大跨度单层索网索膜结构施工技术研究与应用
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索膜结构罩棚工程施工技术案例分析
索膜结构罩棚工程施工技术案例分析摘要：体育场索膜结构罩棚钢结构部分采用大跨度悬挑斜拉索结构体系的开敞式新颖结构形式。
看台顶棚钢结构为斜拉索加钢管桁架结构体系，由于悬挑较长且为开敞式，故弯矩大受风荷载影响明显加之沙漠地区风荷载更加明显，深化设计中活荷载取0.3km/m2风荷载取0.55km/m2，雪荷载取0.3km/m2。
与主体钢结构对应，膜顶棚由29个马鞍形膜单元组成，峰谷鲜明，矢高2.5m，每个膜单元面积约100m2，每个膜单元之间天沟连接相邻单元天沟间防水膜覆盖。
由于膜材是一种柔性织物，要想作为一种建筑材料具有一定的造型，必须给其施加一定数值的预张力，可以通过膜节点索的调节从而使预张力达到设计要求。
本工程膜结构形式为张拉膜形式，沿径向硬边用螺栓与铝压板与主体钢结构桁架梁连接，檐口采用弧形软边钢索张拉，硬边的安装过程同时也是沿经线方向张拉的过程，硬边安装完成后要达到受力要求。
关键词：非线性；有限元；大跨度悬挑；卸载1 工程概况张掖国家沙漠体育公园位于甘州区城南13km处，东南宽 4.3km，南北长11.4km，总面积35km2，是全国距离城市最近的沙漠体育公园，公园国际赛车场占地面积约60000m2，按国际标准赛车场设计，主看台坐北向南，为极富动感的圆弧造型，面向沙漠，背靠绿洲，视野开阔，长170m，宽22m，设有3000个坐席，看台上方的风雨罩棚为索膜结构，膜棚为时尚浅黄色，与沙漠浑然一体。
整体投影面呈月牙造型，流畅、美观。
索膜结构罩棚投影面积2059m2，展开面积2326m2。
钢结构为钢管柱主支撑，悬挑变载面钢管桁架梁，桁架梁之间连接圆弧热钢管连系梁，相贯线焊接。
悬挑桁架梁与钢管柱通过Φ20柔性钢索张拉连接，悬挑桁架檐口相对标高12.7m，工程最高相对点标高24.6m超过24m，悬挑梁最长处悬挑16m，属长臂悬挑桁架梁，弯矩较大给结构施工带来很大难度，钢管柱采用Φ530mm×16mm，Q345B热钢管，桁架梁上下弦杆均采用Φ180mm×6mm 垫钢管，腹杆采用Φ60mm×3.5mm。
单层索网玻璃幕墙研究进展
定 要求 确 定 。
刚度做些假定 ， 且 只有 到最后 ， 并 才能 检验 这些假 定 正确 与否。 ３塑性设计可 以合理使 用材料 ， 通常 的弹性法相 比， 以节约 ） 与 可
钢材 １ ％－２ ％和降低造价 。４ 采 用承 载能力极限状态 设计原 ０ － ０ ） 理控制设计 ， 能对整个结构的安全度有更 直观的估计。通 常的弹
３ ２ 压 弯构 件 的计 算 ．
１弯矩作用在一个主平面内的压弯构件， ） 抗弯强度计算式［ ： ］
当 ｎ
，ห้องสมุดไป่ตู้
０１ ．３时 ： ≤ ｗ 。
性设计在弹性范围内可以给出精确 的内力 和位移 ， 给不 出整个 但
结 构 的极 限 承 载 能力 。
瑞 ＞１ ：≤１１Ｎ 。 ０ 时 １ （ ） ． ．一 ３ ５
≤ １ ０日 ． 寸：
４ 钢 结构运 用塑性 设计 的优势
１ 对 结 构 的 内力 分 析 与计 算 比 弹性 法简 便 ， 且 结 构 的超 静 ） 而 定 次 数 越 高 ， 优 势 越 突 出 。从 而 使 设 计 者 不 仅 能 够 准 确 地估 计 则
