贵州省铜仁市奥体中心建设项目包含体育场、体育馆、游泳馆、网球中心、商业综合体五大部分，其中体育场是由预应力混凝土两层看台、索膜屋盖和外围钢结构支撑组成，场内可容纳45000名观众同时观赛。体育场平面投影为椭圆形，长轴283.3m、短轴265.3m，体育场屋盖采用索膜结构形式，车辐式索桁架和钢拱形成膜支撑结构，索桁架内环最高点51.499m，最低点49.700m，如图1、图2，索桁架是由上下径向索、吊索、上下环索以及撑杆组成，其中上下径向索间设置7道竖向吊索，上下环索通过撑杆连接，撑杆采用梭型钢管柱，高度21m。径向索外侧锚固于钢结构外压环梁上，内侧连接于内拉环的环索上，外压环水平钢桁架宽12m～13m，支承于内圈竖直和A形钢管柱及外圈倾斜钢管柱上。内圈钢柱铰接支撑于混凝土看台柱顶，外圈钢柱铰接支撑于6m标高钢筋混凝土结构上，车蝠式索桁架钢索均采用预应力全封闭索。

在两个相邻径向索桁架间布置7道钢弧拱，膜面覆盖在钢弧拱上，整个屋盖膜形似平缓马鞍状，以上径向索为界，分为36个独立膜单元，其中最大膜单元面积为1256平方米，最小膜单元面积为750平方米，膜单元最大悬挑跨度达到56米。单元膜的四周边界分别与环向边索、上径向索及后压环梁进行连接，为保证膜与支撑钢拱协同工作，在单元膜中部与钢拱进行通缝连接，确保力学模型与构造做法的一致性。

索膜屋盖结构设置两个环向交圈马道和4个径向马道，作为设备安装和检修通道，马道宽1.2米，高度1.4米。

整个建筑场馆规模宏大，技术先进，是国内为数不多的超大跨度索膜结构体育建筑。高低起伏的屋盖膜造型新颖独特，建成后将成为铜仁市地标性建筑，对推进城市发展、完善城市功能、提升城市品位，都具有十分重要的促进作用。

本工程索膜结构正在施工中，预计2018年10底完工。

本工程结构体系先进合理，屋盖结构采用车辐式索桁架结构+钢拱支撑膜屋面形式，与周圈钢结构连接形成一个自平衡受力体系；索桁架外侧锚固于作为外压环梁上，屋盖荷载经由膜屋面传递到支撑钢弧拱上，钢弧拱与径向索桁架铰接连接，荷载最终由钢结构支撑承受。柔性索桁架共36榀，其上下弦呈内凹型，外挑长度56米，索桁架上下径向索直径分别为Φ75和Φ130，上下环索分别选用4Φ85和6Φ120，上下径向索间设置7道竖向吊索，规格Φ20，均为封闭高钒索；上下环索间设置撑杆，采用梭型圆钢管Φ450～300x16，钢管端头采用铸钢节点连接，如图3、图4。

在两个相邻径向索桁架间布置7道钢弧拱，钢弧拱采用圆钢管Φ273x14，钢弧拱与上径向索夹铰接，钢拱上覆盖PTFE膜材，膜面以上径向索为界，分为36个膜单元，膜内元内环与边索连接，外环与后压环梁连接，膜总覆盖面积约40000平米。

采用膜结构专业分析计算软件STCAD计算屋面膜结构时，考虑结构自重、马道、灯光、索夹等恒载，均布、非均布等三种雪载以及不同风向十种风载及相应的荷载组合，如表1、表2。

膜材选用江苏维凯科技股份有限公司生产的PTFE H301型建筑膜材，属于G7类膜材。径向抗拉强度标准值为8000N/5cm(160kN/m），纬向抗拉强度标准值为7000N/5cm(140kN/m）。

按表2中的承载能力极限状态组合工况进行膜材强度设计，分别考虑第一类荷载组合工况和第二类荷载组合工况的最不利情况。在1.0倍预应力下，膜面最大应力见表3和表4，第一类荷载组合工况作用下膜面最大径向应力值为28.40kN/m，小于160/5.0=32kN/m；最大纬向应力值为11.46kN/m，小于140/5.0=28kN/m。在1.0倍预应力下，第二类荷载组合工况作用下膜面最大径向应力值为34.25kN/m，小于160/2.5=64kN/m；最大纬向应力值为15.34kN/m，小于140/2.5=56kN/m。膜材料强度满足要求。

表错误!文档中没有指定样式的文字。4第二类荷载组合工况作用下膜面最大应力云图（k N/m)

