百米級馬鞍形正交單層索網設計及施工關鍵技術研究.pdf

1、索網結構是張力結構的一種重要形式，其受力合理，充分利用材料強度，耗鋼量少，施工方便，且建筑形式美觀，造型富于變化。蘇州體育中心游泳館采用馬鞍形正交單層索網結構，由V形結構立柱、馬鞍形環(huán)梁、承重索和穩(wěn)定索、剛性屋面及幕墻構成，環(huán)梁投影為直徑106m圓形，拉索采用定長雙索。本文在對索網結構特征和研究現狀詳盡總結和概括的基礎上，以蘇州體育中心游泳館為工程實例，對馬鞍形索網結構的施工方案設計、零狀態(tài)找形、施工過程模擬分析、誤差模擬分析以及結構特

2、性分析等方面進行了細致研究工作。
　　本文首先對索網結構的結構形式進行了介紹，闡述其相關的結構組成和力學特性。國內外對索網結構的找形和靜動力性能等已有很多的研究。找形方法有動力松弛法、力密度法和非線性有限元法等。索網結構的靜動力性能研究主要集中在索網的柔性和非線性特征上。同時，本文對經典的索網結構工程進行了梳理，所列工程各有特點。
　　索網結構因其拉索數量多、索夾安裝復雜以及預應力施加困難等原因，拉索的施工是其整個施工過程中

3、的重點和難點。本文摒棄傳統(tǒng)的滿堂支架施工方案，設計了無論在工期、經濟性和可操作性上都優(yōu)越許多的兩種拉索施工方案，分別為整體牽引提升法和高空組裝法。在詳細闡述兩種索網施工方法內涵的基礎上，對其包括張拉工裝、施工難易程度、安全性及工期等方面進行了詳盡的對比，得出兩種施工方案的適用條件。
　　索網結構零狀態(tài)找形研究主要是為了獲得外圍結構的組裝狀態(tài)，以使結構成型時達到目標位形和索力。本文采用迭代正算法對蘇州游泳館進行零狀態(tài)找形，以結構恒載

4、態(tài)的位形和索力作為零狀態(tài)找形的分析目標，以V形柱柱頂節(jié)點為關鍵控制點，計算出節(jié)點預調值，作為鋼結構制作和安裝依據。
　　針對提出的兩種拉索施工方案，本文采用“確定索桿系靜力平衡態(tài)的非線性動力有限元法(簡稱NDFEM)”跟蹤蘇州游泳館馬鞍形單層索網結構的整個施工過程，模擬分析施工過程中結構的響應，包括施工過程中的拉索索力、周邊鋼結構應力、結構位形、胎架內力、工裝拉索索長及規(guī)格選擇等。另外，對于類似索網結構的誤差敏感型結構，尤其是采用

5、定長索（索端不設調節(jié)量）的索網結構需要進行誤差分析。本文對蘇州游泳館引入索長制作誤差和外聯節(jié)點安裝誤差，進行組合誤差分析。根據規(guī)范及相關工程經驗設置誤差分析工況，對比各工況下拉索索力誤差是否滿足規(guī)范小于10％的要求，并依據計算結果，對結構施工及索頭端板設計提供合理性建議。
　　馬鞍形索網結構的外圍結構對整個結構的受力性能至關重要。本文對蘇州游泳館V形柱激活批次、V形柱傾角以及外圍環(huán)梁剛度進行了參數化對比分析。V形結構柱分批激活有利

6、于降低V形柱應力水平，減少支座拉力出現，只是在柱全部焊接之前結構剛度較低，安裝屋面前后索網位形變化較大。V形柱傾角在環(huán)梁剛度較大情況下，對整個結構受力影響較小，直立V形柱更有利于材料的充分利用，但在環(huán)梁剛度較小的情況下，V形柱保持一定傾角對提高結構整體剛度有著重要的意義。環(huán)梁剛度的增加會增加結構剛度，有利于抵抗荷載產生的變形，但環(huán)梁內力會增加，同時會改變素網位移分布，需謹慎為之。
　　文章最后對本文主要的研究內容和研究成果作了較為