封闭式大空间张拉钢索膜建筑.pdf

本发明公开了一种封闭式大空间张拉钢-索-膜建筑，属膜结构的建筑技术，其技术要点包括顶部、侧立面和两端的山墙，其中，所述的侧立面是由多个张拉膜结构块体成纵向连续组合而成，各张拉膜结构块体之间均设有刚性边界构件连接；所述顶部的膜块是由刚性边界构件顶部和两端山墙顶部之间拉通的多条纵向和横向预应力钢索所构成的钢索网支承，顶部的膜块、预应力钢索和刚性边界构件共同组成钢-索-膜结构体系。本发明具有造价低廉、施工方便、结构牢固、使用寿命较长的优点，可用于体育场馆建设。

1.  一种封闭式大空间张拉钢-索-膜建筑，包括顶部(1)、侧立面(2)和两端的山墙(3)，其特征在于，所述的侧立面(2)是由多个张拉膜结构块体(2a)成纵向连续组合而成，各张拉膜结构块体(2a)之间均设有刚性边界构件(4)连接；所述顶部(1)的膜块(1a)由刚性边界构件(4)顶部和两端山墙(3)顶部之间拉通的多条纵向和横向预应力钢索所构成的钢索网支承，顶部(1)的膜块(1a)、预应力钢索和刚性边界构件(4)共同组成钢-索-膜结构体系。

2.  根据权利要求1所述的封闭式大空间张拉钢-索-膜建筑，其特征在于，所述的山墙(3)为中间高两边低的刚性结构体；顶部(1)在纵向剖面上膜块(1a)的中间部位比两端山墙(3)低，顶部(1)的横向剖面上膜块(1a)的中间部位比两边高；顶部(1)的纵向或横向的排水坡度为10％。

3.  根据权利要求1所述的封闭式大空间张拉钢-索-膜建筑，其特征在于，所述的山墙(3)为中间低两边高的刚性结构体；顶部(1)在中间纵向剖面上膜块(1a)的中间部位比两端山墙(3)高，顶部(1)的横向剖面上膜块(1a)的中间部位比两边低；顶部(1)的纵向或横向的排水坡度为10％。

