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空间结构专栏|薛素铎:膜结构在体育场馆中的应用

专栏编者按

中国钢结构协会空间结构分会七届二次理事大会暨第十七届全国空间结构技术交流会于5月14-17日在广西桂林隆重召开。本次会议对网格结构、膜结构、索结构等各类空间结构设计、施工、制作、安装和技术研发方面的最新研究成果进行了广泛交流。空间结构分会是《钢结构(中英文)》第二主办单位中国钢结构协会的二级分会,成立于1993年,是我国空间结构行业的全国性专业社会团体。目前拥有550余家会员单位。分会秉持“规范行业、构建平台、技术引领、服务为先”的工作理念,经过近30年的发展,已成为我国空间结构行业最具影响力的社会团体,对促进我国空间结构的技术创新和工程建设发挥了积极作用。

分会理事长、《钢结构(中英文)》编委薛素铎教授于2020年在《钢结构(中英文)》第7期组织的专刊《空间结构创新发展》,及配合专刊出版,于工业建筑杂志社的“知播·云上星光”栏目推出的“中国空间结构的近期发展与工程实践”讲座,深受广大科研和技术人员关注和喜爱。

为促进空间结构领域科技成果及技术的交流和推广应用,本栏目拟对本次技术交流会中部分主旨报告进行系列报道,供同行学习,敬请关注。

作者介绍

薛素铎

北京工业大学 教授

《钢结构(中英文)》编委

北京工业大学空间结构研究中心主任,教授,博士生导师。享受国务院政府特殊津贴专家,北京高校拔尖创新人才,北京市教学名师,北京市高层次创新创业人才支持计划领军人才,国家级精品课程和国家级精品资源共享课主持人。兼任国际壳体与空间结构学会(IASS)执委,中国钢结构协会空间结构分会理事长,膜结构专业委员会主任委员,中国土木工程学会空间结构委员会副主任委员,《空间结构》杂志副主编,中国钢结构协会常务理事、专家委员会专家等。

多年从事大跨度空间结构、结构抗震与减振控制研究,主持完成40余项国家级和省部级科研项目,多项研究成果达到国际先进或领先水平。已出版著作、教材8部,获国家专利50余项,发表学术论文300余篇。主持和参与了多项国家标准、规程的编制工作,参与数十项大型空间结构工程的咨询、研究、设计与评审。先后获国家科技进步三等奖1项、北京市科技进步二等奖2项和北京市科学技术奖二等奖2项,获国家级教学成果奖二等奖2项、北京市教育教学成果奖一等奖5项。培养博、硕士研究生100余名。

1膜结构在我国的发展回顾

1997年建成的上海八万人体育场是国内第一个真正意义上的膜结构工程,采用骨架支承式膜结构,288m×274m,PTFE膜材。

大型PVC膜结构体育场工程应用(2000年后)

