大開孔雙層正交索網，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，西咸新區灃東新城復興大道以東，科統三路以北，占地約280畝，總建筑面積25萬平方米，包含1座6萬座的專業足球場、2塊國際標準室外訓練場，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。 足球場的屋蓋結構平面上呈現倒圓角的矩形，尺寸約為295.6×250.6m，屋蓋結構分為外部剛性網殼結構和內部柔性索網結構兩部分，大開孔雙層正交索網得到首次應用。其中，外部的剛性網殼屋蓋是在空間不規則曲面中通過正放四角錐形式發展出來的空間網殼結構，內部索網屋面呈中央開洞的馬鞍形曲面，外壓環的平面尺寸約為203.0×178.6m，高差約23.5m，內拉環的平面尺寸約為115.0×92.4m，高差約4.9m。該足球場的整體屋蓋結構體系主要由外部剛性屋蓋結構和內部柔性索膜結構構成。外部剛性屋蓋結構采用空間網殼體系，整個網殼支承于68根型鋼混凝土柱頂，柱頂設置成品球鉸支座，其中南側和北側均為雙排柱支承。內部柔性索膜結構包括外壓環、懸臂梁、內拉環以及其間張拉的雙層雙向的正交索網體系，其中雙層雙向的正交索網體系由承重索、上層穩定索、下層穩定索以及連接上下層索網的膜面和提升索構成。膜面張拉于上下層穩定索之間，上層穩定索形成了膜面的脊索，下層穩定索形成了膜面的谷索，有效提供了膜面的空間剛度。外壓環和懸臂梁構成內部索膜屋蓋的外邊界，均采用Q390C鋼材。外壓環采用外徑為1.5m的圓管截面，壁厚為55mm和60mm兩種，其中，部分60mm厚管段內部設置兩道橫向加勁板；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、上下層穩定索以及構成內拉環的環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，并且它也具備優秀的防銹蝕能力以及抗疲勞能力。該工程的拉索規格較多。①由于東西側外圈網殼屋蓋的幾何形態（圖5），且東西側僅有單排柱支承屋蓋，經對比分析，本工程屋蓋內圈索網采用自平衡體系更為合理、高效和經濟；②該工程采用創新的正交大開孔索網體系，解決造型、排水等一系列建筑功能需求的同時，也使得正交索網在與內環索交點處產生較大的不平衡力；③該工程最終選用的自錨式內圈結構體系，對外壓環的形態提出較高的設計要求，在索張拉力作用下，不同形態的外壓環內力水平將截然不同；④ 該工程存在一些設計難度較高的關鍵節點，如用于消除不平衡力的環索索夾、用于消除張拉階段內外圈位移差的外壓環支座等。針對該工程的上述關鍵問題，系統深入研究結構體系、索夾節點、施工等創新技術，形成大開孔正交索網結構設計與施工成套應用技術如下：① 通過找形使外壓環與索網形成閉合的自錨體系，并通過支座與外圈網殼連接。施工張拉過程中，支座釋放水平向平動自由度，張拉結束后鎖死，由滑移支座變為固定鉸支座，從而消除施工階段張拉力對外圈剛性結構的影響。針對內外圈結構的連接形式，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和平面外彎矩表現為增大，少部分表現為減少，并且彎矩增大幅度較大，最高可達約5000kN·m。由此可見，內圈索網自錨體系對改善外圈剛性結構的受力具有顯著效果。
清遠 肇慶 花都 鋼結構工程選擇廣州經緯鋼結構工程選擇廣州經緯鋼結構工程有限公司
