复杂形态钢结构设计培训班

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辐射布置波形索网,日照奎山体育中心体育场罩棚

 


来源:中国钢结构协会空间结构分会


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日照奎山体育中心

体育场罩棚

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辐射布置波形索网


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设计单位:青岛腾远设计事务所有限公司   
总包单位: 中建八局第二建设有限公司
钢结构安装单位:浙江东南网架股份有限公司
索结构施工单位:北京市建筑工程研究院有限责任公司
索具类型:坚宜佳·高钒拉索、巨力索具·密封索
竣工时间:2022年

01/
概 况




日照奎山体育中心位于山东省日照市开发区,为第25届山东省运动会主场馆,赛后作为举办国内单项体育赛事及全民健身场所使用。项目包括体育场及体育街两部分,体育场主要由场馆及地下车库组成,体育街主要为体育配套用房。
体育场地上建筑面积约63500m2,地下建筑面积为66350m2,场馆建筑高度42m,地下部分东西长约350m,南北宽约355m,地上部分东西长约242m,南北宽约273m,地上平面投影形状为椭圆形,由混凝土结构看台和索膜结构屋盖组成。看台座位为36000,采用钢筋混凝土框架-支撑结构体系,看台各层主要为赛时及赛后配套用房。

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图1 日照奎山体育中心体育场


02/
索结构体系


钢结构屋盖为索膜结构,由辐射布置的拉索、PTFE膜及环桁架组成,屋盖平面投影形状为椭圆形,东西跨度242m,南北跨度273m,最大悬挑长度43.6m。索网为全柔性辐射式波折形结构,由环索、上径向索、下径向索和构造索组成。
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图2 奎山体育中心体育场整体模型  
1)辐射式波形索网结构
内环索为单层10根,平面布置。径向索为48根上径向索和48根下径向索,一端通过索夹与环索连接;另一端上径向索连接锚固于环桁架上弦,下径向索连接锚固于环桁架下弦。环桁架通过固定铰支座连接在型钢混凝土柱柱顶。环桁架上下弦高差12m,上下径向索间隔布置,在环索一端位于同一平面,在环桁架一端成波折形。相邻径向索之间环向布置构造索,通过径向索索体上的索夹连接,共设置6圈;在外5圈的相邻构造索之间布置水平抗风构造索。
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图3 索网结构形式示意图

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2)结构特点
① 屋盖结构除外环钢桁架外,全部为柔性拉索,拉索体量大,种类多,径向索最大索力4900kN,环索单根索力4050kN,径向索之间连接构造索,构造索张拉后径向索成空间弧线状态,各索之间相互作用,结构受力复杂,任何一根径向索和构造索的索力对最终结构的内力和线型都有影响。
② 结构设计形态的环索为平面椭圆形,环索索夹间距4.8m,间距小,相邻索夹之间的索体较短,可相对变形量很小,不仅安装时索夹的定位安装精确度要求高,同时径向索提升安装过程中相邻径向索之间索力相互影响及共同作用效果明显,径向索的提升工艺方法对结构的内力和变形具有决定性作用。
③ 柔性结构施工过程中各索相互影响大,需要制定切实有效的施工技术方案,对结构施工过程进行仿真模拟分析,并在施工过程中采取有效的监测控制措施,保证施工完成后索力和位形满足设计要求。


03/
索结构施工


索结构施工主要包括两部分:拉索地面铺放与组装、整体提升张拉安装。总体原则:按对应位置在地面上铺放环索,径向索和构造索并组装成整体,整体提升径向索至安装就位,根据监测结果微调下径向索索力。
1)地面铺放和组装
环索水平投影在场地内,全部在地面展开并铺放。为了便于安装索夹并保护索体,在索体下方与地面之间铺放垫木方,并在索夹处搭设临时格构架以便于安装索夹。径向索下方为混凝土看台,在施工过程中拉索需要在看台上展开,径向索铺放之前对看台板进行保护。环索、径向索和构造索组装成索网后,提升前检查相应拉索和索夹的编号和位置与图纸核对无误,同时检查索夹的安装角度,索夹螺栓的拧紧情况。
将径向索与工装、钢绞线、提升千斤顶组装连接。看台板采用木方格构架和木板,工装承力架和千斤顶放置于木板上,通过木板和木方分散荷载。同时为防止下滑,采用钢绞线将承力架和索千斤顶与主体结构连接。
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图4 索网铺放与组装
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图5 环索与径向索连接索夹
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图6 构造索与径向索连接索夹
2)索网整体提升
索网提升过程以提升48根上径向索为主,保持48根上径向索受力,同时辅助牵引48根下径向索以保持索网整体形态。
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图7 整体提升系统示意图
第一阶段为整体提升索网脱离地面和看台,至安装就位前状态:48个上径向索提升点的工装组装完毕检查无误后,开始整体提升,缓慢提升到上径索脱离看台;继续提升48根上径向索使环索脱离地面;继续提升48根上径向索,构造索开始受力,此时开始辅助牵引48根下径向索;继续提升48根上径向索并辅助牵引48根下径向索至索网整体脱离地面和看台;继续提升48根上径向索并辅助牵引48根下径向索,过程中随时监测径向索提升索力和索网位置,根据监测数据及时调整提升索力,保持索网受力和变形在计算控制范围内。直至提升至上径向索索头距离安装位置0.5m,此时为径向索即将安装就位状态。
第二阶段为张拉拉索安装就位:第一批安装长轴方向对称位置的26根Φ138上径向索:第二批安装短轴方向对称位置的22根Φ114上径向索:第三批安装48根下径向索。
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图8 第一批安装径向索
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图9 第二批安装径向索
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图10 第三批安装径向索



04/
工程照片

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图11 整体提升上径向索
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图12 上径向索安装就位
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图13 下径向索安装

05/
参考文献


[1] 孙绍东,胡海涛,朱忠义等. 日照奎山体育中心体育场轮辐式索膜结构屋盖设计[J].建筑结构,2021,24(22):1-8.
[2] 李建峰,薛明玉,孙绍东等. 日照奎山体育中心体育场看台结构设计[J].建筑结构,2021,24(22):9-15.

撰稿人:
北京市建筑工程研究院有限责任公司 
支超、王泽强

END


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空间结构分会





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