4.  根据权利要求1所述的封闭式大空间张拉钢-索-膜建筑，其特征在于，所述的刚性边界构件(4)间的间隔距离为6米至8米。

5.  根据权利要求1所述的封闭式大空间张拉钢-索-膜建筑，其特征在于，所述的顶部(1)的膜块(1a)采用透光率8～15％的聚氯乙烯涂层膜材。

6.  根据权利要求1所述的封闭式大空间张拉钢-索-膜建筑，其特征在于，所述的侧立面(2)膜面采用光反射率≤0.2的彩色聚氯乙烯涂层膜材。

7.  根据权利要求1所述的封闭式大空间张拉钢-索-膜建筑，其特征在于，所述的预应力钢索上施加的预应力为钢索极限承载力的5～20％。

8.  根据权利要求1所述的封闭式大空间张拉钢-索-膜建筑，其特征在于，所述的顶部(1)与侧立面(2)交接部设有钢索或型钢转接支承。

9.  根据权利要求2或3所述的封闭式大空间张拉钢-索-膜建筑，其特征在于，所述的刚性边界构件(4)为基本垂直。

10.  根据权利要求2或3所述的封闭式大空间张拉钢-索-膜建筑，其特征在于，所述的刚性边界构件(4)的顶部向外倾斜。

封闭式大空间张拉钢-索-膜建筑
技术领域
本发明涉及一种膜结构的建筑技术，更具体地说，它涉及一种封闭式大空间张拉钢-索-膜建筑。
背景技术
传统的封闭式大空间结构建筑，如各种室内体育场馆，一般为刚性结构，其顶部自重较大，每平方米的自重通常在几百公斤，重的甚至过千，因而对基础的要求高、投资大、建设周期较长；而膜材物料的单位重量轻，其建筑所需要的基础要求低，因而具有施工容易、建筑成本低、建设周期短的优点。目前使用膜材物料的封闭式大空间建筑的篷房，是由铝合金型材或钢型材构成结构框架上外铺膜材而成；因膜材无预张力及骨架承载力弱，所以只能使用1～3个月；并且篷房建设所需要的厚铝型材需要由国外进口，成本造价高昂。另一种封闭式膜结构建筑是封闭式充气膜结构(air-supported structure)，是用膜裁成气囊式形体，向气囊内充气形成一个气承式的结构体系并用索稳定整个结构系统(cable-net system)。其膜材的用量很大，膜材或整个结构造价也很大；使用时室内空气流动不畅，室内非常闷热，室内需经常送风，较适用于北方天气寒冷地方；因经常性地机械送排风，并且其使用的膜材不透光而导至全天照明，机械和设备投入量很大，不节能；火灾后防护性能极差，当火灾发生后气囊的膜材窜破后结构体系会在一至两个小时内倒塌，并且室内的烟雾没法立即散去，很容易造成在室内的人员昏迷，造成人员和财产的严重损失。所以这种膜结构适合于跨度很长(≥100米)且临时性体育场馆。
通过钢柱、索构成一个基本结构骨架体系，并加入张拉膜技术形成钢-索-膜结构建筑，具有材料成本低，使用寿命长的优点，结构体系安全和施工方便等优点。至目前为止，国内、外还未见到封闭式大空间张拉钢-索-膜结构的建筑之相关报道。
发明内容
本发明要解决的技术问题是针对现有技术的上述不足，提供一种造价低廉、施工方便、结构牢固、使用寿命较长的封闭式大空间张拉钢-索-膜建筑。
本发明的技术方案是这样的：一种封闭式大空间张拉钢-索-膜建筑，包括顶部、侧立面和两端的山墙，其中，所述的侧立面是由多个张拉膜结构块体成纵向连续组合而成，各张拉膜结构块体之间均设有刚性边界构件连接；所述的顶部是由一块整体膜块覆盖，该整体膜块由刚性边界构件顶部和两端山墙顶部之间拉通的多条纵向和横向预应力钢索所构成的钢索网支承，顶部的整体膜块、预应力钢索和刚性边界构件共同组成钢-索-膜结构体系。
进一步的，上述的封闭式大空间张拉钢-索-膜建筑中，所述的山墙为中间高两边低的刚性结构体；顶部在纵向剖面上膜块中间部位比两端山墙低，顶部的横向剖面上膜块的中间部位比两边高；顶部的纵向或横向的排水坡度为10％。
上述的封闭式大空间张拉钢-索-膜建筑中，所述的山墙也可以为中间低两边高的刚性结构体；顶部在中间纵向剖面上膜块的中间部位比两端山墙高，顶部的横向剖面上膜块的中间部位比两边略低；顶部的纵向或横向的排水坡度为10％。
更进一步的，上述的封闭式大空间张拉钢-索-膜建筑中，所述的刚性边界构件间的距离以6米至8米为佳；所述的顶部的膜块采用透光率8～15％的聚氯乙烯涂层膜材；所述的侧立面膜面采用光反射率≤0.2的彩色聚氯乙烯涂层膜材；所述的预应力钢索上施加的预应力为钢索极限承载力的5～20％；所述的顶部与侧立面交接部设有钢索或型钢转接支承。
上述的封闭式大空间张拉钢-索-膜建筑中，所述的刚性边界构件可以为基本垂直；刚性边界构件的顶部也可以向外倾斜。
本发明与现有技术相比，有以下优点：
