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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(diǎn)擊: 1314
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(jí)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(gè)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(jìn)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(jì)和施工過程中存在以下重難點(diǎn)：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(duì)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(jì)；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(shí)，也使得正交索網(wǎng)在與內(nèi)環(huán)索交點(diǎn)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(duì)外壓環(huán)的形態(tài)提出較高的設(shè)計(jì)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(jì)難度較高的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)，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(jì)與施工技術(shù)創(chuàng)新針對(duì)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(diǎn)、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(jì)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(dòng)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(duì)外圈剛性結(jié)構(gòu)的影響。針對(duì)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(duì)比了完全固定鉸支座和施工階段可滑動(dòng)支座對(duì)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(dòng)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(dá)約5000kN·m。由此可見，內(nèi)圈索網(wǎng)自錨體系對(duì)改善外圈剛性結(jié)構(gòu)的受力具有顯著效果。
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