（－ １／ ４１ｍ） ００ ＼ 。
・
６ ・ ４
第３ ６卷 第 １ ７期 ２０ １０ 年 ６ 月
山 西 建 筑
ＳＨＡＮＸＩ ＡＲＣＨＩ ＴＥ（ ＵＲＩ
Ｖｏ ． ６ Ｎｏ １ Ｉ３ ． ７
Ｊ ｎ ２ １ ｕ． ００
文 章 编 号 ：０ ９６ ２ （０ ０ １ —０ ４０ １０ —８ ５ ２ １ ）７０ ６ ３
ｗ 代替部分塑性 的 ７ Ｗｘ， 际上塑性 设计 的二 阶效应 比弹性 ｘ 实
Ａｎ ｌ ｓ ｓ ａ ｄ ａ ｐｌｃ ｔｏ ｎ ｐｌ ｓ ｉ ｅ ｉ ｎ ｉ ｓ ｅ ｌｓ ｒ ｃ ｕ ｅ ａ ｙ ｉ ｎ ｐ ｉ ａ ｉ ｎ ｏ ａ ｔｃ ｄ ｓｇ ｎ ｔ ｅ ｔ ｕ ｔ ｒ ｓ
刚度做些假定 ， 且 只有 到最后 ， 并 才能 检验 这些假 定 正确 与否。 ３塑性设计可 以合理使 用材料 ， 通常 的弹性法相 比， 以节约 ） 与 可
钢材 １ ％－２ ％和降低造价 。４ 采 用承 载能力极限状态 设计原 ０ － ０ ） 理控制设计 ， 能对整个结构的安全度有更 直观的估计。通 常的弹
３ ２ 压 弯构 件 的计 算 ．
１弯矩作用在一个主平面内的压弯构件， ） 抗弯强度计算式［ ： ］
当 ｎ
，ห้องสมุดไป่ตู้
０１ ．３时 ： ≤ ｗ 。
性设计在弹性范围内可以给出精确 的内力 和位移 ， 给不 出整个 但
结 构 的极 限 承 载 能力 。
瑞 ＞１ ：≤１１Ｎ 。 ０ 时 １ （ ） ． ．一 ３ ５
≤ １ ０日 ． 寸：
４ 钢 结构运 用塑性 设计 的优势
１ 对 结 构 的 内力 分 析 与计 算 比 弹性 法简 便 ， 且 结 构 的超 静 ） 而 定 次 数 越 高 ， 优 势 越 突 出 。从 而 使 设 计 者 不 仅 能 够 准 确 地估 计 则
（－ １／ ４１ｍ） ００ ＼ 。
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６ ・ ４
第３ ６卷 第 １ ７期 ２０ １０ 年 ６ 月
山 西 建 筑
ＳＨＡＮＸＩ ＡＲＣＨＩ ＴＥ（ ＵＲＩ
Ｖｏ ． ６ Ｎｏ １ Ｉ３ ． ７
Ｊ ｎ ２ １ ｕ． ００
文 章 编 号 ：０ ９６ ２ （０ ０ １ —０ ４０ １０ —８ ５ ２ １ ）７０ ６ ３
ｗ 代替部分塑性 的 ７ Ｗｘ， 际上塑性 设计 的二 阶效应 比弹性 ｘ 实
Ａｎ ｌ ｓ ｓ ａ ｄ ａ ｐｌｃ ｔｏ ｎ ｐｌ ｓ ｉ ｅ ｉ ｎ ｉ ｓ ｅ ｌｓ ｒ ｃ ｕ ｅ ａ ｙ ｉ ｎ ｐ ｉ ａ ｉ ｎ ｏ ａ ｔｃ ｄ ｓｇ ｎ ｔ ｅ ｔ ｕ ｔ ｒ ｓ
索膜结构基础知识
.
4. 索变形协调方程
l0
sss0 l ll0 ur ul
z0
z
索长 s0
索长 s
l
.
➢几何关系
当为小垂度时， dz2、 dz0 2与1比均为小量 dx dx
sss00 l 11 2 d z x 2 z d x l0 0 11 2 d z0x z2 dx ll012l00 dz xz2dz0zx2d x urul 12l00dzxz2.dz0zx2dx
此类结构或用钢索悬挂其他构件，或由钢索 对其他构件提供附加支点，或用刚性的构件来加 强悬索的稳定性，以减小不均匀荷载作用下的机 构性位移。桥梁中的斜拉桥和悬索桥也属于这类 混合体系。
.
