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盘锦体育场屋盖马鞍形索网结构张拉成型关键技术

文档作者：王泽强1，尤德清1，吕品1，钱英欣1，王丰1，王晓涵2 文档来源： 1．北京市建筑工程研究院有限责任公司 2．绍兴市建筑工程质量安全监督总站，		点击数：	更新时间： 2025年12月15日
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施工技术
CONSTRUCTl0N TECHNOLOGY
2014年7月下
第43卷第14期
DOI：10．7672／sgis2014140124
盘锦体育场屋盖马鞍形索网结构张拉成型关键技术木
王泽强1，尤德清1，吕品1，钱英欣1，王丰1，王晓涵2
(1．北京市建筑工程研究院有限责任公司，北京lO0039；2．绍兴市建筑工程质量安全监督总站，浙江绍兴312000)
[摘要]盘锦体育场屋盖马鞍形索网结构作为索结构的新型结构形式，具有造型新颖、跨度大及用钢量省等特点。
针对马鞍形索网结构的特点，提出了“地面组装、同步提升、整体张拉成型”的施工方法，并针对该施工方法，深入研
究了该结构张拉成型的关键技术，即：拉索下料、全过程施工仿真计算分析、地面组装技术、同步提升及整体张拉成
型技术、施工监控技术。监测结果表明，张拉成型后的结构形态及索力均满足设计要求。
[关键词]钢结构；索网；张拉；有限元分析；施丁技术
[中图分类号]Tu391；Tu758 [文献标识码]A [文章编号]l002．8498(2叭4)14m124_04
The Tensioning Forming Technology of Saddle-shaped Cable Net
Structu托for Panjin Stadium Roof
V＼，ang Zeqian91，Y0u Deqin91，L0 Pinl，Qian Yingxinl，V＼，ang Fen91，V＼，ang×iaOhan2
(1．Be盯西lg曰“iZd西培Co，u￡ructio，己尺esenrc^，m￡如Mte Co．，Ltd．，Be玎西lg 100039，C^in口；
2．S^口。茗由lg BⅡifd西lg QM口fity．s咖秒Sz甲e，w如io几|s￡Ⅱtion，s^口ox西lg，z^叫n，lg 3 12000，C^i，la)
Abstract：The saddle．shaped cable net structure of Panjin Stadium roof is a new stlllcture． It has some
characteristics of novel shape， large span and using less steel， etc． In this paper， the constI_uction
methods which include ground assembly， synchronous lifting and the whole tensioning fbrming are Put
forward according to the characteristics of saddle—shaped cable net structure． Accordjng co the
construction methods， The key technologies of the stmcture tension-shaping are deeply studied which
include cable length，simulation analysis fbr the wh01e constlllction process，ground assembly technique，
synchronization promotion and integral tension and monitoring technology． The monitoring results show
that the configuration and the cable fbrce are satisfied with designer after tensioning．
Key wOrds：steel stmctures； cable net structure； tensioning；finite element analysis；construction
1 工程概况
盘锦体育场为十二届全运会女子足球场，其屋
盖为马鞍形索网结构，平面呈椭圆环形，平面尺寸
为270m×238m，屋盖悬挑长度为29～41m，在长轴
方向悬挑量小，短轴方向悬挑量大。其中外围钢框
架包括内外两圈x形交叉钢管柱和自上至下共6
圈环梁(或环桁架)；主索系包括内圈环向索1道、
144道吊索、72道脊索和72道谷索，其中环向索由
10圈直径115mm和110mm的z形密封进口拉索组
成，径向索均为Glafan拉索，最大直径为120mm；膜
面布置在环索和外围钢框架之间的环形区域，并跨
越72道脊索和72道谷索形成波浪起伏的曲面造
十北京市科技计划课题(z13ll loo00213131)
[作者简介]王泽强，结构所空间部主任，工程师，E—mail：wzeq7902@
sina．com
