大跨度单层索网索膜结构施工技术研究与应用

Ｒｅｓｅａｒｃｈ ａｎｄ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ Ｌｏｎｇ—Ｓｐａｎ Ｍｏｎｏｌａｙｅｒ Ｃａｂｌｅ Ｎｅｔ ａｎｄ Ｃａｂｌｅ Ｍｅｍｂｒａｎｅ Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ
ＺＨＡＮＧ Ｈａｎｗｅｎ ＣＨＥＮＧ Ｄａｙｏｎｇ ＬＩＵ Ｃｏｎｇｃｏｎｇ Ｃｈｉｎａ Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ Ｔｈｉｒｄ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｂｕｒｅａｕ Ｇｒｏｕｐ Ｃｏ．，Ｌｔｄ． Ｓｈａｎｇｈａｉ ２００１２９
体育场屋盖采用单层索网结构，跨度２６０ ｍ，为国内第 一 大跨度轮辐式单层索网结构。该屋面跨度大 ，复杂程度 高，创新成果多 ，一般项 目的设计和施工经验无法指导其
２０１６．５．Ｂｕ－Ｉｄｉｎｇ Ｃｏｎ ．０ｎ囝
张瀚 文 程 大勇 柳聪 聪 ： 大跨度 单层 索网索膜结构施工技术研 究与应 用
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大跨度单层索网索膜 结构 施工技术研究与应用
张瀚 文 程 大勇 柳 聪 聪
中建三局集团有限公司 （沪 ） 上海 ２００１２９
摘要 ：苏州工业园区体 育中心体 育场 工程采用 国内最大跨度轮辐式单层 索网索膜加压环梁加Ｖ形柱的结构形式 ，施工过
程 中可供参照的相关经验不多。结合施工 实际 ，通过对体育场屋 盖大跨度单层 索网索膜结构的Ｖ形柱柱脚、屋面大型钢
１ 工 程 概 况 苏州工业园区体育场为 “钢 筋混凝 土结构＋钢支撑＋
单层索网索膜屋盖” ，地上４层 （主 体２层 、局部４层 ）、 局部地下１层 ，建筑面积８３ ０００ ｍ ，最大跨度２６０ ｍ，座位 数４１ ０００个 ，建筑高度５４ ｍ，为国 内跨度最大的单层索网 结构 。国外仅有科威特国家体育场采用大跨度单层索网结 构 ，其环梁 由斜看 台悬挑梁支撑 ，不 同于本工程的ｖ形钢 柱。因此 ，本工程体育场屋盖结构在全世界范围内是独一 无二 的 。
环向均可以滑动的关节轴承加滑板加耳板； ４）节点ｅ：ｖ形柱的一肢可沿柱轴向滑动的套筒滑动。 通过对体育场ｖ形钢柱柱脚节点试验研究 ，验证节点
的承载力，确保其工作安全可靠 ；测试节点的转动和滑动 性能 ，为设计、施工提出优化建议［１ ］。 ２．２ 屋面大型钢结构研究
体育场的屋面结构体系是中间开孔的单层索网体系， 设计思路来 自于预张拉钢 条的自行车车轮 ，主要包括Ｖ形 结构柱 、外压环梁 、径向索以及 内环索。屋盖外边缘压环 几何尺寸为２６０ ｍ ｘ ２３０ ｍ，马鞍形的高差为２５ ｍ，整个屋 盖的展开面积达到３１ ６００ ｍ 。外 圈的倾斜ｖ形柱在空间上 形成了一个圆锥形空间壳体结构 ，从而形成刚性 良好的屋 盖支承结构 ，直接支撑顶部的外侧受压环 。全封闭索网屋 面支撑于外侧的受压环梁与内侧受拉环之 间，索网结构屋 面采用上覆膜结构 ，上覆膜结构是基于轮辐的原理发展而 来的 ，结构的外侧为整个体育场的幕墙 （图３）。
