盘锦市体育中心共包括网球馆、综合馆、体育场、游泳馆等几个单体,其中主场地体育场为第十二届全运会女子足球比赛场地。体育场分为东西两个看台,索膜结构屋盖体系属于超大跨度空间张拉索膜结构,屋盖建筑平面呈椭圆环形,长轴方向约270m,短轴方向约238m,最大高度约57m。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。

整个结构由外围钢框架、屋盖主索系和膜屋面3部分组成,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 ) ; 屋盖主索系包括内圈环索1道和径向索( 包括144道吊索、72道脊索和72道谷索) ; 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型。通过3层径向索力的调整,可以实现索膜结构非对称马鞍造型的建筑效果。体育场结构平面布置、三维图如图1所示。

1) 在内拉环拼装位置制作混凝土基座,准确定位场地中心,并在胎架位置设置预埋件,以保证胎架安装精度,同时也保证了胎架的稳定性。基础和埋件根据内拉环质量进行强度验算,胎架进行强度、刚度稳定验算。

2) 内拉环采用地面拼装,然后吊至高空定位安装。地面拼装方便施工,扩大了工作面,并大幅度提高了拼装精度,避免了大风等恶劣天气对施工过程的影响,有效缩短了工期,保证了工程进度。

3) 在内拉环位置固定后,穹顶主梁只需与内拉环对应上环钢梁连接口安装,减少了大量测量工作,保证了安装精度,并与后续马道及撑杆的安装形成流水施工。

4) 穹顶主梁安装时,每榀上弦钢梁根据长度分段吊装,在连接处均匀设置支撑胎架,胎架顶端用联系桁架连接,形成一整体支撑体系,增加了胎架的整体稳定性。

5) 拉索安装在高空进行,虽然结构为非对称结构,但是拉索安装在对称位置同时安装,一次安装4根,互呈90°,以减小安装过程中对中心内拉环带来的水平拉力,保证了结构的安全。

6) 采用分级分批对称张拉的方法施加预应力, 在张拉过程中,实现了胎架自动卸载,方便了支撑胎架的拆卸及周转。

7) 施工过程中采用先进的施工监测技术对结构应力、位移、索力进行全过程监测,保证了施工精度,为施工过程中的结构安全提供了技术保障。

针对本工程的具体特点,拉索数量多,相互交错布置复杂,采用地面整体铺装整体同步提升和张拉的施工技术,具体步骤如下: 1环索、径向索马道搭设完成后,安装环索和144个索夹; 2将144根吊索、72根谷索通过节点与环索连接起来,将第1批提升的72根吊索通过提升工装将其与四周相应的吊索耳板连接; 3由于吊索张拉端销轴孔与外环钢结构耳板销轴孔距离不同,采用等比例提升; 4将第1批72根吊索安装就位; 5将提升工装转移至剩余72根吊索上进行提升; 6剩余的72根吊索安装就位; 7利用提升工装将72根谷索安装到位。

按照选定的施工方案对结构进行全过程仿真模拟分析,得出每根拉索在整个施工过程中的最大索力,由此选择钢绞线和千斤顶配置,同时由该索力确定工装荷载,为工装设计提供依据。图2为拉索离地0. 5m时的应力分布。

在模拟过程中,需要根据实际情况模拟各种施工误差对施工过程的影响,如钢结构施工偏差和拉索下料误差对结构的影响; 温度对施工过程的影响; 各种施工不同步性对施工过程的影响等。

张拉工装的设计思路为: 利用钢结构上下方焊接的耳板作为着力点,每根索利用2个或者4个提升千斤顶进行拉索安装( 见图3) 。

1) 环索马道搭设环索的水平投影位置在看台板上,根据环索的长度以及环索和看台板的相对位置确定环索的铺放方案。环索有5圈,下层环索中间的环索长度为526m,第2级看台板的1圈长度为525m,因此根据下层中间环索的标记点在看台板进行定位,沿看台板搭设1圈环索马道。马道立杆纵距0. 8m,横距1m,步距0. 4m,索夹节点处加密, 横距0. 3m。立杆立在看台外沿,下铺设枕木; 所有横杆一端与看台台阶立面顶紧,垫有枕木,如图4所示。

2) 高空吊架搭设本工程采用整体同步提升方式将拉索安装就位,施工过程中,工人需要在吊索和边环梁相交地方进行操作,因此在正式提升前需要在操作点搭设临时操作平台( 吊架) 。

根据提升张拉设备重量、工装重量、作业人员数量以及设备和工装的几何尺寸,吊索作业平台需悬挑4. 5 ~ 5m,宽度2. 5m,采用脚手管搭设操作平台,周围搭设拉杆,能承重3 000k N,共搭设72个。

