佛山东大现代预应力工程有限责任公司索结构施工

设计单位：广东省建筑设计院

总承包商：中建第五工程局建设集团有限公司

钢结构安装单位：中冶钢结构集团有限公司

索结构施工单位：南京东大现代预应力工程有限公司

索具类型：建一嘉高钒涂层密封绳

竣工日期：2021年

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概述

佛山顺德德盛体育中心项目位于广东省佛山市顺德区。 主要包括“一馆两场”，即综合体育场、综合体育馆（含主体育馆和训练馆）和游泳池。 主体育馆屋顶为大跨度封闭式混合索穹顶结构，采用重型刚性屋顶。 它是由脊索、斜索、环索、支撑、内拉环、外压环梁及外围支撑结构组成的空间预制结构。 受力索杆体系结构平面投影为椭圆形，其中支架间结构长轴方向净跨为124.5m，结构短轴方向净跨为105.5m，结构矢状高度为8.1m，纵向矢状跨度为1/15。 短轴矢跨比为1/13，屋顶最高点高度约38.4m，采用不锈钢金属屋顶。 地上混凝土结构包括看台和平台部分，体育场混凝土结构无接缝。

图1 佛山市顺德区德胜体育中心

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索结构系统

1）总体结构概述

体育馆的结构主要由四部分组成，分别是：

①索穹顶：采用椭圆抛物面混合封闭索穹顶结构，共包括四圈脊索、四圈斜索、三圈环索和斜撑。 从内到外第1至2圈为16盖革型。 第三圈分叉采用Levy型，第四圈分叉采用32分支盖革型。 这样既避免了屋脊、斜拉索过于密集而造成建筑外观不美观，又避免了外环檩条跨度过大，同时也不受应力。 力的形式增加了索穹顶的横向刚度。

②内拉环、外压环梁：内拉环为双层椭圆形钢构件，外压环采用两道环梁形式，形成两道防线；

③结构立面：采用管状钢柱，抗侧力构件分为外环V柱和内环8根大V柱，形成两个抗侧力系统。

④刚性屋面：由主次檩条、镀锌穿孔压型钢底板、吸音棉、保温棉、防水卷材、不锈钢焊接屋面板等组成，屋面重量（不含檩条）达到52.45公斤/平方米。

图2 体育馆剖面图

图3 体育场结构三维示意图

图4 索穹顶截面示意图

值得一提的是，为了监测索结构施工，第三方单位将耦合光纤光栅钢丝的智能索[1]引入到该项目的索结构中，并尝试进行实时索力检测在整个施工过程中。

2）结构笨重、难度大

① 索穹顶采用连续焊接不锈钢金属顶变形控制

综合体育馆的屋顶形状为椭圆形。 长轴和短轴受力不均匀，导致环缆受力不均匀。 同时，屋脊绳竖向变形的不一致带来了金属屋面檩条和主环檩条的相对变形控制。 局部应力集中，通过调整拉索受力，调整内拉环形状与外压环一致，解决拉索受力不均的问题。 除通过调节拉索力控制相邻支柱相对变形外，径向主檩采用铰接，周向主檩在长短轴交汇处采用“透气”滑动方式，解决不均匀的影响形变; 施工措施采用对称、均匀分布的施工顺序，避免集中堆放； 从而控制金属屋面的变形，避免周向主檩局部应力集中。

② 刚性内拉环闭合索穹顶结构的成型

作为一个全张拉体系，索穹结构的结构形成是一个动态的施工过程。 结构内部会发生超大位移。 在此过程中，结构的形态、刚度、载荷、内力和边界不断变化。 索穹顶结构整体施工方案包括钢结构拼装、内拉环、拉索、支柱安装等步骤。 以往索穹结构施工多采用高空散装法，即架设轮胎架，在高空拼装张拉。 这种方法费时费力； 随着非线性动力有限元分析和张拉同步控制技术的发展，已经实现了地面拼装、高空张拉，成为索穹顶等大跨度空间索结构施工的有效方法。 对于刚性内环的封闭式索穹顶结构，由于内环与外压环距离较远，且内环重量较重，在施工过程中仅考虑周边牵引和提升时，牵引力并且升力会很大。 并且容易影响已完成结构的形状和内力。 因此，该项目采用“内环垂直吊装+索杆系统斜向牵引吊装交替”的施工方式，有效解决了外环工装电缆牵引力和吊装力大的问题。 问题。

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电缆结构施工

1）结构总体施工顺序

① 装配式结构外围钢构件，其承载状况与设计使用状况一致；

②地面组装内拉环，安装内环吊塔，组装缆杆系统，组装施工电缆；

③ 将提升塔内拉环卸下，拆除提升塔；

④ 安装檩条、屋顶等构件。

2）电缆建设总体方案

根据本工程索穹结构的特点，提出了《索穹塔塔吊装索杆累加安装施工方法》和《牵引下索网整体吊装及拉索张拉施工方法》。综合采用“双层索网结构”，即在地面组装索杆，利用外围支撑结构和中心塔交替提升索杆系统和内拉环，并在最外环拉索处拉紧。高海拔来塑造结构。 结构施工分为三个阶段，即索杆系统安装及整体吊装阶段、屋脊索锚固阶段、外斜索张拉成型阶段。

为了详细说明整个施工过程，将工装绳分为四类：主牵引工装绳a、主牵引工装绳b、次牵引工装绳c、内环提升工装绳d。 四种工装绳的位置如图5所示。

a) 对角牵引提升

b) 脊索锚定

c) 内圈垂直吊装

图5 工装绳示意图

电缆整体施工流程如图6所示。

a) 在支架和地面上组装轮胎架，组装内拉环，铺设环绳，安装环绳夹，铺设脊索、斜拉索和拉杆，连接脊绳网和第一环对角电缆，架设升降塔（牵引升降机启动）

b) 交替提起内环和拉动脊索网。 达到一定高度后，安装并连接第一圈灯杆、环缆和第二圈斜缆。

c) 交替提起内拉环和拉动屋脊索网。 达到一定高度后，安装并连接第二圈灯杆、环缆和第三圈斜缆。

d) 交替提起内环并拉动脊髓网。 达到一定高度后，安装并连接第三圈灯杆、环缆和第四圈斜缆。

e) 交替提起内拉环和脊索网拉至一定高度，将外脊索锚固于外压环上。

f) 交替提起内拉环和外拉索，直至形成拉力。

g) 拆除升降塔、升降缆及部分结构缆，形成结构

图6 电缆整体施工流程示意图

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项目照片

图7 电缆夹节点

图8 内部脊索末端节点

图9 外压环电缆端节点

图 10 拉线开口

图11 电缆牵引提升

图12 缆索张拉成型现场

图13 体育场屋顶仰视

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参考

[1] 朱万旭，秦鹤英，邢新奎，卢海波，罗光，李长乐。 光纤光栅耦合大范围智能高强钢丝及其生产方法[P]，中国 CN201510761374.X，2015-11-10。