1 工程概况

　　枣庄市市民中心是枣庄市建市以来最大的公共服务设施，其中体育场建筑面积约54 000m²，固定座位数30 000个，项目总占地约785亩。体育场平面尺寸为260m×238m，呈椭圆形布置(见图1)，由看台结构、外围拉花结构和屋盖结构组成。

　　图1 体育场效果  

　　2 结构体系

　　索屋盖结构体系由外环钢梁、上环索、上径向索、下环索、下径向索、飞柱及内环斜拉索组成，其中上、下环索中间设有上、下抗滑索。外梁钢梁平面尺寸为254m×232m，上环索平面尺寸为169m×146m，下环索平面尺寸为176m×153m。整个索系为双层马鞍形索网结构，最大高度39m，高点与低点高差约4.3m，悬挑长度约43m。结构体系如图2所示。

　　整个索系由上、下环索通过96个铸钢索夹节点与上、下径向索及外环钢梁形成张拉整体结构，上、下环索各有48个铸钢索夹。上环索每个索夹与2个斜向径向索连接，每根上径向索与另外5根上径向索编织成网状，共96根上径向索双向交叉编织成车辐式索网体系，48根下径向索沿径向轴线布置。上、下环索之间由受压飞柱连接，为最大限度地保证马鞍形高差，飞柱之间设置斜拉索。屋盖结构体系中环索采用进口全封闭索，其他拉索为国产高钒索，规格和数量如表1所示。

　　图2 索屋盖结构体系示意  

　　表1 索材料统计  

　　3 施工步骤

　　3.1 索结构安装

　　整个索系安装采用地面组装、整体提升思路。拉索现场施工内容主要包括3部分:低空无应力组装、整体提升张拉和分批张拉锚固。总体安装步骤为:地面铺装索系→组装上层索系→使用192台60,100t千斤顶提升张拉上径向索至上层环索离地面14m→安装飞柱→继续提升上径向索到下环索脱离胎架0.5m→使用48台250t千斤顶提升张拉第1组下径向索→上层索系与环梁等高时安装上径向索就位→继续提升张拉第1组下径向索就位→提升张拉第2组下径向索就位→局部索微调→索结构分部验收。

　　3.2 索结构施工过程

　　索结构施工过程为:铺放下环索和下径向索→铺放上环索和上径向索→张拉上径向索使上环索离开胎架→张拉上径向索使上环索离开胎架14m，安装飞柱→张拉上径向索使下环索离开胎架0.5m，安装飞柱斜杆→张拉下径向索使下环索离开胎架0.5m，安装飞柱斜杆→张拉下径向索使上环索与环梁等高→张拉上径向索就位→张拉第1组下径向索就位→张拉第2组下径向索就位。其中下径向索提升张拉就位分2组，每组24根拉索，如图3所示。

　　4 索施工关键技术

　　4.1 索结构施工全过程仿真计算

　　采用大型通用有限元分析软件ANSYS对整个拉索施工过程进行初步施工全过程仿真分析，按照施工顺序对每个施工工序进行仿真计算，得到各状态拉索索力、结构位移、提升钢绞线长度，以保证施工质量和施工过程安全。

　　图3 下径向索分组  

　　4.1.1 索系施工的找型分析

　　本结构受力复杂，设计单位仅提供索膜成型后的结构位形和内力，而膜结构安装是在索系施工完成后进行，因此必须根据设计院提供的索膜结构位形和内力找出索系成型后的结构位形和内力，将该状态作为索系施工需要达到的目标。

　　建立钢结构、索系和膜结构整体计算模型，通过找形分析找出设计院提供的索膜成型后的结构位形和内力。然后在此计算模型基础上，去掉膜结构，将得到的索系结构作为索系施工完成后所要达到的状态。

　　4.1.2 索系施工仿真计算结果

　　对整个拉索施工过程进行施工全过程仿真分析，按施工顺序对每个施工工序进行仿真计算，得到各状态拉索索力，如表2所示。

　　径向索提升过程中，由索力随工况的变化曲线，可以看出索力变化趋势，避免施工过程中出现索力突变。结构沿长轴1/2对称，挑选部分有代表性的上、下径向索，观察索力在提升过程中(G1～G13工况)的变化趋势，上径向索索力变化如图4所示。分析可知，上径向索提升索力会随着下径向索安装工况、下径向索提升至外环梁等高工况会发生不规律变化，安装就位索力很小，远低于索系完成后的索力。第1组下径向索提升，索力初始阶段会随着提升行程而增大，提升到最后0.1m及就位(G7,G8工况)时索力达到峰值，随着第2组下径向索提升，索力会降低。第2组下径向索提升至最后1m及就位阶段索力会急剧增加，就位时达到最大值。

