辐射式双层索网，南昌市民中心屋盖，索结构典型工程

来源：钢结构设计

作者：空间结构分会

承重索提升南昌市民中心屋盖

设计单位 ：同济大学建筑设计研究院

总包单位 ：中建深圳装饰有限公司

钢结构安装单位 ：法尔福空间结构（上海)有限公司

索结构施工单位 ：南京东大现代预应力工程有限责任公司

索具类型 ：坚宜佳·高钒镀层钢绞线索

竣工时间 ：2020年

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概况

南昌市民中心位于九龙大道东侧的九龙湖行政片区内，南临北龙蟠街，紧邻九龙湖，总用地面积62201平方米。南昌市民中心是南昌市市重大重点工程，项目总投资12.6 亿元，该项目总建筑面积约15万平方米，由“省市行政服务中心、省市公共资源交易中心，市城市规划展示中心、市城建档案馆”四大部分组成。项目主要分为一方一圆两块，集合了三项功能。其中：圆形建筑为5层，主要为市民行政服务中心。方形建筑包含市公管办公共资源交易中心（6层）及市城市规划展示中心（5层）。行政服务中心屋盖中心区采用辐射式双层索网结构（图1）。

图1 南昌市民中心

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索结构体系

南昌市民中心行政服务中心屋盖中心区辐射式双层索网结构剖面如图2所示，其中阴影部分为屋面膜。该屋盖结构平面为圆形，直径53 m。屋盖主结构由承重索、脊索、谷索、混凝土外压环、中心倒锥形桁架内拉环、屋面膜材组成。承重索15根，采用均匀分布的布置方式。谷索30根，脊索60根，交替均匀分布，如图3所示，其中深褐色为谷索，蓝色为脊索。中心倒锥形桁架由钢构组焊而成，如图4所示。外压环梁为混凝土结构，通过预埋件与耳板焊接并与拉索索头相连。

图2 屋盖结构剖面图


a）承重索布置	b）脊索及谷索布置

图3 屋盖拉索布置


a）剖面图	b）轴测图

图4 屋盖中心倒锥形桁架

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索结构施工

1）施工重难点

① 该工程分上层索和下层索，拉索根数众多，若采取整体牵引提升和张拉的方案，则所需要的设备量大。根据结构特点及现场的布置条件，设计了该工程的施工方案：对称选取5根承重索作为提升索，3根谷索作为提升过程中的稳定索，其他拉索随之提升。设置了多个关键工况，使用非线性动力有限元法（NDFEM法）对结构进行了施工过程分析，掌握了施工过程中拉索的受力变化规律，确定了不同工况下的工装索牵引长度和相应的结构响应。

② 该工程拉索根数多，特别是上层索布置密集，索力相互影响非常敏感。对该结构的施工误差敏感性进行了研究，分别针对张拉力控制方案和索长控制方案进行了独立误差分析和耦合误差分析，确定了不同方案的误差控制指标并进行了方案对比。承重索、谷索和脊索索力均对索长误差敏感性较高。当进行索长控制张拉时，谷索和脊索的索长误差应控制在±6 mm，承重索索长误差应控制在±9 mm。当进行力控方案张拉时，谷索和脊索的索长误差应控制在±5 mm，承重索索力误差应控制在5%。由于索长控制方案容许误差范围较大，该结构宜采用索长控制方案进行张拉。

2）施工方案

根据该工程的特点，采用施工总体步骤如下：地面组装索网、利用周边结构作为塔架进行牵引、在高空张拉承重索使结构成形。该工程包含15根承重索、30根谷索及60根脊索，均为3的倍数，考虑到施工过程的对称性及不同拉索的承载能力，在5根对称分布的承重索上安装牵引工装索。同时，为防止在提升过程中内拉环发生倾覆，根据对称原则，在3根谷索上安装稳定工装索。在提升过程中，控制稳定工装索索力在一定范围内。综上，共计牵引8根索。具体施工方案如下：

① 在胎架上吊装中心倒锥形桁架（内拉环），其中胎架高度6米。承重索、谷索、脊索均在地面组装完成（图6a）。其中，在2轴线、8轴线、14轴线、20轴线、26轴线的5根承重索为牵引索。在8轴线、18轴线、28轴线的3根谷索为提升时的稳定索，如图5所示。

② 在外压环上安装牵引工装设备。

③ 安装牵引工装索和稳定工装索，并与外压环连接。

④ 牵引设备工作，5根承重索托举内拉环上升，3根谷索维持内拉环稳定，如图6b所示。

⑤ 当达到一定提升高度后，利用卷扬机和手拉葫芦将谷索和脊索全部与外压环销接就

位，撤去稳定工装索，如图6c所示。

⑥ 继续牵引承重索，使承重索的外索头靠近支座耳板。

⑦ 将承重索的外索头与支座耳板连接，撤去牵引工装索。

⑧ 利用卷扬机安装余下的10根承重索，并与外压环耳板连接。剩余10根承重索仍按照对称原则分两批张拉，每批5根。

⑨ 对称张拉承重索，使结构整体张拉成形，如图6d所示。