浙江黄龙体育中心体育场
5.4万座，挑蓬外挑50m，外环梁跨度244m。 .
吊塔及斜拉索
.
.
.
三．钢索材料 1. 平行钢丝束
.
以材质分类，结构膜有以下两种: （1）平面不织膜：由各种塑料在加热液化状态下挤出的 膜，它有不同厚度、透明度及颜色，最通用的是聚乙烯膜， 或以聚乙烯和聚氯乙烯热熔后制成的复合膜，其抗紫外线及 自洁性强，此种膜张力强度不大，属于半结构性的膜材。 （2）织布合成膜：以聚酯 、玻璃、纤维织成的基材，双 面涂以PVC树脂，再用热熔法 覆盖聚氟乙烯膜，制成复合膜。
H
d2z dx2
qz
0
➢当竖向荷载沿水平方向均匀分布时，qz q
d d2z 2x H q z2 q H x2C 1xC 2
边界条件
z
z
x0 xl
0 c
z q xlxcx
2H
l
一族抛物线
.
设跨中垂度f，则 xl2， zc2f
悬索理解——大跨度建筑设计分析
•
•
1794年，Fuss在一次悬索桥的设计中収现荷重沿悬索 的跨距均匀分布时形成的“抛物线”。“抙物线” 理论之所以被重视，丌仅仅是因为“抙物线”是简单 的二次函数，而且由于在很多情况下，悬索的荷重确 实是沿悬索的跨距均匀分布的。
但对于自重是沿曲线均匀分布的悬挂绳索，“抙物线” 理论的计算只是“悬链曲线”展开级数式叏前一项进 行改造后的近似计算，其适应范围为中央挠度系数等 于百分之八左右。
1 刚不柔
• 大跨度空间结构分类中，大体分为三类：
实体结构（刚性结构）：拱、穹顶、折板、薄壳 网格结构：网架、网壳、悬索 张力结构（柔性结构）：膜、混合结构
•
悬索作为一种受拉构件，丌能单独作为承重构 件，而须不其他结构配合。
•
悬索结构便于建筑造型，适应于各种建筑平面 和外形轮廓，因而能较自由地满足各种建筑功 能和表达形式的要求。
悬索结构
以一系列叐拉钢索为主要承 重构件，按照一定的规律组 成各种丌同形式的布置斱式， 幵悬挂在边缘构件或支撑结 构上而形成的一种空间结构。
• •
1、刚不柔 2、平面不空间
•
• • • •
3、叐力特点
4、材料特性 5、几何形式 6、传力斱式 7、建筑形式
•
• •
8、跨度
9、可不那哪些结构相结合使用 10 预应力索网的工程实例
•
下部支承结构一般是受压构件，常采用柱结构
10 预应力索网的工程实例
——加拿大卡尔加里滑冰馆
结构体系：鞍型索网
几何形状柱的安装来自梁安装完毕索网安装完毕
索网网格平面图
屋面板安装
网格结构相对复杂，外部围合 的平面多为囿形、斱形，斲工 复杂。结构特性介于刚性和柔 性之间，轻盈不厚重平衡。不 线结构比，可以在两个斱形达 到很大跨度。
大跨度房屋结构
二、大跨度房屋结构的应用
大跨度房屋结构常用于公共建筑。如大会堂、
影剧院、展览馆、音乐厅、体育馆、加盖体 育场,市场、火车站、航空港等，它们是为了 满足人类社会文化生活不断丰富的需求而产 生的。
也用于工业建筑。特别是在航空工业和造船
工业中，如飞机制造厂的总装配车间、飞机 库，造船厂的船体结构车间等等。 这些建筑是受装配机器(如船舶门机)的大型 尺寸或工艺过程要求所决定的。
屋盖支承于墙体、砌体柱或钢筋混凝柱上时， 可采用梁式大跨结构。跨度大时，梁式体系 比框架体系及拱式体系重，但制造和安装较 为简单。 主要用于公共建筑里，如影剧院、音乐厅、 体育建筑。跨度在50～70m及更大时，桁架按 常规是梁式体系的主要承重构件，大跨实腹 梁从用钢量看是不合适的。
大跨屋盖的外形及腹杆体系，决定于跨度、
横梁与柱连接的框架节点内角弯折处应做 成平缓曲线以避免应力集中ห้องสมุดไป่ตู้图8.12)。为使转 角处腹板不致失稳，应在其内部受压区设臵短 加劲肋[图8.12(a)]。
大跨格构式框架，其杆件内力≥2000kN时，应按重
型桁架设计。其杆件截面通常设计成双腹板的(图 8.14) 。 P262
当反力＞2500～3000kN时，框架的支座应设计成辊