(1)本发明不但提高了膜结构建筑的结构安全和使用周期，而且极大地降低顶部结构支承体系的复杂性和减轻自重，有效地维持建筑的外形稳定性，降低结构投资，并且具有丰富变化的外立面线条，结合使用建筑节能原理后，无论从颜色、造型及使用都胜过篷房和充气膜结构，避免了普通篷房上围护结构的膜材由于无法施加预张力而造成松弛和充气膜结构重量大等弊端；
(2)本发明的膜结构体系中，铝或钢型材所占比例较小，大部分为索及膜材，主要立面的围蔽也是膜材，均为轻质材料，因而施工非常方便，施工周期短，所需施工设备较为简易，施工场地的建筑余物很少且膜材余料均能回收利用，施工中也无污染物排放。
(3)本发明的膜结构体系中，膜结构自重一般只是约为1kg/m²，具有比传统封闭式大空间建筑所不能比拟的轻便和节省。
(4)本发明的膜结构体系使用寿命长，通常可提供5至20年的正常使用周期，特别适合建设较长使用期限的网球、羽毛球等体育场馆。
(5)本发明可采用透光率8～15％的聚氯乙烯涂层膜材作为顶部膜块，这样白天可以有效的利用自然光线，室外全云天空时室内的照度达为1000Lux漫射光，所以室内的照度非常柔和、舒适且满足相关建筑规范的照度要求；并且侧立面采用光反射率≤0.2的彩色聚氯乙烯涂层膜材，室内不可能出现眩光现象，所以特别适合于建设网球、羽毛球等体育场馆。在白天八时到十七时之间，室内不用人工照明，节省了能耗，克服了钢结构及充气结构网球、羽毛球等体育场馆白天采用人工照明的缺点；在正规比赛时，可在室内屋面吊挂光反射率≤0.2遮光布，满足相关竞赛规则要求。
附图说明
下面结合附图中的实施例对本发明作进一步地详细说明，但不构成对本发明的任何限制。
图1是本发明具体实施例1的立体结构示意图；
图2是本发明实施例1的主视图；
图3是图2的左视图；
图4是图2的俯视图；
图5是本发明具体实施例2的立体结构示意图；
图6是本发明实施例2的主视图；
图7是图6的左视图；
图8是图6的俯视图。
具体实施方式
实施例1
参阅图1至图4所示，本发明的封闭式大空间张拉钢-索-膜建筑，包括顶部1、侧立面2和两端的山墙3，侧立面2是由多个张拉膜结构块体2a成纵向连续组合而成，各张拉膜结构块体2a之间均设有刚性边界构件4连接；山墙3为中间高两边低的刚性结构体；顶部1的膜块1a是由刚性边界构件4顶部和两端山墙3顶部之间拉通的多条纵向和横向预应力钢索所构成的钢索网支承，顶部1在纵向剖面上膜块1a的中间部位比两端山墙3低，顶部1的横向剖面上膜块1a的中间部位比两边高，使顶部1的纵向或横向的排水坡度为10％左右，这样可形成自然向建筑物的两侧排水所需要的坡度；顶部1的膜块1a、预应力钢索、刚性边界构件4、山墙3共同组成钢-索-膜结构体系；本发明纵向及横向的开间距离为刚性边界构件4间的距离，为6米，本实施例中刚性边界构件4的顶部向外倾斜；本发明的顶部1的膜块1a可采用透光率8～15％的聚氯乙烯涂层膜材，完全可以满足内部照明的需要，在白天使用时不再需要电源进行照明，可以大大地节约能源和营运成本；侧立面2的膜材采用光反射率≤0.2的彩色聚氯乙烯涂层膜材，以保证室内不出现眩光现象；本发明预应力钢索上施加的预应力为钢索极限承载力的5～20％，具体的预应力大小应根据场馆所在地的风荷载、活荷载或雪荷载确定，荷载大则施加的预应力大。本发明在顶部1与侧立面2交接部还应设置钢索或型钢进行转接支承，以保证顶部1与侧立面2交接面的抗变形能力。
实施例2
参阅图4至图8所示，为本发明的另一种封闭式大空间张拉钢-索-膜建筑，包括顶部1、侧立面2和两端的山墙3，侧立面2是由多个张拉膜结构块体2a成纵向连续组合而成，各张拉膜结构块体2a之间均设有刚性边界构件4连接；山墙3为中间低两边高的刚性结构体；顶部1的膜块1a是由刚性边界构件4顶部和两端山墙3顶部之间拉通的多条纵向和横向预应力钢索所构成的钢索网支承，顶部1在中间纵向剖面上膜块1a的中间部位比两端山墙3高，顶部1的横向剖面上膜块1a的中间部位比两边略低，使顶部1的纵向或横向的排水坡度为10％左右，这样同样可形成自然向建筑物的两侧排水所需要的坡度；顶部1的膜块1a、预应力钢索、刚性边界构件4、山墙3共同组成钢-索-膜结构体系；本发明纵向及横向的开间距离为刚性边界构件4间的距离，为8米，本实施例中刚性边界构件4基本垂直。
本发明是利用刚性边界构件4顶部及两端山墙3顶部在纵向及横向各拉通的预应力钢索，多条预应力钢索所形成的索网与膜一起共同受力，与侧立面2及两端山墙3及刚性边界构件4一起形成了一个空间受力的结构体系。并且本发明其顶部1的膜块1a和纵向侧立面2的各张拉膜结构块体2a之间使用钢索或型钢转接支承构件连接，使整个建筑的顶部1和纵向侧立面2的钢索和膜材通过受力平衡形成自然的分界面，围蔽成封闭式的大空间钢-索-膜结构体系建筑。