索结构典型工程：景德镇景东游泳馆张弦梁和弦支穹顶屋盖

“千年瓷都”之体育文化瑰宝——景东游泳馆，是江西省第十五届运动会游泳竞赛的主要场馆，是一所集高端竞技赛事、全民健身、文化娱乐为一体的综合性可持续体育建筑。该场馆总用地面积为20521㎡，建筑面积为13290㎡，包括一个50m×25m的10条泳道的标准比赛池、一个50m×14m的5条泳道的训练池、一个少儿戏水池；设有观众席位800个及辅助配套基础设施；各泳池四季恒温27度，拥有一流的消毒、水循环净化设备。

在游泳馆的外观设计方面，景东游泳馆浸润了瓷都千年瓷韵特色文化精髓，器型流畅优美，浑然大气，微微旋转的形体更似传统手工制瓷拉坯的成型工艺。为同时展现陶瓷与水上竞技的魅力，流畅的器型外侧以火焰形花瓣覆盖，半透明的釉面下隐隐透出不规则瓷纹脉络，共同簇拥形成瓷都风味的文化山茶之花，使得建筑载体与功能完美结合，充分体现了地方文化和特色。

图1 “千年瓷都”之体育文化瑰宝——景东游泳馆

1）结构整体概况

景东游泳馆根据建筑屋面形态，结合下部结构可以提供的支承条件，并综合考虑各结构体系的适用性，在比赛池区域布置张弦梁结构，在训练池区域布置弦支穹顶结构，在其余区域结合建筑表皮纹理，布置单层网格结构。张弦梁结构是由上弦受压弯的梁和下弦拉索通过撑杆连接而形成的空间受力结构体系，弦支穹顶结构是传统空间网壳与索穹顶下部索杆系的杂交结构。对拉索施加预应力后，将有利于减小支座水平推力和网壳竖向变形，优化杆件内力，从而改善结构整体受力性能。

图2 景东游泳馆屋盖示意图

图3 比赛池张弦梁屋盖示意图

图4 训练池弦支穹顶屋盖示意图

2）结构重难点

① 拉索张拉方法

该工程拉索体量大、分布面广，且分别由拉索、撑杆，斜向钢拉杆、环向索及撑杆组成了张弦梁和弦支穹顶结构的张拉索杆体系。首先，拉索施工应穿插于单层网壳结构的安装施工中，与普通钢结构的施工顺序、方法和工艺密切相关。其次，弦支穹顶屋盖预应力的建立方法不同于普通预应力钢结构。由于张拉整体索杆体系中的斜索、环向索及撑杆为一有机整体，索力与撑杆内力是密切相关的，相互影响、互为依托。对其中任何一个进行张拉，也可在其它中建立相应的预应力，也就是说能达到同样的预应力效果。该工程弦支索杆系为凯威特型，每根撑杆下有一根或两根斜索。在撑杆下节点，撑杆压力、环索和斜索的拉力是静定平衡的，即只要确定其中一类力，与之平衡的其它力也是唯一确定的。该工程中弦支穹顶斜索（钢拉杆），从减少张拉机具方面考虑，张拉径向钢拉杆来实现预应力较为浪费，因此，选择采用张拉环索的方法施加预应力。

此外，对于该工程而言，不可能对所有拉索同时同步施加预应力，通常的做法是采取分批分级的办法来实现。当结构较柔时，拉索分批分级张拉会因张拉先后顺序和张拉力级别的不同，导致群索之间的索力相互影响较大。因此，需对该工程进行张拉施工全过程的分析，来确定合理的张拉方案。

② 节点设计

该工程撑杆下端索夹节点空间性强、受力复杂、空间定位要求准，下部索杆体系采用凯威特型索系，对索夹上耳板方向和角度的定位要求较高。因此，进行索夹节点构造设计时，除需考虑准确定位和受力安全外，还应满足拉索实际施工的要求（包括拉索安装和张拉）。同样，对于撑杆上端节点，设计初步给定了铰接的形式，因此在选择拉索张拉方法时应考虑这一特点，同时斜索锚固耳板的方向和角度的定位要求较高。