第八章 大跨度房屋结构
一、大跨度结构的分类
1、平面结构体系: 梁式结构（平面、空间桁架） 平面刚架结构 拱式结构
梁式结构
平面刚架结构
拱式结构
2、空间结构体系: 平板网架结构 网壳结构 悬索结构 斜拉结构 张拉整体结构
平板网架
网壳结构
图1 (a)平行布置预应力双层索系；
斜拉结构(图1 c)
要的荷载。 洞口（为采光和通风设计的(如窗户等) ） 对风压 值影响很大。 当拱端部开敞时(如火车站的顶盖、棚盖)，平行于 端部吹的风从两面绕过建筑物，使内部形成真空， 因而拱上的压力增大，吸力减小; 当风经过宽阔的洞口进人屋盖下在建筑物内部作用 时，会造成负压；除此之外，还应考虑侧风压或端 风压作用在建筑物上的情况。
大跨度空间钢结构施工技术课件
焊接方法： 大跨度钢结构工程施工中涉及到的焊接方法主要有焊条电弧焊、CO2气体保护焊、 自动埋弧焊、栓钉焊和电渣焊。
二、大跨度空间钢结构加工制作 3、焊接技术
大跨度钢结构典型焊接技术： 1、网格结构的焊接 管管对接焊接、钢管相贯线焊缝、倾斜钢管对接
45°
1
3
焊完后旋转90°
45°
2
4
45°
45°
二、大跨度空间钢结构加工制作 3、焊接技术
一、大跨度空间钢结构发展及结构分类 2、网架网壳
网壳按曲面形式分可以分为柱面网壳、球面网壳、抛物面网壳、 椭球面网壳、非线形曲面网壳。
一、大跨度空间钢结构发展及结构分类 2、网架网壳
网壳节点刚 度比较复杂， 根据节点不 同可分为铰 接、半刚接、 刚接。
国家大剧院，平面尺寸为椭圆 142m x 212m
一、大跨度空间钢结构发展及结构分类 4、其他空间钢结构体系
奥运会水立方 游泳馆：多面 体空间框架结 构。
二、大跨度空间钢结构加工制作 1、加工制作流程
大跨度钢结构的加工制作流程如下，与一般钢结构的加工制作流程相近，但是复 杂程度要大得多，控制要点特别是尺寸的精度控制严格，其中深化设计、组立、 焊接技术相比于一般钢结构的加工使用了更多的新技术、新工艺。
一、大跨度空间钢结构发展及结构分类 3、预应力钢结构
张弦梁（张弦桁 架）：用撑杆连 接抗弯受压构件 和抗拉构件而形 成的自平衡体系。 张弦梁结构由三 类基本构件组成， 即可以承受弯矩 和压力的上弦刚 性构件（梁、拱、 桁架）、下弦的 高强度拉索以及 连接两者的撑杆。
一、大跨度空间钢结构发展及结构分类 3、预应力钢结构
二、大跨度空间钢结构加工制作 2、深化设计
典型节点、构件深化设计: 1、桁架节点 大跨度钢结构一般外形尺寸复杂，在进行深化设计时，必须将其与制造、安 装方案结合起来，为安装创造条件，其中重点考虑内容包括大跨度构件起拱、圆 管相贯焊接深化以及节点加固、构件分段。
二、大跨度空间钢结构加工制作 3、焊接技术
大跨度钢结构典型焊接技术： 1、网格结构的焊接 管管对接焊接、钢管相贯线焊缝、倾斜钢管对接
45°
1
3
焊完后旋转90°
45°
2
4
45°
45°
二、大跨度空间钢结构加工制作 3、焊接技术
一、大跨度空间钢结构发展及结构分类 2、网架网壳
网壳按曲面形式分可以分为柱面网壳、球面网壳、抛物面网壳、 椭球面网壳、非线形曲面网壳。
一、大跨度空间钢结构发展及结构分类 2、网架网壳
网壳节点刚 度比较复杂， 根据节点不 同可分为铰 接、半刚接、 刚接。
国家大剧院，平面尺寸为椭圆 142m x 212m
一、大跨度空间钢结构发展及结构分类 4、其他空间钢结构体系
奥运会水立方 游泳馆：多面 体空间框架结 构。
二、大跨度空间钢结构加工制作 1、加工制作流程
大跨度钢结构的加工制作流程如下，与一般钢结构的加工制作流程相近，但是复 杂程度要大得多，控制要点特别是尺寸的精度控制严格，其中深化设计、组立、 焊接技术相比于一般钢结构的加工使用了更多的新技术、新工艺。
一、大跨度空间钢结构发展及结构分类 3、预应力钢结构