1) 环索铺放环索的水平投影位置在看台板上,根据环索的长度以及环索和看台板的相对位置确定环索的铺放方案。环索有5圈,下层环索中间的环索长度为526m,第2级看台板的一圈长度为525m,因此根据下层中间环索的标记点在看台板进行定位。沿看台板搭设1圈环索马道。先将下层5根环索铺放在马道上,然后根据标记点将索夹与下层环索连接,再铺放上层5根环索。

由于张拉设备组件较多,因此在进行张拉设备安装时必须小心安放,使张拉设备形心与钢索重合,以保证预应力钢索在进行张拉时不产生偏心。

2) 环索标记定位环索一共10根,每根都在应力下进行激光标记。首先根据环索长度在看台板的马道上进行精确放样,确定每个索夹的精确位置,误差控制在5mm以内,在铺放第1根环索时,将第1个标记点和定位点对齐,然后在前后两个方向用导链固定,再缓慢铺放环索,当下1个标记点和马道上定位点有偏差时,通过导链进行调整,每20m用导链进行前后位置固定。直到1根环索铺放完毕,所有标记点和定位点完全对齐。在进行第2根环索铺放时,从图纸确定第2根环索标记点和第1根环索标记点的相对位置,确定第2根环索的放置位置然后用导链固定。直到10根环索铺放完毕,所有标记点的位置基本一致。

3) 环索索头连接根据设计要求和环索下料误差确定环索索头的调节量,在环索铺放完毕后进行环索索头连接。由于环索在马道上不能自由滑动,因此先将环索索头通过调节螺栓进行初步连接,调节长度需要放松或者缩短,待环索脱离马道后再通过工装张拉进行调节。

4) 铺放吊索吊索长度为26 ~ 45m不等,由于吊索是交叉布置,因此先铺放交叉位置处下方的吊索再铺放上方吊索。吊索是成盘到达施工现场,在进行吊索铺放时,先将吊索放置在放索盘上,然后利用履带式起重机将吊索调节端吊起,然后使拉索悬垂10min使环索的扭力彻底释放,然后将固定端和索夹耳板相连再缓慢将索体和调节铺放在看台上。

5) 整体同步提升由于吊索数量达144根,每根拉索均布置工装和千斤顶在就位时会发生位置冲突,因此采用72根拉索同步提升,即每个柱子提升1根拉索。

由于结构成型后呈马鞍形,因此提升钢绞线的长度各不相同,因此根据提升力和钢绞线长度采用等比例提升的方法进行提升,即根据仿真分析结果,在不同施工阶段按照不同的同步精度进行控制,在提升前期,同步精度控制在0. 5m,在接近就位时,同步精度控制在50mm。具体控制方法为: 在钢绞线做标记确定每个轴线的牵引量在同步控制精度内,各位置自由提升,到达给定的位置后等待其他位置的绞线提升到位,然后再进行下一个位置的提升。所以在同步精度要求高时,必须放慢提升速度以确保同步精度的控制。

一个标准榀提升过程说明如图5所示。吊索和谷索即将离开地面时,索头通过钢丝绳连接在相对应的耳板处,此时非提升吊索和谷索仍然保持下垂,钢丝绳不受力。

每根吊索均有可调节头,吊索的可调节量为120mm,在拉索施工前,精确测量钢结构施工偏差, 结合拉索下料误差确定吊索的调节量,在提升前将可调量调整到要求位置。根据柔性结构的特点,在结构张拉成型后,将会与设计形态吻合。

提升及张拉设备采用相应的千斤顶和配套油泵。根据设计和预应力工艺要求的实际张拉力对千斤顶、油压传感器进行标定。实际使用时,由此标定曲线上找到控制张拉力值相对应的值,并将其计算打印成表格,以方便操作和查验。

根据设计要求的预应力钢索张拉控制应力取值。预应力钢索提升安装采用双控,即控制钢索的拉力及结构整体变形值。预应力钢索张拉完成后, 应立即测量校对。如发现异常,应暂停张拉,待查明原因,并采取措施后,再继续张拉。

由于本工程张拉设备组件较多,因此在进行张拉设备安装时必须小心安放,使张拉设备形心与钢索重合,以保证预应力钢索张拉时不产生偏心。

对压力传感器测得压力和全站仪测得钢结构变形进行记录,以对结构施工期行为进行监测。图6为体育场最终成型效果。

盘锦市体育中心体育场内环索为10根进口Z形封闭高钒索,直径分别为110,120mm,吊索、谷索为国产高钒索,最大直径为12mm,该工程径向索数量、质量均为国内领先,结构体系设计先进,施工技术难度异常大。针对实际情况,通过采用整体张拉的施工方法及时进行必要的监测,使体育场的施工达到预期目标。