索膜結(jié)構(gòu)挑蓬設(shè)計(jì)及膜結(jié)構(gòu)事故分析之挑篷的特點(diǎn)
    體育場(chǎng)挑篷由于使用功能的要求，一般需要較大體量，覆蓋面積需幾萬平方米，同時(shí)由于懸挑的特點(diǎn)，受力狀況和布置受到很多限制，同時(shí)結(jié)構(gòu)大多呈空間狀態(tài)。對(duì)體育場(chǎng)挑篷結(jié)構(gòu)大致可歸納出以下幾個(gè)特點(diǎn)：
  1、從體育場(chǎng)建筑的本身來看，形式、種類繁多，并與結(jié)構(gòu)關(guān)系密切。
  2、從材料的應(yīng)用角度來看，由早先的混凝土結(jié)構(gòu)發(fā)展為鋼結(jié)構(gòu)，由低強(qiáng)度鋼發(fā)展到應(yīng)用高強(qiáng)度拉索。
  3、從結(jié)構(gòu)組成來看，由早期的簡(jiǎn)單構(gòu)件過度到平面結(jié)構(gòu)，由平板型網(wǎng)架發(fā)展到網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)，由單一的空間構(gòu)架發(fā)展成各種單元的組合結(jié)構(gòu)。
  4、從建筑的重要性來看，體育場(chǎng)挑篷往往是一個(gè)城市的標(biāo)志性建筑，對(duì)提升一個(gè)城市乃至一個(gè)國(guó)家起著一定作用，同時(shí)設(shè)計(jì)該種建筑已成為一個(gè)國(guó)家建筑水平的集中體現(xiàn)，因此重要的體育場(chǎng)設(shè)計(jì)往往有多個(gè)國(guó)家的公司參與競(jìng)爭(zhēng)。
  5、從結(jié)構(gòu)受力角度來看，體育場(chǎng)挑篷大多呈空間受力狀態(tài)，往往由多種類型的單元組成，設(shè)計(jì)分析較為復(fù)雜。現(xiàn)代體育場(chǎng)的挑篷從廣義上說主要分為環(huán)狀挑篷和主看臺(tái)挑篷兩種形式。環(huán)狀挑篷形式體育場(chǎng)的挑篷俯視大都類似圓環(huán)或橢圓環(huán)，也有呈挖空的矩形的，挑篷在一周的平面上是連續(xù)的，可基本覆蓋體育場(chǎng)一周的所有看臺(tái)。
    主看臺(tái)挑篷形式體育場(chǎng)的挑篷通常設(shè)置于兩邊主看臺(tái)，也有一些體育場(chǎng)是僅在單邊主看臺(tái)設(shè)置挑篷，個(gè)別體育場(chǎng)在垂直于主看臺(tái)的副看臺(tái)上也設(shè)置挑篷。相對(duì)來說，主看臺(tái)挑篷的造價(jià)和建造難度要低于環(huán)狀挑篷，但實(shí)際上，選擇主看臺(tái)挑篷的形式并不僅僅是考慮經(jīng)濟(jì)上的原因，也有很多美學(xué)及與環(huán)境協(xié)調(diào)的要求。最初的主看臺(tái)挑篷從俯視圖上看吃不開矩形，屬于相對(duì)簡(jiǎn)單的形式，但隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和對(duì)美學(xué)要求的進(jìn)一步提高，更為美觀的弧形挑篷已逐漸成為設(shè)計(jì)的主流，近年來興建的體育場(chǎng)基本上已不再采用矩形主看臺(tái)挑篷的形式。
    索膜結(jié)構(gòu)體育場(chǎng)挑篷是一種不同于傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的挑篷結(jié)構(gòu)形式，由于其獨(dú)特新穎、優(yōu)美豐富的造型而越來越得到廣泛的應(yīng)用。并且它打破了以往“先建筑，后結(jié)構(gòu)”的設(shè)計(jì)過程，結(jié)構(gòu)工程師一開始就直接參與到建筑的選型過程中來。
    索膜結(jié)構(gòu)挑蓬的設(shè)計(jì)過程大致可以分為四個(gè)階段。第一階段是找形設(shè)計(jì)階段，即滿足索膜初始張力平衡條件，同時(shí)接近設(shè)計(jì)者預(yù)想的曲面形狀的求解過程；第二階段是荷載分析階段，即由初始形態(tài)設(shè)計(jì)的曲面形式，在各種外荷載作用下求解其變形、索膜內(nèi)力的過程；第三個(gè)階段是裁剪分析階段，即生成平面膜材的裁剪下料圖；第四個(gè)階段是將上部索膜結(jié)構(gòu)在外荷載作用下輸出反力施加在下部鋼結(jié)構(gòu)上進(jìn)行校核。
    本文推導(dǎo)了用力密度法進(jìn)行索膜結(jié)構(gòu)形狀確定的理論公式。并且通過力密度法對(duì)某體育場(chǎng)司令臺(tái)挑蓬進(jìn)行形態(tài)分析，然后在此基礎(chǔ)上運(yùn)用非線性有限元法進(jìn)行荷載分析。
    總結(jié)了膜結(jié)構(gòu)撕裂事故的各種原因，并對(duì)膜結(jié)構(gòu)通病及一些工程破損、破壞事故進(jìn)行了分析。對(duì)一膜結(jié)構(gòu)工程事故進(jìn)行了研究，比較了實(shí)際結(jié)構(gòu)與原設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)在相同風(fēng)荷載下的受力情況，得出了膜面可能導(dǎo)致撕裂的原因。設(shè)計(jì)了四種破損部分膜結(jié)構(gòu)的加固方案，并且進(jìn)行了比較，得出了最為優(yōu)越的加固結(jié)構(gòu)。對(duì)加固結(jié)構(gòu)抗風(fēng)索在不同預(yù)應(yīng)力下進(jìn)行受力比較，發(fā)現(xiàn)了一些規(guī)律。