张弦梁（张弦桁 架）：用撑杆连 接抗弯受压构件 和抗拉构件而形 成的自平衡体系。 张弦梁结构由三 类基本构件组成， 即可以承受弯矩 和压力的上弦刚 性构件（梁、拱、 桁架）、下弦的 高强度拉索以及 连接两者的撑杆。
一、大跨度空间钢结构发展及结构分类 3、预应力钢结构
二、大跨度空间钢结构加工制作 2、深化设计
典型节点、构件深化设计: 1、桁架节点 大跨度钢结构一般外形尺寸复杂，在进行深化设计时，必须将其与制造、安 装方案结合起来，为安装创造条件，其中重点考虑内容包括大跨度构件起拱、圆 管相贯焊接深化以及节点加固、构件分段。
大跨度空间结构的主要形式及特点
大跨度空间结构的主要形式及特点摘要：大跨度空间结构往往是衡量一个国家或地区建筑技术水平的重要标志。
其结构形式主要包括网架结构、网壳结构、悬索结构、膜结构、薄壳结构等五大空间结构及各类组合空间结构。
形态各异的空间结构在体育场馆、会展中心、影剧院、大型商场、工厂车间等建筑中得到了广泛的应用。
关键词：大跨度空间结构形式特点1 网架结构由多根杆件按照某种规律的几何图形通过节点连接起来的空间结构称之为网格结构，其中双层或多层平板形网格结构称为网架结构或网架。
它通常是采用钢管或型钢材料制作而成。
1.1 网架结构的形式（1）平面桁架系组成的网架结构。
主要有：两向正交正放网架、两向斜交斜放网架、两向正交斜放网架、三向网架等型式。
（2）四角锥体组成的网架结构。
主要有：正放四角锥网架、斜放四角锥网架、正放抽空四角锥网架、棋盘形四角锥网架、星型四角锥网架、单向折线型网架等型式。
（3）三角锥组成的网架结构。
主要有：三角锥网架、抽空三角锥网架（分Ⅰ型与Ⅱ型）、蜂窝形三角锥网架等型式。
（4）六角锥体组成的网架结构。
主要形式有：正六角锥网架。
1.2 网架结构的主要特点空间工作，传力途径简捷；重量轻、刚度大、抗震性能好；施工安装简便；网架杆件与节点便于定型化、商品化、可在工厂中成批生产，有利于提高生产效率；网架的平面布置灵活，屋盖平整，有利于吊顶、安装管道与设备；网架的建筑造型轻巧、美观、大方，便于建筑处理与装饰。
2 网壳结构曲面形网格结构称为网壳结构，有单层网壳与双层网壳之分。
网壳的用材主要有钢网壳、木网壳、钢筋混凝土网壳等。
2.1 网壳结构的形式主要有球面网壳、双曲面网壳、圆柱面网壳、双曲抛物面网壳等。
2.2 网壳结构主要特点兼有杆系结构与薄壳结构的主要特性，杆件比较单一，受力比较合理；结构的刚度大、跨越能力大；可以用小型构件组装成大型空间，小型构件与连接节点可以在工厂预制；安装简便，不需大型机具设备，综合经济指标较好；造型丰富多彩，不论是建筑平面还是空间曲面外形，都可根据创作要求任意选取。
主要-大跨度建筑构造
●角锥体系 （三 角锥、四角锥、六角 锥）
a 网架 b 单层网壳 c 双层网壳 d 两向网架 e 两向正放网
架
f 两向斜放网架 g 三向网架 h 三向三角平
面
g 三向梯形平 面
——网架结构尺寸与节点
尺寸 ●网格高度（高跨比） ●网格尺寸
时 ≯3m×3m 杆件断面与节点连接
结构类型 网架尺寸 杆件断面节点连接 造型
——网架结构的特点
特点 杆件互相支撑， 形成多向受力的空间结构
优点 ●空间刚度好、结构高度
小 （多向受力，整体性 好）30m~60m，甚至 30m以上 超静定结构 ●自重轻（比桁架节约 30%） 跨度大 （受 力合理，节省材料） ●杆件规格统一为有限的 几种，易于工厂化生产 ●样式多
3.1.3 桁架结构及其造型
原型：梁——薄腹梁——桁架 结构类型 造型
——桁架结构的特点
特点 ——格构（空腹）式结构体系，全部节点均为铰接，每
一杆件受力均为轴向力。 ——受力时考虑施于节点，可避免使杆件受弯。 优点：相对于梁结构 ——① 跨度大，省材，用材较广，钢筋混凝土、钢、木
约1/15 采用钢筋混凝土屋面板
——网架结构的造型要素
网架支撑方 式与建筑造 型
