空间膜结构是一种利用预应力和双曲面几何形状，使薄膜材料承受张力而形成稳定的空间形体的结构形式。空间膜结构具有轻质、美观、透光、大跨度等特点，广泛应用于体育场馆、展览中心、商业广场等建筑领域。

       甘肃运动场是甘肃省的一座综合性体育场馆，位于兰州市城关区，占地面积约 10 万平方米，可容纳 4 万人观赛。为了提升运动场的功能和美观，甘肃运动场计划在原有的混凝土看台上增加一层空间膜结构的屋盖，以遮阳、防雨、降噪、节能等效果。本文旨在介绍甘肃运动场空间膜结构施工方案的主要内容，包括设计原则、结构形式、材料选择、施工工艺等方面。

       二、设计原则

       甘肃运动场空间膜结构施工方案的设计原则主要有以下几点：

       以满足运动场的功能需求和审美要求为目标，充分考虑空间膜结构的力学性能、耐久性能、防火性能、环境适应性等因素，选择合适的结构形式和材料类型。

       以保证空间膜结构的安全稳定为前提，合理确定结构的尺寸、形状、预应力、边界条件等参数，避免出现过大的变形、应力集中、疲劳破坏等现象。

       以优化空间膜结构的施工效率和质量为导向，制定科学的施工工艺和方法，采用先进的设备和技术，控制好施工的时间、成本、质量等指标。

       以尊重空间膜结构的特性和美感为原则，协调好空间膜结构与原有建筑的关系，遵循空间膜结构的设计理念和风格，创造出富有创意和表现力的空间形态。

       三、结构形式

       甘肃运动场空间膜结构的结构形式为单层悬挂式空间膜结构，即由一层薄膜材料通过钢索和索杆等构件与周边的支撑结构连接，形成一个悬挂在空中的空间形体。

       单层悬挂式空间膜结构的优点是结构简单、轻巧、经济，适合于大跨度的覆盖结构。单层悬挂式空间膜结构的缺点是结构的刚度较低，容易受到风荷载、雪荷载、温度变化等因素的影响，导致结构的变形和应力的变化。

       甘肃运动场空间膜结构的平面形状为椭圆形，与运动场的看台形状相匹配，周长约为 600 米，最大跨度约为 200 米，最小跨度约为 100 米。空间膜结构的高度为 30 米，与运动场的灯塔高度相同，形成一个统一的空间形象。

       空间膜结构的曲面形状为双曲面，即由两个相反方向的曲率组成的曲面，具有较好的力学性能和美观性。空间膜结构的曲率由结构的边界条件和预应力决定，一般采用数值模拟和优化设计的方法确定。

       空间膜结构的边界条件为固定边界，即空间膜结构的边缘与周边的支撑结构固定连接，不允许有相对位移和转角。固定边界的优点是结构的稳定性和刚度较高，边缘的应力较小，不易产生皱褶。固定边界的缺点是结构的自由度较低，对支撑结构的要求较高，需要有足够的抗弯和抗剪能力。

       空间膜结构的预应力是指在空间膜结构安装前，通过施加外力，使空间膜结构的薄膜材料处于一定的张力状态，以提高结构的刚度和稳定性，减小结构的变形和应力的波动。空间膜结构的预应力的大小和分布由结构的形状、材料、荷载等因素决定，一般采用数值模拟和试验验证的方法确定。

       四、材料选择

       甘肃运动场空间膜结构的主要材料有两种，一种是薄膜材料，另一种是支撑结构材料。

       薄膜材料是空间膜结构的主要承力材料，其性能直接影响结构的功能和寿命。薄膜材料的主要性能指标有：

       强度：指薄膜材料承受张力的能力，一般用抗拉强度和断裂伸长率表示。

       刚度：指薄膜材料抵抗变形的能力，一般用弹性模量和泊松比表示。

       耐久性：指薄膜材料抵抗老化和损坏的能力，一般用耐候性、耐紫外线、耐化学腐蚀、耐磨损等指标表示。

       防火性：指薄膜材料抵抗火灾的能力，一般用阻燃性、自熄性、烟密度、毒性等指标表示。

       透光性：指薄膜材料透过光线的能力，一般用透光率、反射率、吸收率等指标表示。

       隔热性：指薄膜材料隔绝热量的能力，一般用热传导率、热容量、热膨胀系数等指标表示。

根据甘肃运动场空间膜结构的功能和环境要求，本方案选择了 聚四氟乙烯（PTFE）涂层玻璃纤维薄膜 作为薄膜材料。PTFE涂层玻璃纤维薄膜是一种高强度、高刚度、高耐久性、高防火性、高透光性、高隔热性的薄膜材料，是目前国际上最成熟和最广泛应用的空间膜结构材料之一。PTFE涂层玻璃纤维薄膜的主要性能参数如下表所示：

       支撑结构材料是空间膜结构的辅助承力材料，其作用是提供空间膜结构的边界条件，传递空间膜结构的内力，保证空间膜结构的稳定性和安全性。支撑结构材料的主要性能指标有：

       强度：指支撑结构材料承受压力、拉力、弯曲力、剪力等的能力，一般用抗压强度、抗拉强度、抗弯强度、抗剪强度等表示。

       刚度：指支撑结构材料抵抗变形的能力，一般用弹性模量、剪切模量、泊松比等表示。

       耐久性：指支撑结构材料抵抗老化和损坏的能力，一般用耐候性、耐腐蚀性、耐疲劳性等指标表示。

重量：指支撑结构材料的单位体积的质量，一般用密度表示。

       根据甘肃运动场空间膜结构的结构形式和荷载特点，本方案选择了 钢材 作为支撑结构材料。钢材是一种高强度、高刚度、高耐久性、轻重适中的结构材料，是目前国际上最常用的空间膜结构支撑结构材料之一。钢材的主要性能参数如下表所示：

       五、施工工艺

       甘肃运动场空间膜结构的施工工艺主要包括以下几个步骤：

       薄膜材料的加工：根据空间膜结构的设计图纸，将薄膜材料按照规定的尺寸和形状切割，然后通过高频焊接、缝合等方式将切割好的薄膜片拼接成整体的薄膜面，同时在薄膜面的边缘安装连接件，如钢索、索杆、环形件等，以便与支撑结构连接。

       支撑结构的安装：根据空间膜结构的设计图纸，将钢材按照规定的尺寸和形状加工成支撑结构的构件，如钢柱、钢梁、钢索等，然后通过螺栓、焊接等方式将支撑结构的构件组装成整体的支撑结构，同时在支撑结构的边缘安装连接件，如钢索、索杆、环形件等，以便与薄膜面连接。

       薄膜面的安装：将加工好的薄膜面通过吊车等设备吊装到支撑结构的上方，然后通过连接件将薄膜面的边缘与支撑结构的边缘连接，形成一个初步的空间膜结构。

       薄膜面的预应力施加：通过调节连接件的长度和角度，使薄膜面的边缘受到一定的拉力，使薄膜面呈现出预定的双曲面形状，同时测量薄膜面的变形和应力，与设计值进行对比，进行必要的调整，直到达到设计要求的预应力水平和形状精度。

       薄膜面的检测和验收：对薄膜面的形状、尺寸、应力、透光性、防火性等进行全面的检测，与设计值进行对比，检查是否存在缺陷或不合格的地方，进行必要的修复或更换，最后进行验收，确认空间膜结构的质量和功能。