大開孔雙層正交索網(wang)，西(xi)安(an)國際足(zu)球中(zhong)心罩棚
西(xi)(xi)安國際足球中心(xin)(xin)是原擬承(cheng)辦2023年(nian)亞(ya)足聯中國亞(ya)洲杯(bei)館(guan)主場(chang)(chang)館(guan)之一(yi)，位(wei)于(yu)(yu)大(da)西(xi)(xi)安新中心(xin)(xin)新軸線核(he)心(xin)(xin)位(wei)置(zhi)，西(xi)(xi)咸新區(qu)灃東新城(cheng)復興大(da)道以東，科(ke)統三路以北，占地約280畝，總建筑面積25萬(wan)平方米，包(bao)含1座6萬(wan)座的(de)專業足球場(chang)(chang)、2塊國際標準室外訓練場(chang)(chang)，原擬于(yu)(yu)2023年(nian)亞(ya)洲杯(bei)舉辦前建成投用，能夠承(cheng)接除世(shi)界杯(bei)開幕式(shi)以外的(de)所有國際A級(ji)足球賽事。 足(zu)球場的屋蓋(gai)結構平面上(shang)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(xing)網殼結構(gou)和內部柔性(xing)索網結構兩(liang)部分(fen)，大開(kai)孔雙層正(zheng)交索網得到首次應用。其(qi)中(zhong)，外(wai)部的(de)剛性(xing)網殼屋(wu)蓋(gai)是在空間不規則曲(qu)(qu)面中(zhong)通過正(zheng)放四角錐形式發展出來的(de)空間網殼結構，內部索網屋(wu)面呈中(zhong)央開(kai)洞的(de)馬鞍形曲(qu)(qu)面，外(wai)壓環的(de)平(ping)面尺寸(cun)約為203.0×178.6m，高(gao)差(cha)約23.5m，內拉環的(de)平(ping)面尺寸(cun)約為115.0×92.4m，高(gao)差(cha)約4.9m。該足(zu)球場的整體(ti)(ti)屋(wu)蓋結(jie)構體(ti)(ti)系主要由外(wai)部剛性屋(wu)蓋結(jie)構和內部柔性索膜結(jie)構構成。①外部(bu)剛(gang)性(xing)屋(wu)蓋結構外部(bu)剛性屋(wu)蓋(gai)結(jie)構采用空間網殼體系(xi)，整個網殼支承于68根型鋼混凝土(tu)柱頂(ding)，柱頂(ding)設(she)置成品(pin)球鉸支座，其中南側和北(bei)側均為(wei)雙排柱支(zhi)承。②內(nei)部柔性(xing)索(suo)膜結構內部柔性(xing)索(suo)(suo)(suo)(suo)(suo)膜結構包括(kuo)外壓(ya)環、懸(xuan)臂梁(liang)、內拉(la)環以及(ji)其間張拉(la)的雙(shuang)層(ceng)雙(shuang)向(xiang)的正交(jiao)索(suo)(suo)(suo)(suo)(suo)網體(ti)系，其中雙(shuang)層(ceng)雙(shuang)向(xiang)的正交(jiao)索(suo)(suo)(suo)(suo)(suo)網體(ti)系由承(cheng)重索(suo)(suo)(suo)(suo)(suo)、上層(ceng)穩定索(suo)(suo)(suo)(suo)(suo)、下層(ceng)穩定索(suo)(suo)(suo)(suo)(suo)以及(ji)連(lian)接上下層(ceng)索(suo)網(wang)的膜面和提升索(suo)構成。膜(mo)面(mian)張拉(la)于上下層(ceng)穩定(ding)(ding)索(suo)(suo)之(zhi)間，上層(ceng)穩定(ding)(ding)索(suo)(suo)形成(cheng)(cheng)了膜(mo)面(mian)的(de)脊(ji)索(suo)(suo)，下層(ceng)穩定(ding)(ding)索(suo)(suo)形成(cheng)(cheng)了膜(mo)面(mian)的(de)谷索(suo)(suo)，有(you)效提(ti)供(gong)了膜(mo)面(mian)的(de)空間剛度。外壓(ya)環和懸臂梁(liang)構成(cheng)內(nei)部索膜屋(wu)蓋的外邊(bian)界，均采用Q390C鋼材。外壓環采用(yong)外徑為1.5m的(de)圓管截(jie)面，壁厚(hou)為55mm和60mm兩種，其中，部分60mm厚(hou)管段內部設(she)置兩道橫向加勁板；懸(xuan)臂梁采用(yong)變截(jie)面箱形(xing)截(jie)面，根部截(jie)面大(da)，端(duan)部截(jie)面小，板厚(hou)分為20mm和30mm兩種。