设计单位：广东省建筑设计研究院
总承包：中建五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
索结构施工公司：南京东大现代预应力工程有限公司
索具类型：建益嘉高钒镀密封绳
竣工日期：2021年
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概述
佛山顺德德胜体育中心项目位于广东省佛山市顺德区，主要包括“一馆两馆”，即综合体育场、综合体育馆（含主体育馆及训练馆）和游泳馆。主体育馆屋盖为大跨度闭式混合索穹顶结构，屋盖为重刚度屋盖，为脊索、斜索、环索、撑杆、内拉环、外压环梁及周边支撑结构组成的空间预应力索杆体系。结构平面投影为椭圆形，其中支座间长轴方向结构净跨度为124.5m，短轴方向结构净跨度为105.5m，结构纵向高度为8.1m，长轴矢跨比为1/15，短轴矢跨比为1/13，屋面最高处约38.4m，采用不锈钢金属屋面。地上混凝土结构包括看台及平台部分，体育馆混凝土结构不分缝。
图1 佛山顺德德胜体育中心
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索结构体系
1）总体结构
体育馆结构主要由四部分组成：
①索穹顶：采用椭圆抛物线混合闭式索穹顶结构，包括四圈脊索、四圈斜索、三圈环索及撑杆。从内到外，第一圈、第二圈采用16根盖革型桁架，第三圈分叉开始采用莱维型桁架，第四圈采用32根盖革型桁架。这样既避免了脊索、斜索密集导致建筑外观不美观，又避免了外圈檩条跨度过大。同时从受力形式上提高了索穹顶的抗侧刚度。
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，起到两道防线的作用；
③结构立面：采用钢管柱，其中抗侧力构件分为外圈1个V型柱和内圈8个大V型柱，形成2个抗侧力体系。
④刚性屋面：由主、次檩条、镀锌穿孔波纹钢底板、吸音棉、保温棉、防水膜、不锈钢焊接屋面板等组成，屋面重量（不含檩条）为52.45kg/m2。
图 2：体育馆剖面图
图3 体育馆结构三维示意图
图4 索穹顶截面示意图
值得一提的是钢结构屋面防水的参考文献，为了对索结构施工进行监控，第三方单位在本项目的索面引入了耦合光纤光栅钢丝的智能索[1]，并尝试对整个施工过程进行实时索力检测。
2）结构性困难
①采用连续焊接不锈钢金属屋盖的索穹顶变形控制
综合体育馆屋面为椭圆形，长短轴受力不均匀导致箍索张拉不均匀，同时屋脊索长短方向竖向变形不一致，导致金属屋面檩条相对变形控制不准，箍索主檩条局部应力集中。通过调节索张力、调节内拉环形状与外压环一致，解决索张力不均匀问题。除调节索张力控制相邻撑杆相对变形外，在长短轴交汇处采用径向主檩条铰接、箍索主檩条“透气”滑动，解决不均匀变形影响；施工措施采用对称、均布的施工顺序，避免集中荷载；从而控制金属屋面变形，避免箍索主檩条局部应力集中。
② 形成封闭的索穹顶结构，内有刚性拉环
索穹顶结构作为全张拉体系，施工过程为动态过程，结构内部会发生较大的位移，结构位置、刚度、荷载、内力、边界等都在过程中不断变化。索穹顶结构整体施工方案包括钢结构拼装、内拉环及索、撑杆安装等步骤。以往索穹顶结构施工多采用高空散装法，即搭设轮胎架、高空拼装、张拉，费时费力；随着非线性动力有限元分析及张拉同步控制技术的发展，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。对于刚性内拉环的封闭式索穹顶结构，由于内拉环与外压环间距较大，且内拉环自重较大，在施工过程中仅考虑外层牵引提升时，牵引提升力会很大，容易对完成后的结构形态和内力造成影响。因此，本项目采用“内环垂直提升+索杆体系交替斜向牵引提升”的施工方法，有效解决了外环工装索牵引提升力较大的问题。
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索结构施工
1）结构总体施工顺序
①装配式结构外部钢构件支撑状态与设计使用状态一致；
②地面拼装内拉环，安装内环提升塔，组装索杆系统，进行电缆总装施工；
③卸下内拉环提升塔，拆除提升塔；
④安装檩条、屋盖等构件。
2）电缆建设总体规划
根据本工程索穹顶结构特点，综合采用“索穹顶塔吊索杆累计安装施工法”和“下部索网整体拉升、双层索网结构张拉施工法”，即在地面完成索杆组装，利用外围支撑结构与中心塔交替提升索杆体系及内拉环，在高空张拉最外圈斜索形成结构。结构施工包括索杆体系安装及整体提升阶段、脊索锚固阶段、外斜索张拉成型阶段三个阶段。
为了详细说明整个施工过程，将工装绳分为主牵引工装绳a、主牵引工装绳b、次牵引工装绳c、内圈提升工装绳d四类，四类工装绳位置如图5所示。
a) 斜牵引提升
b) 弦锚
c) 内圈垂直提升
图5 工装电缆示意图
电缆整体施工流程如图6所示。
a)将轮胎架组装在站台及地面上，装配内拉环，敷设环绳，安装环绳夹，敷设脊绳、斜绳及支撑杆，连接脊绳网及第一圈斜绳，搭设提升塔（开始牵引提升）
b) 交替抬起内拉环，将脊绳网拉至一定高度钢结构屋面防水的参考文献，安装第一圈支撑杆、环绳、第二圈斜绳。
c) 交替抬起内拉环，将脊绳网拉至一定高度，安装连接第二圈支撑杆、环绳及第三圈斜绳。
d) 交替抬起内拉环，将脊绳网拉至一定高度，再安装第三圈支撑杆、环绳和第四圈斜绳。
e) 交替抬起内拉环，将脊网拉至一定标高，再将外脊网锚固于外压环上。
f) 交替抬起内拉环和张紧外斜索，直至形成张紧力。
g) 拆除升降塔、升降绳和部分结构绳，完成结构
图6 电缆整体施工过程示意图
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项目照片
图7 电缆夹节点
图 8 内绳端部节点
图9 外压环电缆端节点
图 10 电缆开口
图11 电缆牵引提升
图12 索张拉成型现场
图 13 从上方俯瞰体育馆屋顶
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参考
[1]朱万旭，秦荷英，幸新奎，吕海波，罗伯光，李长乐. 大范围智能高强度钢丝与光纤布拉格光栅耦合及其制作方法[P]，中国CN213918635063.X，2015-11-10。
