索结构典型工程：山西大学风雨操场带稳定索张弦梁屋盖

山西大学东山校区(一期第一阶段)风雨操场建设地点位于太原市东山，北起南坪头水库南侧，南至南中环街东延西起30m规划路，东至40m规划路。总建筑高度约29.4m，总建筑面积约8136.06㎡，建筑最大平面尺寸为92.1m×42.0m。该工程共两层，一层采用钢框架支承+大跨度桁架组合楼承板结构，层高为12.5m，基本轴网尺寸为7.2m×7.2m；二层采用钢框架支承+张弦梁结构体系，层高为10~17.4m，局部设夹层。 

图1 山西大学风雨操场

1）结构整体概况

屋盖采用张弦梁+稳定索组合结构，其张弦梁由上弦钢梁、下弦承重索及之间的撑杆构成，稳定索布置在撑杆上与承重索形成交叉，张弦梁间设联系钢梁，形成正交网格上弦。

桁架柱弦杆尺寸为口400×400×8×8、腹杆尺寸为口200×200×6×6，屋盖上弦钢梁尺寸为口200×400×14×14，下部承重索和稳定索均为1670MPa级Galfan镀层钢绞线，其中承重索规格为2?50，稳定索规格为?71，屋面檩条规格为C200×60×30×3。

图2 整体结构剖面图 图3 屋盖结构三维图

2）结构特点

① 该工程屋盖结构采用张弦梁+稳定索组合结构，具有张弦结构和索桁架结构的复合特性。屋盖轮廓呈长方形，尽管上部正交网格结构的传力途径具有一定的双向性，但整体结构以单向（短跨）传力为主，承重索和稳定索的拉力由长边的桁架柱和上部网格结构共同抵抗，空间作用显著。另外，承重索（双索）、稳定索（单索）和撑杆相互交叉，特别是稳定索需穿过撑杆且形成球铰连接，使节点构造较为复杂。

② 根据该工程的屋盖结构受力特性，基于恒载（结构自重+屋面恒载）预应力态下，以竖向位移接近零为目标，优化承重索和稳定索的预应力，减少上部网格的弯曲应力和桁架柱的应力水平。并进行施工方案对比分析，确定上部网格结构、撑杆、承重索和稳定索的合理安装顺序和拉索的张拉方案，以保证施工成形态的应力分布和位形与设计相符。

1）结构总体施工方案

① 原位拼装桁架柱和上部网格结构（中部设支撑架）；

② 安装撑杆、稳定索和承重索；

③ 承重索和稳定索同步分级张拉；

④ 拉索张拉完成后，安装檩条。

2）张弦梁拉索施工方案

① 拉索施工顺序

在拉索张拉前，上部网格结构要全部安装、焊接完成；然后，从两侧对称向中间逐榀进行拉索的安装和张拉。

② 张拉分级程序

同一榀的承重索和稳定索在两端同步分级张拉，分级程序为：预紧→25％→50％→75％→100％。

③ 拉索张拉控制 

该工程现场张拉主要控制拉索张拉力和桁架跨中竖向位移。