结构 、体 育场 索结构、膜结构及屋盖钢结构健康监测等 内容 的施 工技术研究 ，保证 了工程的顺利施工 ，为类似工程提
供 了借鉴。
关键词 ：体 育场屋盖 ；大跨度索网索膜结构 ；分析模型 ；施工技术
中图分类号 ：ＴＵ７５８
文献标志码 ：Ｂ
ＤＯＩ：１０．１４１４４／ｊ．ｃｎｋｉ．ｊｚｓｇ．２０１６．０５．０１８
２ 体育场大跨度单层索膜结构施工技术研究 ２．１ Ｖ形钢柱柱脚 （铸钢 支座、关节轴承 、销轴 ）研 究
ｖ形钢柱对基础沉降较为敏感 ，为减小基础沉降差 的 影响 ，设计对Ｖ形柱 的设置进行 了方案优化比较 ，且为了 节约钢材 ，让特定部位的立柱承受指定的荷载。其 中，黑 色的立柱 为承重及抗侧力体系柱 ，承受结构整体荷载 ；浅 灰色 的立柱为抗侧力体系柱 ，不承受竖向荷载 ；深灰色的 立柱为幕墙立柱 ，只承受径向荷载。图 １为１／４局部的不 同 类型立柱布置，体育场铸钢柱脚与关节轴承示意见图２。
体育场屋面共有４０榀径向索，内侧受拉环由８根环向索 ３ 施工工序流程
组成 ，所有索均采用全封闭索 ，对钢索进行防腐处理 ，内
体育场屋盖的施工工序流程为 ：支撑胎架转换钢梁埋
层采用热镀锌连同内部填充 ，外层采用锌一５％一铝混合稀土 件安装一转换钢梁及胎架安装一关节轴承柱脚 、压环梁 、
合金镀层 （图４、图５）。
设 计和施 工 。
５）系 统所 获得 结果应 能通过 网络实 时传输 到有关 单位
根据设计要求 ，体育场钢屋盖结构需进行整体模型试 和总监控中心 ；
验 。试验模型采用 １：ｌｏＬＬ例制作 。加载工况采用恒 载加
６）健康监测单位对监测数据进行深入处理及分析 ，定
活载 、不均匀雪荷载、９Ｏｏ风荷载等极限承载力。试验 目 期向业主 、设计、总包提交成果报告 ；
体育场节点试验 ：对ｖ形柱柱脚节点试件的４种类型各 选１个进行试验 ，试件比例１：１。
１）节 ４ｂ：绕体育场径 向和环向均能转动的耳板加关 节轴承 ；
２）节 点ｃ：绕 体 育场 径 向和 环 向均 能转 动 、沿 竖 向可
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图１ 不 同类型立柱布置 图２ 体育场铸钢柱脚与关节轴承示意
以滑动的关节轴承加滑块加耳板 ； ３）节点ｄ：绕体育场径向和环 向均能转动 、沿竖向和
Ｖ形 柱 安装 成 一个 稳 定 体 系一 顺序 安 装 剩余 钢 结构 一 场地
内部铺设环索及径 向索一张拉径向索一安装膜拱结构一胎
＠ 架卸载一幕墙安装。 ４ 施工 中应用的关键技术
图３ 体育场屋盖设计 图４ 索结构平面 图５ 索体 断面结构
１）本工程钢结构形式新颖 、跨度大 、受力大，为了保
的 ：检验张拉方案 ，指导拉索施工 ；检验整体结构的安全
７）施工阶段监测频率 ：在Ｖ形柱 、环梁安装 、拉索张
度 ，考察结构 的薄弱部位 ，指导当前设计 ；检验 复合连接 拉 、屋面安装等各个阶段 ，对索力、钢构件应力、结构变
节 点的 工作性 能 。
形 、支座位移和转角进行监测 。
２．３ 体育场索结构研究