③ 支架对结构预应力态的影响

该工程屋盖上部网壳安装时拟搭设单点格构式胎架，在拉索张拉时有两种选择，一是保留支架，待拉索张拉完毕后再拆除支架。二是拆除所有支架后再进行拉索张拉。前者可确保施工阶段结构的安全性，防止发生意外事故，但若张拉过程中屋盖始终不脱架，那么支架将会对施工过程中索力和结构变形产生一定的影响。而对于后者，因该屋盖网壳矢跨比较小，在形成整体结构（弦支穹顶）之前拆除支架，屋盖将产生较大的结构变形和支座反力，对自身结构和下部支承体系都不利。因此，需比较两种情况下结构的受力性能，以选择相对合适的张拉方案。

1）结构总体施工方案

该工程由于预应力张拉对上部钢结构位形影响较大，若先进行张拉，将给后期钢结构安装带来较大困难，因此拟在上部钢结构屋盖施工完成后，原位张拉预应力拉索，为避免胎架对索力的影响，张弦梁及弦支穹顶张拉均分两阶段进行张拉，第一阶段张拉至90%索力，所有支撑胎架卸载后进行第二阶段张拉，继续张拉至100%（考虑到预应力损失，拟超张拉10%）。总体施工步骤如下：

①在地面搭设支撑胎架，胎架应避开拉索所在的立面；

②钢结构安装就位，整体形成闭合；

③将张弦梁上索夹焊接在撑杆下端后，安装撑杆；

④提升安装张弦梁拉索；

⑤由一侧向另一侧依次张拉张弦梁拉索索力至90%；

⑥将弦支穹顶上索夹焊接在撑杆下端后，安装撑杆；

⑦提升安装弦支穹顶环索，包裹聚四氟乙烯板和不锈钢铁皮，并安装下索夹和紧固高强螺栓；

⑧安装弦支穹顶斜索（钢拉杆）；

⑨由外到内依次张拉弦支穹顶环索索力至90%；

⑩所有索力张拉至90%后，卸载临时胎架，主动将胎架与网壳脱离；

?依次反方向进行第二阶段张拉；

?结构成型；

?安装马道和屋面等。

2）拉索施工总体方案

①张弦梁部分拉索张拉方案

按照施工单位的施工方案，待钢梁与结构焊好以后安装撑杆与拉索，按照环索上的索夹标记以及实际撑杆安装偏差，通过提升将拉索安装至撑杆下端，并紧固高强螺栓使上、下索夹夹紧索体，将环索固定在索夹上，最后进行两端同步张拉。

为保证每批次张拉同步，采用分级张拉：预紧→25％→50％→75％→90％→100％，超张拉5%。

其中，张拉至90%为第一阶段，张拉顺序如图5所示。第一阶段后停止张弦梁张拉，待弦支穹顶拉索张拉至90%后，进行临时支撑胎架卸载，当所有胎架卸载完成后，继续按图3.8.5反方向进行第二阶段张拉至100%。

图5 张弦梁张拉顺序示意图

②弦支穹顶部分拉索张拉方案

采用环索张拉法进行张拉，见图 6。

图6 环索主动张拉的安装状态和初始预应力态示意图

随网壳拼装过程，从内向外，逐环安装撑杆。在撑杆垂直状态下，量测撑杆下端索夹销孔至相邻撑杆顶端耳板销孔的距离，作为调整斜索长的依据。

现场根据已安装网壳节点实际位置，量取斜索和各段环索的实需的安装长度，以确定安装偏差，在供货长度的基础上调整环索和斜索的安装长度。

按照环索上的索夹标记以及实际撑杆安装偏差，通过提升将环索安装至撑杆下端，在拉索外圈包裹聚四氟乙烯板和不锈钢铁皮，使环索在索夹内能自由滑动。

对称安装和预紧斜索（钢拉杆）。

环索分两阶段循环张拉。拉索未张拉时，结构为一单层网格，为保证施工阶段结构安全性，第一次循环张拉时，不主动落架。第一次循环张拉结束后，结构为完整的弦支穹顶，为避免支撑胎架对拉索张拉的影响，因此第二次循环张拉前，将胎架卸载。考虑到最外环拉索的重要性，第二次循环张拉从内环向外环进行。最后超张拉10%。

两阶段循环张拉顺序为：预紧→外圈环索张拉90%初张力→中圈环索张拉90%初张力→内圈环索张拉90%初张力→主动卸载→内圈环索张拉100%初张力→中圈环索张拉100%初张力→外圈环索张拉100%初张力。

图7 从外环向内环张拉环索剖面示意图

图8 从内环向外环张拉环索剖面示意图