武汉东西湖体育中心建设项目位于武汉市东西湖区，项目用地面积138 341.32m²，总建筑面积144 160m²。整个项目主要分为体育场(30 000座)、体育馆(8 000座)、游泳馆(1 000座)3个部分，项目建设以满足2019年第七届世界军人运动会和2021年武汉市第十一届运动会等体育赛事为主，并满足赛后综合利用的要求，是集休闲公共空间和运动功能的综合型建筑。体育中心效果如图1所示。

　　 体育场钢屋盖为类椭圆形的环形空间结构(见图2)，结构平面长轴237.7m，短轴205.9m，最大悬挑跨度约48.2m。根据建筑造型、空间使用功能和视觉美观要求，结合结构受力特点，体育场屋盖结构采用车辐式索承网格结构，周圈环梁下部设计有混凝土柱支撑。

　　 钢屋盖上部为钢网格结构，内圈设计有环向桁架(见图3)，下部索杆系由径向索、环向索、撑杆构成。其中径向索成直线形布置，类似半跨张弦梁的下弦索(见图4)，共72榀;环索线型为空间曲线，平面投影成类椭圆形。通过在径向索和环向索中建立预应力，增加结构刚度，平衡上部结构质量及荷载。

　　 本工程径向索采用GALFAN镀层钢绞线索，环向索采用密闭索。钢丝抗拉强度1 670MPa，索头为热铸锚。环向索由6根拉索并列构成，径向索由单索构成(见表1)。

　　 1)拉索安装及张拉本工程拉索体量大、分布面广，拉索施工应穿插于网格结构的安装施工中，与普通钢结构施工顺序、方法和工艺密切相关。索承网格结构预应力的建立方法不同于普通预应力钢结构。由于张拉索杆体系中的径向索、环向索及撑杆为一有机整体，索力与结构内力为非线性相关、互为依托的关系，对其中任何构件进行张拉，都可以在整体结构中建立相应的预应力。

　　 本工程拉索体系由72根径向索和环向索(由6根环向索双层并排组成)组成，拉索连带环向索索夹总重约450t。拉索拼接与安装难度高，工作量大。预应力的建立通常采用张拉径向索的方法，通过分批分级的方式实现，拉索张拉的先后顺序与拉力分级的不同，会导致群索之间的索力产生较大的相互影响。

　　 2)环向桁架斜撑安装体育场钢屋盖环向索上部设计有1圈闭合的环向桁架带，环向桁架中的斜向撑杆和竖直撑杆均设计为两端单向铰接的二力杆件，两者的可转动方向相互正交，其中撑杆两端可转动方向为径向，斜撑可转动方向为环向。

　　 根据施工总体方案，撑杆在钢结构安装阶段随钢网格一起吊装至设计位置，然后安装拉索。在柔性拉索安装后、张拉前的状态下，撑杆下端会存在较大的向内偏摆。在张拉过程中，撑杆会逐渐向外场摆动，直至达到理想的竖直姿态。

　　 根据本工程结构设计特点，斜撑作为重要的受力构件，在施工过程中既不能受过大的面外弯矩，也不应在安装后成为零杆。所以，如何保证其在误差允许范围内顺利安装，并且按照设计要求组成结构刚度、参与结构受力，将是本工程亟待解决的一大重难点问题。

　　 3)拉索施工过程中支架的影响分析本工程屋盖上部网格结构在拉索张拉完成前，其自重主要由支撑胎架承担，在拉索张拉过程中，结构整体刚度逐步增大，同时结构会产生变形。因此，在拉索张拉过程中，未脱架的支架对屋盖结构的变形有一定影响，支撑胎架受力状态也会由于张拉过程中结构的变形而产生变化。所以，支撑胎架与结构预应力张拉有相互作用的关系，需做相关的详细分析。

　　 4)施工过程监测与调节体育场屋盖设计的结构形式新颖、空间跨度大，各部位和构件之间联系密切、相互影响大，通过拉索张拉施工在结构中建立预应力体系，预应力索系成为结构刚度的重要组成部分，承托起整个屋盖钢结构。因此，为确保结构安全性，应进行结构施工过程监测。

　　 本结构施工过程主要监测内容包括:结构变形、钢结构应力和拉索索力。监测方案的设计应建立在对结构施工过程进行详细模拟及掌握结构受力和变形状态的基础上，根据结构受力特点，合理布置监测点，并选用经济合理的方法和仪器设备。

　　 索网提升创新性地采用垂直提升为主、径向斜拉为辅的组合提升方法(见图6)，该方法组合垂直提升和径向斜拉两种方式，在实施过程中，对称间隔地选择一半环向索索夹作为垂直提升吊点，安装垂直提升工装;剩余一半环向索索夹节点则作为径向斜拉吊点，在径向索一端安装径向斜提工装。索网在提升过程中，主要以垂直提升的方式提升，径向斜拉主要作用为调节索网的空间位形。根据现场实际情况，还可有选择性地将垂直吊点的径向索垂挂于环向索索夹跟随提升。

