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大開孔雙層正交索網(wǎng)，西安國際足球中心罩棚
日期: 2024-03-21 點擊: 984
大開孔雙層正交索網(wǎng)，西安國際足球中心罩棚
西安國際足球中心是原擬承辦2023年亞足聯(lián)中國亞洲杯館主場館之一，位于大西安新中心新軸線核心位置，西咸新區(qū)灃東新城復(fù)興大道以東，科統(tǒng)三路以北，占地約280畝，總建筑面積25萬平方米，包含1座6萬座的專業(yè)足球場、2塊國際標(biāo)準(zhǔn)室外訓(xùn)練場，原擬于2023年亞洲杯舉辦前建成投用，能夠承接除世界杯開幕式以外的所有國際A級足球賽事。 足球場的屋蓋結(jié)構(gòu)平面上呈現(xiàn)倒圓角的矩形，尺寸約為295.6×250.6m，屋蓋結(jié)構(gòu)分為外部剛性網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)和內(nèi)部柔性索網(wǎng)結(jié)構(gòu)兩部分，大開孔雙層正交索網(wǎng)得到首次應(yīng)用。其中，外部的剛性網(wǎng)殼屋蓋是在空間不規(guī)則曲面中通過正放四角錐形式發(fā)展出來的空間網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)，內(nèi)部索網(wǎng)屋面呈中央開洞的馬鞍形曲面，外壓環(huán)的平面尺寸約為203.0×178.6m，高差約23.5m，內(nèi)拉環(huán)的平面尺寸約為115.0×92.4m，高差約4.9m。該足球場的整體屋蓋結(jié)構(gòu)體系主要由外部剛性屋蓋結(jié)構(gòu)和內(nèi)部柔性索膜結(jié)構(gòu)構(gòu)成。外部剛性屋蓋結(jié)構(gòu)采用空間網(wǎng)殼體系，整個網(wǎng)殼支承于68根型鋼混凝土柱頂，柱頂設(shè)置成品球鉸支座，其中南側(cè)和北側(cè)均為雙排柱支承。內(nèi)部柔性索膜結(jié)構(gòu)包括外壓環(huán)、懸臂梁、內(nèi)拉環(huán)以及其間張拉的雙層雙向的正交索網(wǎng)體系，其中雙層雙向的正交索網(wǎng)體系由承重索、上層穩(wěn)定索、下層穩(wěn)定索以及連接上下層索網(wǎng)的膜面和提升索構(gòu)成。膜面張拉于上下層穩(wěn)定索之間，上層穩(wěn)定索形成了膜面的脊索，下層穩(wěn)定索形成了膜面的谷索，有效提供了膜面的空間剛度。外壓環(huán)和懸臂梁構(gòu)成內(nèi)部索膜屋蓋的外邊界，均采用Q390C鋼材。外壓環(huán)采用外徑為1.5m的圓管截面，壁厚為55mm和60mm兩種，其中，部分60mm厚管段內(nèi)部設(shè)置兩道橫向加勁板；懸臂梁采用變截面箱形截面，根部截面大，端部截面小，板厚分為20mm和30mm兩種。該工程承重索、上下層穩(wěn)定索以及構(gòu)成內(nèi)拉環(huán)的環(huán)索均采用進口密封索，密封索具有非常好的橫向承壓能力以及索夾的抗滑能力，并且它也具備優(yōu)秀的防銹蝕能力以及抗疲勞能力。該工程的拉索規(guī)格較多。該工程在設(shè)計和施工過程中存在以下重難點：①由于東西側(cè)外圈網(wǎng)殼屋蓋的幾何形態(tài)（圖5），且東西側(cè)僅有單排柱支承屋蓋，經(jīng)對比分析，本工程屋蓋內(nèi)圈索網(wǎng)采用自平衡體系更為合理、高效和經(jīng)濟；②該工程采用創(chuàng)新的正交大開孔索網(wǎng)體系，解決造型、排水等一系列建筑功能需求的同時，也使得正交索網(wǎng)在與內(nèi)環(huán)索交點處產(chǎn)生較大的不平衡力；③該工程最終選用的自錨式內(nèi)圈結(jié)構(gòu)體系，對外壓環(huán)的形態(tài)提出較高的設(shè)計要求，在索張拉力作用下，不同形態(tài)的外壓環(huán)內(nèi)力水平將截然不同；④ 該工程存在一些設(shè)計難度較高的關(guān)鍵節(jié)點，如用于消除不平衡力的環(huán)索索夾、用于消除張拉階段內(nèi)外圈位移差的外壓環(huán)支座等。4）結(jié)構(gòu)設(shè)計與施工技術(shù)創(chuàng)新針對該工程的上述關(guān)鍵問題，系統(tǒng)深入研究結(jié)構(gòu)體系、索夾節(jié)點、施工等創(chuàng)新技術(shù)，形成大開孔正交索網(wǎng)結(jié)構(gòu)設(shè)計與施工成套應(yīng)用技術(shù)如下：① 通過找形使外壓環(huán)與索網(wǎng)形成閉合的自錨體系，并通過支座與外圈網(wǎng)殼連接。施工張拉過程中，支座釋放水平向平動自由度，張拉結(jié)束后鎖死，由滑移支座變?yōu)楣潭ㄣq支座，從而消除施工階段張拉力對外圈剛性結(jié)構(gòu)的影響。針對內(nèi)外圈結(jié)構(gòu)的連接形式，在荷載條件相同的情況下，對比了完全固定鉸支座和施工階段可滑動支座對支撐屋蓋體系的框架柱的影響。圖11給出兩種支座方案柱平面內(nèi)外的彎矩變化值，相比施工階段可滑動支座，固定鉸支座方案下絕大部分框架柱平面內(nèi)和平面外彎矩表現(xiàn)為增大，少部分表現(xiàn)為減少，并且彎矩增大幅度較大，最高可達約5000kN·m。由此可見，內(nèi)圈索網(wǎng)自錨體系對改善外圈剛性結(jié)構(gòu)的受力具有顯著效果。
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