就丧失了承受能力,因此,常常需要附加布置一些索系或结构来提高屋面结构的稳定性;

 

  (6)悬索结构的边缘构件和下部支承必须具有一定的刚度和合理的形式,以承受索端巨大的水平拉力,因此悬索体系的支承结构往往需要耗费较多的材料,无论是设计成钢筋混凝土结构或钢结构,其用钢量均超过钢索部分。当跨度小时,由于钢索锚固构造和支座结构的处理与大跨度时一样复杂,往往并不经济。

 

  (三)充气结构

 

  又名“充气膜结构”,是在高分子材料制成的薄膜制品中充入空气,形成一定空间结构。由于膜结构内部具有富氧,不受外界天气干扰的重要因素,因此膜结构广泛的应用在体育场馆领域,如滑冰场,游泳馆,羽毛球场等。由于膜结构具有丰富多彩的造型、优异的建筑特性、结构特性和适宜的经济型等其他传统建筑无法比拟的优势,膜结构必定越来越广泛地应用于工业与人们的日常生活中,具有广阔的前景。

 

  膜结构按结构受力特性大致可分为充气式膜结构、张拉式膜结构、骨架式膜结构、组合式膜结构等四大类。

 

  气充气式膜结构又可分为气承式膜结构和气账式膜结构(或叫气肋式膜结构),以及组合式气膜(气承式与气肋式组合)。

 

  气承式膜结构是通过压力控制系统向建筑物室内充气,便室内外保持一定的压力差,膜体受到上浮力,并产生一定的预张力,以保证体系的刚度。室内设置空压自动调节系统,来不断地调整室内气压,以适应外部荷载的变化。

 

  气胀式膜结构是向单个膜构件内充气,使其保持足够的压力,多个膜构件进行组合形成一定形状的一个整体受力体系,这种结构对膜材自身的气密性要求很高,或需不断地向膜结构构件内充气。

 

  张拉式膜结构是现代膜结构建筑的重要组成部分,膜面一般为负高斯曲面,因此,体形丰富、自然流畅、曲面柔美,倍受建筑师们的青睐。但这种结构体系受力分析复杂,对施工精度要求高,因此,其设计计算、加工制作工艺难度都较大。

 

  骨架式膜结构是自身封闭的、稳定的骨架体系(一般是钢桁架体系、网架结构、索网结构或张拉式体系)与膜材料共同组成一个结构受力体系。体系施工与常规结构相似(除索网或张拉整体体系等的自身施工外),较易被工程界理解和接受,但为了让膜具有一定的刚度,骨架体系提供给膜的支撑系统一般要有一定的曲度,并应设置向膜中施加预应力的机构。

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