[收稿日期]2014．03-”
型。结构三维示意及剖面如图1所示。
盘锦体育场屋盖结构形式比较新颖，跨度大，
径向索(吊索、脊索和谷索)数量比较多，而且成型
后拉索索力比较大。在施工过程中，结构从组装到
成型，刚度从无到有，而且结构几何非线性极强，实
际施工中对结构形状控制非常有难度，这就造成了
施工难度特别大。现对盘锦体育场马鞍形索网结
构张拉成型的方法和关键技术进行详细阐述，主要
采用的施工方法为“地面组装、同步提升、整体张拉
成型”，关键技术主要包括拉索下料、全过程施工仿
真计算分析、地面组装、同步提升及整体张拉成型、
施工监控等几个方面。
2拉索下料
钢索下料是保证整体索网结构成型的关键一
步，只有将拉索长度确定准确才能够保证最终成型
能够满足设计图纸和规范的要求。钢索下料长度
万方数据
王泽强等：盘锦体育场屋盖马鞍形索网结构张拉成型关键技术125
外霪碧r嶙环jj谷壤～～。■了j 糠群
b剖面
图1盘锦体育场结构示意
Fig．1 PanjiⅡS纽dium st瑚ctII他
需要精确计算，特别是环向索对结构成型影响更
大。本工程拉索下料方法如下：按照设计图纸建立
整体结构模型，包括四周钢结构、看台、索网结构
等，其中环向索采用“十索模型”，即考虑10圈环向
索在不同预应力状态下的不同下料长度，这是本项
目拉索下料精确与否的关键点；根据设计给定的预
应力值进行施工全过程仿真计算分析，最终确定每
圈环向索及其他径向拉索的下料标记力，在环向索
与径向索相连节点处做出标记，并在施工过程中进
行严格控制，保证安装过程中按照标记位置安装节
点，同时根据实际情况进行局部调整。
3施工仿真计算分析
索网结构从地面组装到成型，经历很多受力状
态，为了保证施工过程安全性，并且最终成型能够
符合设计要求，必须进行大量的施工模拟计算。为
给每个提升状态提供提升力值，并为施工监控提供
结构形状理论值，本工程对施工过程中的每一个施
工工况，包括地面整体组装、同步提升、整体张拉等
过程，都进行仿真计算分析。
采用目前通用的大型有限元软件ANSYS建立
整体有限元计算模型，根据实际施工工况进行仿真
计算分析。ANSYS模型中，采用Beaml88模拟四周
钢桁架和看台混凝土梁，Linkl0模拟所有拉索，
Shell63模拟看台板；采用初应变和温度相结合的方
法施加预应力；计算模型中结构自重由程序自动计
算，索夹节点、吊索固定端索头质量作为节点荷载
进行考虑。有限元计算模型如图2a所示。
根据提升与张拉步骤将过程分为以下10步：第
l步：环索离地0．5m；第2步：环索离地10m；第3步：
环索离地20m；第4步：环索离地30m；第5步：索头距
离耳板2．om；第6步：第1批吊索就位；第7步：第2
批吊索离耳板0．05m；第8步：第2批吊索离耳板
0．02m；第9步：第10批吊索就位；第10步：谷索安装
就位。选取长轴和短轴处的环向索节点和吊索进行
分析，图3为长轴和短轴的竖向位移变化和吊索索力
变化，其中节点和吊索编号如图2b所示。
一a有限元模型
吊索2
b节点和I节索编号
图2计算模型和选择节点及吊索位置
Fig．2 SimuIaHon model and joints
and hOisting caIble pOsmon
通过图3可以看出，随着提升的进行，结构竖向
位移逐渐减小，所有吊索提升到位后，节点处位移
为正值，谷索提升到位后，节点l和节点2处位移变
小，但仍为正值，说明结构成型后，整体向上起拱；
提升过程中，吊索索力逐渐增大，其中吊索l的索力
比吊索2索力大，说明长轴索力比短轴吊索提升力
普遍大，吊索1最大提升索力为1 600kN，谷索提升
到位后，索力变小。
4技术准备和拉索地面组装
1)技术准备
拉索地面安装前要进行以下主要技术准备：吊
索提升操作平台搭设、环向索马道搭设、提升工装
设计及设备选用和径向索耳板误差测量等。
吊索提升操作平台：要满足吊索提升至对应耳
板附近的操作空间要求，同时要有一定的承载能
力，即满足承重500kg的要求。吊索提升操作平台
位于四周环桁架上，最大悬挑近4m，由于工程位于
海边而且位置比较高(离地面约60m)，风荷载影响
特别大，因此，既要满足受力要求，又要满足保证平
溉
轴
鼢
短
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长
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∥驴％
一
一
万方数据
126 施工技术第43卷
图3 节点竖向位移和吊索提升索力变化
Fig．3 Vertical dispIacement of the
joints and cabIe force changes
面外稳定的要求。搭设完成的吊索操作平台如图
4a所示。
环向索马道搭设要求：合理布置环向索马道位
置，准确测量定位；保证马道周长与环向索下料长
度相同；满足马道承载力要求，保证整体稳定性；在
环向索节点处要满足安装节点的要求。搭设完成
的环向索马道如图4b所示。
斟翁蟮
a吊装操作平台b环向索马道
图4 吊索操作平台和环向索马道
Fig．4 PIatfbm fbr hoistiⅡg cable and ring cable way
提升工装设计及设备要求：既要满足提升空间
的要求，又要满足受力要求；保证耳板固定点、拉索
