盘锦市体育中心位于盘锦市辽东湾新区,场馆建设用地面积48. 3万m2,总建筑面积121 258m2。 由体育场、综合馆、游泳馆、网球馆、商业综合体等5个单体组成,总座席数46 225位。可举办地区性比赛和全国单项比赛,为第十二届全运会的比赛场馆之一,建成后将成为盘锦市新的标志性建筑。

体育场为第十二届全运会女子足球比赛场馆, 体育场建筑面积45 100m2,座席数35 500位,分为东西2个看台,上部索膜结构屋盖体系属于超大跨度空间张拉索膜结构工程,屋盖悬挑长度为29 ~ 41m。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向索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,膜面前端水平,后端与水平方向成夹角,整个膜面空间扭曲,并跨越72道脊索和72道谷索形成波浪起伏的曲面造型。膜片单元最大展开面积约为203m2,投影面积约为171m2,质量约为305kg,最小展开面积约为145m2, 投影面积约 为121m2,质量约为218kg。如图1所示。

脊索材质为带Galfan镀锌防腐涂层高强度钢索,抗拉强度≥1 670MPa。外部Galfan涂层使索体具有优越的防腐性能。在索体展开过程中,必须做到缓慢展开,将索体盘卷产生应力完全释放出来。 同时,应注意对索体的保护,索体不能直接放置在地面上,百富策略白菜网枕木分段支垫。脊索索头一端可调 ( 见图2) ,在脊索展开后,根据设计计算及现场复测对可调端长度进行校核,避免后期高空施工出现困难。

膜片直接在工厂加工后到现场要进行材料的检验,并作检验记录。经反复校核确认无误后,严格按照图纸进行裁剪下料。裁剪好的膜片通过热合方式连接,连接后对于需补强部位进行加厚热合补强,对合拢后的膜片进行测量,比照成品图对膜片周边及细节部分的加工误差进行调整,使之达到图纸标定尺寸。

膜片安装前须进行一次张拉,由于本工程膜片安装阶段处于冬季施工阶段,按照《膜结构技术规程》CECS 158∶ 2004的规定,在温度4℃ 以下不能进行施工,PTFE膜材在温度4℃ 以下拉伸时应力无法传递,目前PTFE膜材冬季安装施工在国内尚无先例。因此膜片的一次张拉在室内进行,室温要保证在10℃以上。

膜张拉标准通过补偿量进行衡量: 最大膜单元纬向补偿量约为1 400mm,径向补偿量约为60mm; 最小膜单元纬向补偿量约为1 200mm,径向补偿量约为50mm,受地面条件的限制,纬向补偿量张拉在地面进行; 径向补偿量采用加长张拉螺杆的长度进行暂时安装。

膜片纬向预张拉过程: 在地面做好预张拉位移标志线,标志线按10mm一次; 成品膜单元两端每个倒链处各安排工人1名,同时拉动倒链; 2名工人在膜的两侧观察膜面拉伸位移,当位移达到标志线时停止张拉; 此过程每间隔15min重复一次; 间隔期间工作人员穿软底鞋在膜面上反复走动,加快膜面应力在拉伸方向上的传递; 经过12h静力预张拉后,松掉倒链,将两个膜单元卷起,放到运膜车上,运至安装现场。

采用膜单元形式安装膜片,与以往膜结构单独安装膜片相比,效率提升约1倍,且大量空中作业在地面预先完成,减少了高空作业带来的安全隐患。

将展膜地面杂物清理干净,将带有锐角硬物、 凸出地面杂物剔除,如钢筋头、管子头等,将地面污染等物清洗干净。将已清洗干净的保护膜铺设在需展开膜单元的位置,并拉设好防护绳。将需要安装的膜单元,采用人工方式,从膜单元堆放场运至安装位置。将膜片按照如图3所示方向进行展开。

膜片与索的连接分为2种形式: 1U形卡连接 ( 见图4a) ; 2U形可调节连接( 见图4b) 。其中膜片与脊索相连为第1种连接方式,该连接方式一次成型,安装之后不可调节; 膜片与谷索连接为第2种连接方式,该种连接方式为可调节连接,膜面的二次张拉正是在这种连接形式的基础上实现的。

1) 膜片与脊索连接膜片边缘通过铝合金卡具、U形卡与脊索相连。首先将橡胶棒穿入膜片边缘加工好的套环内,然后安装U形卡,U形卡与膜片之间满布铝合金垫板,通过垫板将U形卡集中荷载转化成对膜边缘的线荷载。每节铝合金垫板长度为400mm,上下层交错布置,每块垫板开3个 ?12mm螺栓孔,1个用作连接U形卡,另外2个用作上下层垫板连接。单侧膜片边缘U形卡沿索长方向间距400mm( 双侧安装后间距为200mm) 均匀布置。如图5所示。