青岛颐中体育场(2000年)——整体张拉式膜结构,266mⅹ180m,悬挑37m。

威海体育场(2001年)——整体张拉式膜结构,236mⅹ209m,悬挑30m。

浙江义乌体育场(2001年)——骨架支承式膜结构,悬挑51m。

烟台体育场(2002年)——骨架支承+整体张拉式膜结构,263mⅹ231m。

郑州航海体育场(2002年)——骨架支承+整体张拉式膜结构,244mⅹ216m。

芜湖体育场(2002年)——整体张拉式膜结构,254mⅹ225m,悬挑57m。

嘉峪关体育场(2003年)——骨架支承+整体张拉式膜结构,212mⅹ186m,悬挑45m。

膜结构应用于室内运动馆

中国死海漂浮运动水上乐园(成都,2003年)——骨架支承膜结构,234m×115m。

浙江省体育中心室内田径馆(2003年)——骨架支承膜结构,150m×60m。

我国首个索系支承式膜结构体育场

佛山世纪莲体育场(2006年)——轮辐式索结构,外环310m,内环125m,悬挑92.5m,PVC膜材。

我国首个开合式膜结构体育场

南通体育场(开合结构)(2006年)——骨架支承式膜结构,105m×190m,PTFE膜材。

2006年,充气膜体育馆在我国得到发展

国内相继成立了几个专门从事充气膜结构制作与施工的公司,把国外比较成熟的充气膜结构建筑技术引进到中国。

建于2006年的北京朝阳公园网球馆,是第一座真正意义的充气膜体育馆,采用气承式膜结构,PVF材料,平面尺寸107m×37m,高12.5m。

北京室内高尔夫气膜馆(2006年)——100m×60m×21m。

2008年奥运会,为膜结构发展提供了重要契机,ETFE膜结构被成功应用并引起了极大关注。

国家游泳中心“水立方”是中国第一个大型ETFE气枕式膜结构,平面尺寸177m×177m,高31m,也是目前世界上单体最大的ETFE膜结构建筑。

国家体育场“鸟巢”——300m×330m,钢结构+膜结构(外部单层ETFE+内部PTFE)。

2膜结构在大型体育场中的应用

深圳宝安体育场(2011年)——轮辐式索桁架,外环237mⅹ230m,内环129m×122m,PTFE膜材。

大连体育中心体育场(2013年)——结构平面352mⅹ274m,径向悬挑桁架+环向闭合桁架,ETFE气枕膜结构。

盘锦市体育中心体育场(2013年)——大跨度空间张拉索膜结构,270mⅹ238m,最大悬挑41m,PTFE膜材。

乐清市体育中心体育场(2014年)——体育场平面229mⅹ211m,月牙形空间索桁体系,最大悬挑57m,PTFE膜材。

海口五源河体育场(2018年)——空间索桁体系,月牙形索膜屋面,屋面跨度270m,最大悬挑65m,PTFE膜材。

枣庄体育中心 (2018年)——轮辐式索桁架,260m×233m,PTFE膜材。

苏州奥体中心体育场(2018年)——单层轮辐式索网,260m×230m,最大悬挑54m,40个膜单元,PTFE膜材。

长春奥林匹克公园体育场(2019年)——整体张拉式索膜体系,结构平面254mx249m,内环146mx180m,PTFE膜材。

三亚体育中心体育场(2020年)——轮辐式索网+压环桁架,52片膜单元采用拱杆式张拉体系,PTFE膜结构,224mⅹ261m。

成都凤凰山体育场(2020年)——大开口索穹顶、单层ETFE膜结构,234mx279m,最大悬挑64m。

铜仁市奥体中心体育场(2021年4月)——轮辐式索桁架+拱支撑,283mx265m,36个独立膜单元,最大悬挑56m,PTFE膜材。

大连梭鱼湾足球场(待建)——轮辐式双层索系,268.5mⅹ250m,PTFE+ETFE 膜材。

上海八万人体育场换膜(2020年)

用于建筑立面

广东省惠州体育场

盘锦体育中心立面红色网格膜

三亚体育中心PTFE膜结构工程——立面膜由972个骨架式膜单元组成,形同飞翔的白鹭。

大连梭鱼湾足球场(待建)——外立面:ETFE 膜材。

3膜结构在大型体育馆中的应用

内蒙伊旗体育中心(2011年)——中国第一个大型索穹顶,D=71m,PTFE+PVC膜材。

天津理工大学体育馆(2017年)———索穹顶结构,椭圆形平面82m×102m,金属屋面(外圈)+镜面铝单板装饰屋面(之间)+张拉索膜屋面(中部)。

安徽省舒城县体育中心体育馆(2019年)——双层网壳结构,D=90m,PTFE外膜+内膜。

南昌市民中心(2021年4月)——索系支承膜结构,圆形平面,D=70m,60个膜单元辐射排布,PTFE膜材与ETFE膜材交错布置。

国家体育总局承德训练基地冬季两项训练馆(2021年)——骨架支承膜结构,长25000米,宽11米,面积27500平米,PVDF膜材。

国家速滑馆,2022年北京冬奥会主场馆,椭圆形平面,198m×124m,采用马鞍形双曲抛物面索网——世界上最大的单层索网屋盖。屋盖主结构体系的室内装饰系统采用膜材,分三部分:1)休息厅玻纤膜;2)比赛大厅玻纤膜;3)比赛大厅吊顶膜(位于比赛大厅上方主索网体系下面,低辐射镜面吸声膜吊顶系统)。

4充气膜体育场馆的应用

重要发展契机:

中国城镇化建设发展

国家全民建设运动要求

国家环境保护政策需求

气承式膜结构在中国的发展历程

全民健身运动助力气膜体育建筑的发展:

支持建设符合环保和安全等要求的气膜结构健身馆、装配式健身馆。“十四五”期间,在全国新建或改扩建1000个左右体育公园。

《体育产业“十三五”规划》、《冰雪运动发展规划(2016-2025)》提出:2025 年我国人均场馆面积 2平米 ;如果按照常规气膜体育场馆建造,需要新建体育场馆近 25 万座。

气承式膜结构建设数量统计

郑州龙湖全民健身中心(2018年)——球类综合馆+游泳馆+儿童乐园,总面积12000平方米,是目前全国最大的气膜体育场馆群落。

青海体育中心气膜馆(2019年)——10片羽毛球场+3片篮球场。

山西省第二届全国青年运动会水球项目气膜馆(2019年)

哈尔滨市气膜冰上运动中心(2019年)——共10座,3000平米/座。

温州滨江商务区气膜足球馆(2020年)

北京首都体育学院气膜滑冰馆(2020年5月)

结 语

1)经过20余年的发展,中国已发展为膜结构大国 ;

2)国产膜材日趋成熟,逐步摆脱进口

3)全民健身与环保进一步助力气膜建筑的发展;

4)膜结构的运营与维护值得关注;

5)进一步完善标准、指南、图集等编制工作;

6)搭建科研平台,开展协同创新研究。

感谢下列单位提供宝贵资料:

•北京纽曼蒂莱蒙膜建筑技术有限公司

•北京中天久业膜建筑技术有限公司

•上海太阳膜结构有限公司

•柯沃泰膜结构(上海)有限公司

•上海海勃膜结构股份有限公司

•北京约顿气膜建筑技术有限公司

•深圳市博德维环境技术股份有限公司

•深圳市三鑫膜结构有限公司

•中成空间(深圳)智能技术有限公司

•哈尔滨工业大学

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作者: ganggouren

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