該工(gong)程(cheng)承重索(suo)、上(shang)下層穩定索(suo)以(yi)(yi)及構(gou)成內拉(la)環的(de)環索(suo)均采用進口密封索(suo)，密封索(suo)具(ju)有非常好(hao)的(de)橫(heng)向承壓能(neng)力(li)以(yi)(yi)及索(suo)夾的(de)抗(kang)滑能(neng)力(li)，并(bing)且它也具(ju)備優(you)秀的(de)防銹蝕能(neng)力(li)以(yi)(yi)及抗(kang)疲勞能(neng)力(li)。該工(gong)程(cheng)的(de)拉(la)索(suo)規格(ge)較多。3）工程的(de)重(zhong)難點(dian)該工程(cheng)在設計和施工過程(cheng)中存在以(yi)下重難點：①由于東西側(ce)外(wai)圈網(wang)殼屋蓋(gai)(gai)的幾何形態（圖5），且東西側(ce)僅有單(dan)排柱支承屋蓋(gai)(gai)，經對比分析，本工(gong)程屋蓋(gai)(gai)內圈索網(wang)采用(yong)自平(ping)衡(heng)體(ti)系(xi)更為(wei)合(he)理、高效(xiao)和經濟；②該工程(cheng)采用創新(xin)的正(zheng)交(jiao)大(da)開孔索網(wang)(wang)體系，解(jie)決造(zao)型、排水等一(yi)系列建筑功能需求的同時，也使得(de)正(zheng)交(jiao)索網(wang)(wang)在與內環索交(jiao)點處產生(sheng)較大(da)的不(bu)平衡力；③該工程最終選用的(de)(de)自錨式(shi)內圈(quan)結構(gou)體(ti)系，對外壓環的(de)(de)形態提出較高的(de)(de)設計要求(qiu)，在索張拉力(li)作(zuo)用下(xia)，不同形態的(de)(de)外壓環內力(li)水平將截然不同；④ 該工程存在一些設(she)計難度較高的關鍵節點(dian)，如用(yong)于消除不(bu)平衡力(li)的環索(suo)索(suo)夾、用(yong)于消除張拉階段(duan)內外圈位(wei)移差的外壓環支座等。針對該工程的上述關鍵(jian)問題，系統深入(ru)研(yan)究結構體系、索夾節點、施工等創(chuang)新(xin)技術，形成(cheng)(cheng)大開孔正交索網結構設(she)計與施工成(cheng)(cheng)套應用技術如下(xia)：① 通(tong)過(guo)找形使外(wai)壓(ya)環與(yu)索網(wang)形成閉(bi)合的(de)(de)自(zi)錨(mao)體(ti)系(xi)，并(bing)(bing)通(tong)過(guo)支座(zuo)(zuo)(zuo)與(yu)外(wai)圈網(wang)殼連(lian)接。施工張拉(la)(la)過(guo)程中，支座(zuo)(zuo)(zuo)釋放(fang)水平(ping)向平(ping)動(dong)自(zi)由度，張拉(la)(la)結(jie)束后鎖死，由滑(hua)(hua)移支座(zuo)(zuo)(zuo)變(bian)為(wei)固(gu)定鉸(jiao)支座(zuo)(zuo)(zuo)，從而消除施工階(jie)(jie)段張拉(la)(la)力對(dui)外(wai)圈剛(gang)性結(jie)構(gou)的(de)(de)影(ying)響。針對(dui)內(nei)(nei)外(wai)圈結(jie)構(gou)的(de)(de)連(lian)接形式，在荷載條件相同的(de)(de)情況下，對(dui)比了完全(quan)固(gu)定鉸(jiao)支座(zuo)(zuo)(zuo)和施工階(jie)(jie)段可滑(hua)(hua)動(dong)支座(zuo)(zuo)(zuo)對(dui)支撐屋蓋體(ti)系(xi)的(de)(de)框(kuang)(kuang)架(jia)柱(zhu)的(de)(de)影(ying)響。圖11給出兩種支座(zuo)(zuo)(zuo)方(fang)案柱(zhu)平(ping)面內(nei)(nei)外(wai)的(de)(de)彎矩變(bian)化值，相比施工階(jie)(jie)段可滑(hua)(hua)動(dong)支座(zuo)(zuo)(zuo)，固(gu)定鉸(jiao)支座(zuo)(zuo)(zuo)方(fang)案下絕(jue)大部分(fen)(fen)框(kuang)(kuang)架(jia)柱(zhu)平(ping)面內(nei)(nei)和平(ping)面外(wai)彎矩表現為(wei)增(zeng)大，少(shao)部分(fen)(fen)表現為(wei)減少(shao)，并(bing)(bing)且彎矩增(zeng)大幅度較大，最(zui)高可達約5000kN·m。由此可見，內(nei)(nei)圈索網(wang)自(zi)錨(mao)體(ti)系(xi)對(dui)改善外(wai)圈剛(gang)性結(jie)構(gou)的(de)(de)受力具(ju)有顯(xian)著效果。
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