及工装受力中心，三点一线，保证工装充分安全利
用；提升千斤顶能够满足同步控制和提升力的要
求，又要轻便方便操作。
径向所耳板误差测量：使用高精度全站仪，将
安装完成的所有吊索和谷索耳板进行复测，以测量
结果为依据，调整所有谷索和吊索调节端，达到调
整由于耳板误差引起索长变化，保证结构受力和位
形准确性。
2)拉索地面组装
环向索组装：先将成盘拉索吊至放索盘，并将
二者固定在平板车上，地面放开环向索，然后将放
开后的环向索分段放置放索马道；下层环向索放置
完成后，进行节点安装，一定要按照标记点进行安
装，然后进行上层索放开和节点安装；最后进行同
一圈环向索连接。
径向索(吊索、脊索和谷索)组装：将成盘径向
索放置放索盘，使用履带式起重机将径向索放开，
然后借助履带式起重机将径向索完全提直，先将固
定端与环向索节点连接起来，并轻轻将径向索放置
于看台，另一端与四周钢结构暂时固定连接。放置
完成的环向索和径向索如图5所示。
图5环向索和径向索放置完成
Fig．5 Ring cabIe and radial cabIe setting
5 同步提升和张拉成型技术
1)总体方案由于吊索数量较多，通过方案比
选，并辅助仿真计算分析，最终确定了如下提升和
张拉方案：第l批72根吊索提升张拉到位；将提升
工装转移至剩余第2批72根吊索上，进行提升，并
张拉到位；最后进行72根谷索提升和张拉工作。
2)提升设备选用根据施工仿真计算分析结
果可知，张拉成型过程中，吊索最大提升力为
l 880kN，结合现有设备并考虑成本情况，选择4根
咖28的钢绞线，其中咖28钢绞线破断力为960kN。
千斤顶采用的600kN和1 000kN两种类型。
3)提升与张拉成型本工程前期技术准备中
已经根据耳板测量误差调整了吊索和谷索调节端，
因此，提升与张拉是同一过程，即吊索和谷索提升
到位，安装完成后结构成型完成。具体过程如下：
将第1批吊索与提升设备、工装等连接完成后，并将
吊索调节螺杆调整至要求位置，进行整体提升；提
升过程中，由于提升力不大，以结构位形控制为主，
吊索索头孔中心离对应耳板孔中心距离约0．5m
时，张拉力迅速变大，此时以索力控制为主，结构位
形控制为辅；工装转移至第2批吊索，并安装完成；
最后将72根谷索安装完成。
6施工监测技术
为了确保工程在整个施工过程中的安全性以
及考察施工过程中结构的变形和内力变化规律，需
要对结构张拉成型过程中进行现场施工监测。本
工程主要通过以下3方面进行监测控制：吊索和谷
m，o七圳小锄嗡珈书啪瑙
E；l／漳掣尽觐
湖枷伽瑚㈣啪㈣伽瑚。
万方数据
2014 No．14 王泽强等：盘锦体育场屋盖马鞍形索网结构张拉成型关键技术127
索提升张拉索力监控、环向索索力监控、结构位移
监控。
张拉完成后，所有吊索提升力与设计索力偏差
在±8％以内；由于监测设备精度不高，环向索监测
的索力偏差较大，但是索力变化趋势与理论计算值
基本相同；环向索节点处监测坐标值与理论计算值
相差较小，满足设计和验收标准要求。
7 结语
1)盘锦体育场屋盖所采用马鞍形索网结构形
式新颖，成型难度大，根据结构特点，选择合理成型
方案。
2)钢索下料是保证整体索网结构成型的关键
一步，只有将拉索长度确定准确才能够保证最终成
型能够满足设计图纸和规范要求。钢索下料长度
需要精确计算，特别是环向索对结构成型影响更大。
3)根据马鞍形索网结构特点，提出了索网结构
“地面组装、同步提升、整体张拉成型”的施工方法，
经实际工程应用证明，该施工方法不仅满足大跨度
索网结构的安装，避免了高空作业，保证了施工过
程中的安全，而且减少了支撑塔架、大型履带式起
重机等辅助措施，降低了施工成本。
4)索网结构从地面组装到成型，刚度从无到
有，其间经历很多受力状态，为了保证施工过程安
全性，并且最终成型能够符合设计要求，对结构在
整个施工过程进行了施工仿真计算。给每个提升
状态提供提升力值，并为施工监控提供了结构形状
理论值，保证了施工安全和成型质量。
5)根据施工仿真计算结果，设计了合理的提升
工装，研发了爬升千斤顶，既满足了提升受力要求，
又满足了可操作性强的要求。
6)通过对提升索力和变形的监测，能发现施工
过程中的安全隐患，寻找原因并分析解决问题，保
证结构成型精确性。
参考文献：
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拉索编号
下料索长／mm
拉索索力值／kN
拉索预应力值／kN
0
0
Sl S2
775．0 0
0 O
0 0
S3 Sl S2 S3 Sl S2
一一一一1 104．1 l 104．I
O 772．4 772．4 O 772．4 772．4
一一一一一』nn 1 』nn 1
S3
1 112．3
315．6
3 结语
依据斜拉结构的组成与受力特点，将斜拉结构
的整体找力分析转化为针对每个基本单元的计算，
形成了确定拉索预应力值与下料长度的逐步去约
束的计算方法。本方法可以直接应用通用有限元
软件求解，为工程设计与施工提供了一种简单便捷
的分析方法。采用一个简化的平面模型对逐步去
约束计算方法进行了验证，依据其结构要求的几何
位形要求，通过对结构进行找力分析，准确高效(收
敛快)地确定了拉索的预应力值与下料长度。
参考文献：
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