节点设计是膜结构设计过程中一个很重要的环节，要求安全可靠，受力明确简单。合理的节点做法应与结构计算模型假定相吻合，还要充分考虑构件制作、安装和造价等因素。因此，膜结构的节点设计具有其自身的特点和难度，设计时应该仔细推敲。

就本工程而言，有以下三处的节点设计是比较有代表性的，可以在以后的类似工程项目中参考应用。

每个膜单元分别与上径向索、前端边索和后压环梁连接（图5、图6、图7），为保持整个膜面边界的连贯和一致性，膜单元对接平整有序，突出膜结构美观效果，膜节点采用固定式构造做法，即膜边界（橡胶棒）嵌入铝合金夹具内，通过U型卡具与钢索或者钢管连接，由于该节点设计长度不能调节，对于索桁架和钢结构的制作和安装精度有很高要求，膜安装前准确测定膜连接关键控制点。另外，对于PTFE H301型膜材材料性能把控上也有很多要求，要根据厂家提供膜材原始数据，结合以往工程案例的经验，并对膜材经纬向双向拉伸试验，确定合理的膜裁剪经纬向补偿值，保证施工时膜面预张力的有效施加。

对于前端边索膜节点，由于边索长度可以调节，通过调节其长度进而对膜面施加预张力。

为防止U型卡具对钢索索体造成损坏，在U型卡具的内弧处加设橡胶垫片，起到防护作用，如图8。

屋面荷载由抗拉强度较大的膜材和支撑钢弧拱直接承受，钢弧拱拱脚与上径向索索夹铰接，为实现二者共同工作，膜与钢弧拱必须形成一个刚性体才能保证整个结构体系的稳定性，当钢弧拱两侧的荷载不同时，钢拱就会发生微小自由转动以适应荷载效应，起到有效卸载的作用。为使膜拱更好协同工作，采用在钢拱外弧表面焊接U型件，膜面通缝设置膜套以穿插铝合金卡具，卡具分段嵌入U型件，二者间隙很小，只有2mm，如图9。

根据膜结构预应力找形分析，膜面等高线分布如图10所示。发现整个膜面排水情况良好，但局部膜面存在积水安全隐患，如图左上所示放大区域不会积水，上径向索与周边钢结构连接区域（如图10左下方放大区域所示）存在点状积水现象，在此区域应设计排水节点，以避免膜面局部积水，保证膜面正常使用。

解决措施：在膜面局部积水区域设置泄水孔如图所示，将膜面上的水收集到泄水孔处的排水槽，并采用排水管导出，以消除安全隐患。

以上径向索为边界将整个膜屋面分隔成36个膜单元，裁剪时膜面裁剪布置应遵循如下原则：（1），美观，有良好的视觉效果；（2）受力性能良好，裁剪线布置应与膜材的径向方向相一致，即沿膜面主应力方向；（3）便于加工，避免裁剪线过于集中，以方便边角处理；（4）节省膜材。以其中一个膜单元为例，裁剪线布置示意如图所示。

膜材裁剪时的补偿值受诸多因素影响，如膜材弹性模量、徐变性能、膜面预应力水平、膜节点连接方式、膜张拉的难易程度等，结合以上因素综合确定膜材的裁剪补偿值如下：

[1]普通点：1%,1.2%[2]沿上径向索边界：0%,1.2%[3]沿边索边界：1.2%,0.5%[4]沿后压环梁边界：0%,1.2%;[4]中间七道拱膜节点：0%,1.2%

马道依据悬挂位置和使用功能不同分为环向马道和径向马道两种。马道平面布置如图13所示，其中环向马道分内环马道和外环马道，采用索夹和吊杆（钢撑杆）组合方式与上径向索连接如图14；径向马道共4道，对称布置，一端使用上下限位斜拉索和上径向索夹连接，另一端与环向马道钢销铰接如图15。

马道自重2.4KN/m，检修活载1KN/m。

设计组合荷载：1.2×2.4+1.4×1=4.28KN/m

环向马道悬吊于径向索桁架上，与马道索夹连接，环向马道分段制作和安装，节点设计时按最长段20米来考虑，吊杆选用材质Q345B规格D25;

经过验算，马道索夹螺栓受剪承载力和吊杆受拉承载力均满足设计要求！

径向马道设计荷载主要是由4根斜拉钢索承受，拉索选用高钒索Ф20，最小破断力391KN，考虑了2倍的安全系数。

本文着重介绍了铜仁体育场项目膜屋面的结构体系组成，膜面受力分析验算及膜材选型、裁剪线布置及膜材裁剪补偿值取值等。特别介绍了几种有代表性的节点构造作法以及马道的连接设计。保证膜结构设计符合建筑总体设计意图，又使得计算模型假设与实际节点构造相一致。对以后类似工程设计提供有益的参考。