设计单位：天津大学建筑设计规划研究院有限公司
总承包：中建六局有限公司
钢结构安装单位：中建六局土木工程有限公司
索结构施工单位：巨力索具股份有限公司、北京市建筑工程研究院有限公司
索具类型：巨力索具、外购PE、半平行线束
竣工日期：2016年
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概述
北方工业大学新校区体育馆（图1）位于河北省唐山市曹妃甸新城，建筑面积18827m²。主体育馆地上三层，1至3层层高分别为4.5m、6m、4.5m。建筑檐高约22.35m，屋面标高28m。体育馆钢屋盖平面投影近似六边形，纵向长度105.9m，横向长度66.9m，纵向两端分别向外悬挑15.14m、10.94m。屋面中部轴线网格尺寸为88.2m×67.2m，主柱距为8.4m，部分为4.2m。 屋面为双坡屋面，坡度为10%，屋面结构采用弦支网架结构，弦支网架上部网架采用正交桁架体系，网架下共布置6根拉索。
图1 北方工业大学新校区体育馆
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索结构体系
1）索结构体系组成
上部网架采用正交桁架网架体系，主网架尺寸为2.8m×2.8m，局部为2.1m×2.1m，网架中部厚度为2.2m，西侧悬臂边厚度由2.2m过渡至0.6m，东侧悬臂边厚度由2.2m过渡至1.24m。网架底部6向索支撑体系升高为4.8m。结构设计选用杆件截面有φ89×4.5、φ108×4.5、φ121×6、φ140×8、φ168×6、φ180×10、φ219×10、φ245×16。 计算时索支撑体系预应力设计值初拉力设定为1100kN、1300kN、1500kN，弦支网格结构平面及立面布置如图2所示。
a) 结构规划
b) 结构立面布置图
图2 索承网格结构布置图
2）索结构体系力学特性
①弦支网格结构静力性能分析
通过对结构静力性能分析发现，结构整体性能良好，结构刚度大，内力分布比较均匀，静力性能良好；折板弦支网架结构可以充分发挥部分拱结构的优点，通过引入拉索，减小支撑反力，克服拱的水平推力大的缺点。
②弦支网格结构动力特性分析
对结构进行了模态分析，得到了结构前50阶振型的频率（图3）。折板式张弦支网架结构的一阶固有频率较高，接近1Hz，结构刚度较好。结构的固有频率变化较慢，增长趋势比较剧烈，变化比较均匀。结构的质量分布和刚度分布比较均匀，结构布置合理。
图3 结构前50阶振型频率分布
3）设计难点及解决方案
① 屋面选型分析
本工程上部屋盖钢结构为中大跨度结构跨度50米拱形钢结构，根据屋盖建筑体型及支撑情况，考虑了网架结构、弦支网架结构两种方案，通过对比两种方案的受力性能，综合考虑结构各项性能指标，选择了优于网架结构的弦支网架结构，该方案优化了结构内部的力流分布，增加了结构的整体刚度，提高了结构的效率。
②关键节点结构设计
网架上弦节点：实际结构需根据杆件内力选取杆件截面尺寸，在杆件尺寸满足结构要求的前提下选取球节点尺寸，并辅以计算，保证球节点的安全性和稳定性。
支撑杆与格栅之间的连接节点：格栅不同位置的支撑杆上的节点尺寸不同，节点形式如图4所示。支撑杆与格栅之间的连接节点采用销钉连接，可以实现良好的铰接。
图4 支撑与网格连接节点
索与格栅连接节点如图5所示，由于索与格栅连接节点结构复杂，连接杆件、焊缝较多，易产生应力集中现象，故采用有限元分析软件对该节点性能进行分析，得出节点域内确实存在应力集中现象，但节点域内应力和变形较小，能够满足安全要求（图6、图7）。
图5 电缆及电网连接节点
图6 电缆与电网连接节点Mises应力云图
图7 耳板及焊球Mises应力云图
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索结构施工
拉索安装与张拉施工穿插在钢结构网架安装工序中。本工程钢结构网架采用整体吊装方式施工：将钢网架在楼面上组装好，安装预应力拉索、拉索夹、撑杆等构件，并按照整体吊装方案要求安装吊装支架及吊装设备；钢网架整体吊装到位后，对拉索施加预应力，使结构达到成型状态。
索力张拉施工总体思路为：钢结构网架吊装到位后，搭建索力张拉操作平台，然后分阶段、分批进行张拉。张拉分为两个级别，每次同步对称张拉两根索力。
1）电缆安装
索承式网架结构为单向索系，最大跨度为67m，索体重量约24kg/m，索头重量约0.5T。索在网架下放出后，利用绞车、导链进行安装。具体思路为：安装时借助绞车、导链等工具，将索整体同步提升，当索提升到一定高度（索头距耳板约1.5m）后，先安装索两端索头，再安装索夹节点，即先用导链牵引索头，通过销轴将索头固定在相应的耳板上。索两端索头安装完成后，根据索上的标记点，将索与索夹连接起来。 所有电缆和节点连接完成后，盖上节点盖跨度50米拱形钢结构，并拧紧螺栓，如图8所示。
2）缆索张紧
本次张拉采用单端张拉法进行，根据钢结构施工图，索在自重作用下的最大张拉力为980kN，每次张拉两根索同时进行，因此张拉选用两套张拉设备，即4台60T千斤顶、2台油泵及配套的张拉工装。张拉过程中，1台油泵与2台60T千斤顶同时工作，张拉工装如图9所示。
图8 连接线及支撑杆下节点安装
图9 张紧工装示意图
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项目照片
图10 电缆张紧现场
图11 网格提升
图12 室内场景
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参考
[1]王鑫,陈志华,姜宇婷,李志国,张俊如.折板弦支网格结构力学性能研究[J].建筑结构,2018,48(2).
[2] 蒋宇婷,陈志华,闫祥宇,张俊儒.折板弦支网架施工过程仿真分析[J].工业建筑,2016增刊.
[3]闫仁章,陈志华,王小敦,闫祥宇,张俊儒.河北联合大学体育馆钢结构屋盖选型分析[J].工业建筑,2014增刊.
作者：
天津大学建筑设计规划研究院有限公司：闫祥宇
结尾
空间结构分会
