全国首个跨度超100m的马鞍形索穹顶结构——天津理工大学体育馆

天津理工大学体育馆位于天津理工大学新校区内，砼框架柱顶最高27.5m，钢膜结构最高点32.45m，包括中心赛场、训练馆及配套辅助用房，主体单层，局部三层，总建筑面积17100平方米，座位总数为5086座。屋盖采用先进的索穹顶结构体系，屋面采用膜材和金属屋面板两种材料。该体育馆屋盖是国内第一个跨度超过100米的马鞍形索穹顶结构，在世界范围处于领先水平。目前全国只有三个已经建成的索穹顶结构的建筑，但都为圆形并且跨度较小，理工大学体育馆是全国最大的索穹顶结构。

图1 天津理工大学体育馆

1）索结构体系组成

该工程索穹顶结构是 Geiger 型和 Levy 的结合体，内侧为 Geiger 型，最外圈为 Levy 型。环梁为高低不平的马鞍形，穹顶跨度达到102m。该索穹顶为非极对称结构，只有两个对称轴。结构内力非常大，拉索规格大，结构在短轴方向的Hs1和内拉环之间布置有内环直索。拉索最大规格为D133mm的高钒拉索，由于拉索单位重量大，索体本身的刚度也不能忽略，且整个索网和内拉环、撑杆的总重量达到353T，对展索和拉索提升都提出了很高的更求。另外该工程在长轴方向布置有土建结构，三层结构的高度为16.4m，在三层的边缘布置有5m高的柱子和梁，若采用提升工艺进行索穹顶的安装，则土建结构有很大的影响。

图2 索穹顶结构布置图

图3 索穹顶结构与周边土建结构

屋盖结构索系中拉索均为国产高钒索，规格及位置如图4。

图4 索穹顶结构拉索规格和名称

1）施工总体安装步骤

总体思路：索系采用高空拼装的方法进行安装。首先利用中央塔架拼装内拉环，然后高空依次分批安装脊索、撑杆、环索、斜索，最后张拉XS4使结构成形。

拉索安装顺序为：脊索→外环索及外撑杆→斜索4→中环索及中撑杆→内环索及内撑杆→斜索1和直索→斜索3→斜索2。

2）索网安装过程图示

第1步：搭设中央支撑塔架和环索放索马道；

图5 第1步示意图 

第2步：在中央塔架上拼装内拉环并加固；

图6 第2步示意图

第3步：在马道上展开环索；

图7 第3步示意图

第4步：分批安装脊索和脊索节点；

图8 第4步示意图

第5步：提升并安装HS3、XS3上端；

图9 第5步示意图

第6步：抬高长轴方向的外撑杆上节点；

图10 第6步示意图

第7步：利用工装索和工装安装XS4并预紧；

图11 第7步示意图

第8步：安装HS1和内撑杆、XS1上端；

图12 第8步示意图

第9步：安装HS2和中撑杆、XS2上端；

第10步：安装内环直索；

图14 第10步示意图

第11步：安装XS1；

图15 第11步示意图

第12步：安装XS3；

图16 第12步示意图

第13步：安装XS2；

图17 第13步示意图

第14步：拆除内拉环揽风绳，提升和张拉XS4就位。

图18 第14步示意图