　　 索网整体组合提升技术的创新性和特点如下。

　　 1)组合提升的方法结合了垂直提升和径向斜拉两种方式，显著增加了索网在提升过程中的安全性和可控性。在提升过程中，如果某一个或某几个吊点工装失效，两种提升方式的组合使索网整体不会发生过大的位形变化，避免对周边结构或胎架产生过大的冲击荷载，危及施工安全。

　　 2)该方法使索网在提升过程中克服和适应现场复杂的障碍物条件。根据本工程施工方案，绝大部分半跨张弦梁下布置内、外2榀支撑胎架(点)，加之现场已施工完成的看台混凝土结构，对索网的提升构成严重障碍风险。拉索如在提升过程中与混凝土结构发生摩擦，则会影响混凝土和拉索索体的成品质量，带来严重的质量风险;拉索如果在提升过程与胎架发生碰撞，则会带来严重的安全风险。所以，采用组合提升的方法可实现垂直提升和径向斜拉的互相调节，发挥组合提升方法对索网空间位形的调节作用，使索网在提升过程中能顺利规避障碍物，保证施工安全性。胎架布置如图7所示。

　　 3)显著提高拉索整体安装效率，缩短工期和节约成本。相较于类似工程中使用的传统方法，本工程所使用的索网整体组合提升方法，可将环向索和径向索一次性整体提升就位，避免使用起重机逐根吊装的高成本、低效率的方法，有效增加了拉索安装效率。

　　 东西湖体育场环向索上部设计有1圈闭环桁架，其中的斜撑上、下两端设计为叉耳销接节点，撑杆承受较大轴力，对钢屋盖整体刚度有重要作用。一般，在预应力大跨空间结构的施工中，斜撑安装有先装法和后装法两种，分别表示在拉索张拉前安装斜撑和拉索张拉完成后安装斜撑。

　　 根据本结构设计特点及施工方法，在环向索安装完成、开始张拉前，环向索上部撑杆会存在较大的向内偏摆，此时由于空间尺寸偏差较大，无法安装斜撑;在拉索张拉完成后，环向索位于设计位置附近，此时在空间尺寸上虽然可以安装斜撑，但安装完成的斜撑会成为不受力的零杆，不能满足设计初衷。

　　 本工程采用斜撑早装施工技术:在索系张拉至某一特定状态X%时，采用高空焊接法开始安装钢管斜撑，斜撑安装完毕后继续张拉径向索至100%的目标态，完成预应力施工。本技术中需要设计一个索系预应力的X%状态，其应满足如下要求。

　　 1)结构整体变形及撑杆偏摆量较小，斜撑利用叉耳间隙可顺利完成焊接安装。

　　 2)结构及环索索夹节点在后续张拉过程中，变形量较小，不会导致斜撑端节点处产生过大的面外弯矩。

　　 3)斜撑在后续张拉过程中，参与结构受力、增加结构刚度，结构最终可达到设计要求的受力及变形状态。

　　 索系张拉是体育场车辐式索承网格结构施工过程中最重要的一个环节。本工程通过张拉72根径向索的方法建立索系预应力。张拉过程依据对称分批、分级同步、循环张拉、调控结合的原则进行，根据现场实际劳动力及设备情况，将72根径向索对称划分成6个批次，分为4级(预紧→50%→90%→100%)循环张拉。

　　 根据东西湖体育场钢屋盖施工总体方案，采用ANSYS软件进行施工全过程的模拟分析，计算采用几何非线性分析，牛顿-拉斐逊迭代求解，考虑应力刚化效应。分析模型中包含钢屋盖体系(钢网格、拉索)、环柱及支撑胎架。模型中构件的材料、截面和结构约束条件等与设计模型相同，支撑胎架采用只受压、不受拉的杆单元。

　　 施工过程分析中的荷载主要是结构自重，构件质量根据材料密度和截面参数由软件自动计算，为考虑一些实际存在的附加荷载，计算过程中结构自重考虑1.1倍的放大系数。

　　 根据本工程拉索施工方案，将预应力施工全过程模拟分解为8个工况:(1)gk0安装胎架、环柱、网格结构及拉索;(2)gk1径向索预紧;(3)gk2径向索张拉至30%;(4)gk3径向索张拉至50%;(5)gk4

　　 径向索张拉至70%;(6)gk5径向索张拉至90%;(7)gk6径向索张拉至100%;(8)gk7拆除胎架。

　　 结构施工过程中的最大变形如表2所示。施工过程中，钢结构最大等效应力和环向索索力如表3所示。

　　 1)拆除支撑胎架前，结构整体变形较小，但由于结构设计原因，结构施工完成后，整体有一定程度下挠变形，所以在张拉完成、拆除胎架后，结构下挠变形由-50.366mm变为-151.398mm，继续下挠约10cm。

　　 2)钢结构在施工过程中，最大等效应力为145.51MPa，出现在结构施工完成并落架后的工况中，小于钢材Q345容许应力，较安全。

　　 3)随着径向索分级张拉的不断进行，环向索索力不断增大，在考虑结构1.1倍自重情况下，径向索张拉完成后，环向索索力最大达13 977kN。

　　 4)通过对索承网格结构钢屋盖预应力施工全过程的模拟分析，整个屋盖结构施工方案安全可靠，结构最终符合设计和规范要求。