拱形网架支 撑在两排列 住上
●穹形网架 支撑在周边 柱上
——网架结构实例
肋环空腹双层网壳
3.1.5 折板结构及其造型
概念：以一定倾斜角整体相连的薄板+横隔构件
材料：钢筋混凝土板或钢丝网水泥
——折板结构的特点Biblioteka 结构构件本身作为独 立的单元来考虑）
空间结构体系
——网架
——折板
——薄壳 ——悬索
——……
（把结构的所有组成构件协同 起来共同跨越空间，作为整体 来考虑——整体作用大于单个 作用之和，且多向受力比单向 受力更发挥材料潜力，空间工 作比平面工作更符合力的自然 传递路线）
a 网架 b 单层网壳 c 双层网壳 d 两向网架 e 两向正放网
架
f 两向斜放网架 g 三向网架 h 三向三角平
面
g 三向梯形平 面
——网架结构尺寸与节点
尺寸 ●网格高度（高跨比） ●网格尺寸
时 ≯3m×3m 杆件断面与节点连接
结构类型 网架尺寸 杆件断面节点连接 造型
——网架结构的特点
特点 杆件互相支撑， 形成多向受力的空间结构
优点 ●空间刚度好、结构高度
小 （多向受力，整体性 好）30m~60m，甚至 30m以上 超静定结构 ●自重轻（比桁架节约 30%） 跨度大 （受 力合理，节省材料） ●杆件规格统一为有限的 几种，易于工厂化生产 ●样式多
3.1.3 桁架结构及其造型
原型：梁——薄腹梁——桁架 结构类型 造型
——桁架结构的特点
特点 ——格构（空腹）式结构体系，全部节点均为铰接，每
一杆件受力均为轴向力。 ——受力时考虑施于节点，可避免使杆件受弯。 优点：相对于梁结构 ——① 跨度大，省材，用材较广，钢筋混凝土、钢、木
约1/15 采用钢筋混凝土屋面板
——网架结构的造型要素
网架支撑方 式与建筑造 型
拱形网架支 撑在两排列 住上
●穹形网架 支撑在周边 柱上
——网架结构实例
肋环空腹双层网壳
3.1.5 折板结构及其造型
概念：以一定倾斜角整体相连的薄板+横隔构件
材料：钢筋混凝土板或钢丝网水泥
——折板结构的特点Biblioteka 结构构件本身作为独 立的单元来考虑）
空间结构体系
——网架
——折板
——薄壳 ——悬索
——……
（把结构的所有组成构件协同 起来共同跨越空间，作为整体 来考虑——整体作用大于单个 作用之和，且多向受力比单向 受力更发挥材料潜力，空间工 作比平面工作更符合力的自然 传递路线）
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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 。
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
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）。
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）。
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 ；
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
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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
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
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
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