2) 膜与谷索的连接膜与谷索的连接在高空完成,但连接件的安装在地面完成。该连接件为U形可调节连接,安装时首先穿入橡胶棒,铝合金卡具为咬扣形式,沿膜片一端滑入。与谷索相连端边缘满布铝合金卡具,卡具之间通过垫板与螺栓相连,使整个膜边缘形成整体受力体系。铝合金卡具另一面同样为咬扣形式,通过螺母和螺杆与U形卡连接,达到可调节目的。如图6所示。

3) 膜片前后边索安装前后边索的连接方式与谷索的连接卡具相同,前后边索主要起维持膜边缘稳定性作用,不涉及张拉工作,所以省去调节螺杆,直接将U形卡与铝合金卡具相连。边索一端与脊索相连,另一端与外围钢结构相连,通过调节边索空间位置及弯曲角度,使膜面达到紧绷、平整的外观效果。

膜单元组装完毕后,开始膜单元的吊装工作。 由于膜最长长度为41m,如用起重机起吊后,在空中扭转就位十分困难,甚至会因为操作不当对膜单元造成破坏。针对现场场地条件,通过对大型卷扬机的组合使用,研发出一种安全高效、操作简便的提升系统: 空中滑移提升。操作时共采用2台5t卷扬机,一台3t卷扬机,提升点分别位于脊索后端索头位置、脊索前端索夹位置、环索方向距脊索前端索夹约膜长度位置。如图7所示。

提升工作开始时,同时启动脊索前端的5t卷扬机与脊索后端的3t卷扬机,将已组装好的膜片整体提起到合适的高度,此时膜单元与环索方向平行, 启动钢结构脊索耳板处的5t卷扬机向上提升,同时连接脊索后端的3t卷扬机向下降落,使膜片空中转向,提升到安装位置。

单元膜片提升到位后,首先拉动脊索前端的2个2t × 3m倒链,将索头张拉到位,穿入索销,然后拉动脊索后端的2个5t × 3m倒链,将索头张拉到位, 穿入索销。将前边索的两端分别与脊索索夹、谷索索夹的相应耳板相连接。

安装谷索边界: 在谷索上挂设1个1m × 4m × 1. 2m的钢制吊篮,作为施工人员的操作平台。吊篮上设有4个尼龙轮可卡在谷索上; 在内环索的谷索索夹处挂设1个导向滑轮,穿入 ?18mm尼龙绳,绳子的两端均在钢制吊篮上,施工人员拉动绳子就可使吊篮沿谷索上下滑动; 将膜安装使用的附件、工具码放在钢制吊篮内; 谷索的安装自上而下进行; 最后安装单元膜片的后边索,由于冬季施工膜面张拉困难,为保证膜片的安全,后边索的两端采用2个2t × 3m倒链拉接固定。

1) 膜面预应力施加顺序每个膜单元施加预应力时,应先边角、后中部,先短边、后长边对称张拉。

2) 控制方法1位移控制: 第1次位移量为设计位置量的50% ,第2次位移量为设计位置量的30% ,第3次位移量为设计位置量的20% ,位移允许偏差 ± 10% ; 2用专用测力仪对张拉完成的膜单元的有代表性的施力点进行抽检,力值允许偏差 ± 10% ; 应由设计单位、监理单位、总包单位和施工单位共同选定有代表性的施力点。

3) 预应力施加间隔每次施加预应力间隔24h。第2,3次施加预应力时,各工作点位人员随时观察膜面张紧度,遇有应力集中的情况应及时调整,避免膜面破坏。视膜面张紧程度,可调节谷索长度,进行个别膜面预应力的调整。

4) 膜张拉基本完成后,方可交给后续施工单位进行马道及维修走道的安装,以免交叉施工造成膜面损伤或破坏。

5) 马道安装完成后,进行膜单元张拉调整,视膜面张紧程度,可调节谷索长度,进行膜面预应力的调整。

1) 根据屋盖悬挑长度,膜片最长41m,膜片单元前端水平,后端与水平方向成夹角,整个膜面空间扭曲,形成波浪起伏状的曲面造型。

2) 膜片安装采用地面拼装,形成膜单元吊装, 高空安装工作量减半,加快了施工效率,缩短工期。

3) 膜片张拉采用工厂预张拉,成卷运输到现场安装,空中进行二次张拉,解决了冬季施工膜片无法张拉的难题。

4) 施工过程中采用了U形可调节螺杆、空中滑移吊装技术,成功解决了空间张拉后膜边定位难题及大跨度膜片吊装难题。

5) 施工过程进行仿真模拟计算,采用大型通用有限元分析软件ANSYS对施工过程进行模拟计算, 确保了施工质量和施工过程的安全。

盘锦市体育中心体育场在施工过程中,由于处于冬季施工,成功运用了膜片预张拉技术; 以膜单元形式安装膜片,大量空中作业在地面预先完成, 工作效率提升了约1倍; 针对现场场地条件,通过对大型卷扬机的组合使用,采用空中滑移提升技术; 最后通过高空张拉调节等施工工艺,提高了膜安装精度,节省了工期。