　　4.1.3 索系施工张拉行程分析及同步控制

　　通过对施工张拉各工况计算结果分析，径向索牵引张拉就位过程的索力控制，即为对牵引索行程的控制。在初始阶段及上径向索就位阶段索力增长不大，张拉千斤顶安全储备较大，同步对整个张拉过程索系的影响较小。只有下径向索张拉的牵引索<1m时，索力开始急剧增加，因此，在施工中要重点保证最后1m牵引索的行程控制精度。按钢索就位距离分别为0.5,0.3,0.2,0.1,0.05m，对牵引索进行调整较正，保证各索索力均衡，与解析计算变化一致。

　　表2 各工况索力分析  

　　图4 上径向索各工况索力  

　　4.2 索加工精确下料

　　4.2.1 索加工下料措施

　　1)拉索下料图制作阶段通过找形分析找出结构成型后的形态，包括内力和形状，结合X-stee模型确定拉索下料图，如果在钢结构施工完毕后进行拉索下料，可精确测量钢结构施工偏差，并根据该施工偏差对下料图进行修正。

　　2)拉索加工阶段根据设计给定的预应力值进行施工全过程仿真计算分析，最终确定索的下料标记力及下料长度。在索下料张拉台上，按设计拉力对索进行预张拉并精确测量，采用严格的拉索下料控制措施，必须考虑温度补偿、预张拉补偿、结构徐变、索头回缩量修正，确保下料长度误差控制在0.02%。

　　4.2.2 索加工精准标记

　　工厂下料时，环向索与径向索相连节点处，径向索与膜拱节点处均通过铸钢件连接，铸钢节点的精确位置是整个索网体系控制的重点。索体加工下料时，做出标记点位置，在拉索下料图上标明长度、标记点、标记力、材料要求等。施工过程中进行严格控制，保证索夹按标记位置安装节点，同时根据实际情况进行局部调整。索体标记点位如图5所示，标记控制线如图6所示。

　　图5 索体标记点位  

　　图6 索体标记控制线示意  

　　4.3 铸钢索夹施工技术

　　4.3.1 索夹的抗滑设计

　　为解决索夹抗滑问题，对索夹进行创新性设计，同时进行单索索夹抗滑试验、整体索夹抗滑试验。由试验结果可知，单索索夹抗滑能力达500kN以上，整体索夹抗滑能力达到设计要求。

　　4.3.2 索夹安装精度控制

　　按索体上所做的标记点，将索体安装入索槽内，盖上索夹盖板，利用高强螺栓固定盖板，用倒链拉至索体，使索体标记控制线与索夹端头对齐，然后拧紧高强螺栓。

　　4.3.3 索夹高强螺栓拧紧措施

　　在环向拉索全部安装完成后，采用M30高强螺栓将索夹盖板将索拧紧。高强螺栓严格按施工规范要求进行初拧，初拧扭矩应为标准轴力的50%。初拧完成的螺栓用白色标记，防止漏拧。为防止高强螺栓受外部环境的影响，使扭矩系数发生变化，初拧24h内对高强螺栓进行终拧，扭矩为标准轴力的100%。终拧结束后用红色标记，加以区别。环索离开放索平台0.5m高度时，停止提升，对所有高强螺栓进行复拧，扭矩为标准轴力的100%。施工时对每个盖板螺栓进行编号以便拧紧控制，编号如图7所示。

　　图7 索夹盖板螺栓编号  

　　根据螺栓编号按对角线由中间向两端的顺序拧紧，采用标定过的力矩扳手拧紧的螺栓，初拧完毕后用黑色记号笔做好标识，终拧后用红色记号笔做好标识。

　　4.3.4 上径向索交叉索夹的深化设计措施

　　上径向索每根索均与其他5根索交叉形成菱形索网，每个索相交的角度各不相同。考虑到上径向交叉索夹因交叉角度不同带来的种类较多，为减少铸钢索夹加工铸模种类、加工成本及安装分类的繁琐，在上径向交叉索夹深化设计时，将固定螺栓孔设计成弧形长孔，每个交叉索角度均在此长孔调节范围内，将多种角度的索夹统一为一种通用交叉索夹。

　　4.4 索张拉工装设计

　　工程张拉点较多，张拉力很大，对提升过程的要求高，合理的提升工装即可保证提升过程的安全，也会提高施工效率，保证施工质量并节约施工造价。

　　根据类似工程施工经验，设计适合本工程的工装形式，综合考虑工装受力要求和构造要求，做到工装有足够的受力储备，结构形式轻巧，易安装和拆卸。对每种工装均采用三维建模，并进行有限元受力分析，确保有足够的荷载储备系数。

　　5 结语

　　枣庄市市民中心体育场索膜结构施工使用大批量张拉设备，进行索夹抗滑移技术处理、索张拉仿真计算、全过程施工解析，保证项目能顺利、高品质完成。同时对国内同类大跨度索膜结构体系积累技术措施和宝贵经验，在新形势下的社会发展中，进行施工技术革新，创新施工方法，有利于促进技术交流与学习。