徐州市奥体中心体育场采用新型杂交空间结构——环向悬臂索承网格结构体系，其结构构造形式与弦支穹顶相似，由上部的单层网壳和下部索杆体系组合而成，目前国内外没有相同的结构体系可借鉴。

徐州奥体中心由中国建筑西南设计研究院设计，以“山水相依、五省通衢”为理念，采取山环水抱、山水相依的规划格局，以象征交通枢纽、极具速度感的中央景观统率全局；建筑以“玉”和“帛”为构思源泉，将古玉和丝绸的气质融入建筑造型中，体现昔日兵家必争之地、今朝“化干戈为玉帛”的和平主题；立面装饰徐州市树——银杏树叶的抽象图案。

1 工程概况

徐州市奥体中心位于徐州市新城区汉源大道和峨眉山路交叉口，该项目包括体育场、综合训练馆、球类馆、游泳跳水馆、配套服务设施及地下车库6个单体建筑，总占地面积为472800㎡，总建筑面积为205513㎡，建成后将作为江苏省第十八届省运会的主会场。其中体育场面积为51240㎡，是奥体中心最大的单体建筑，可以容纳3.5万人观看比赛，其建筑效果图见图1。

图1 徐州市奥体中心体育场

2 结构体系

徐州市奥体中心体育场钢结构形式为环向悬臂索承网格结构，其结构构造形式与弦支穹顶相似，将其作为弦支穹顶的衍生体，适用于超大型的体育场及其他公共建筑。

徐州市奥体中心体育场平面外形类似椭圆形，结构水平投影尺寸约为263m×243m，中间是类似椭圆形的开口，开口尺寸约为200m×129m。体育场屋盖最大悬挑长度约为40m，最小悬挑长度为16m，高度为43.277m，整个结构沿东西和南北方向对称分布。徐州市奥体中心体育场钢结构整体模型见图2。

图2 徐州市奥体中心体育场钢结构整体模型

2.1 立面和屋盖上弦结构

徐州市奥体中心体育场立面围护结构为单层网壳结构，由交叉支撑柱、双向网格和三向网格三部分组成。标高0.000~9.900m间的结构是由圆形截面为φ（1000～600）×35或φ（1000～600）×18的交叉支撑柱构成的支撑体系，交叉柱的交叉点由连接板与2层看台混凝土梁相连接；标高9.900~25.500m间的结构是由圆形截面为φ600×30，φ600×18钢管组成的双向网格单层网壳结构；标高25.500m到马鞍形大环梁之间的结构是由箱形截面□600×300×16，□500×250×16钢管与圆形截面φ351×16，φ351×14钢管组成的三向网格单层网壳结构。

屋盖为马鞍形双曲面，开口处最高点标高为43.277m，最低点标高为35.465m。上弦结构由84榀径向梁和5圈环向梁组成，径向梁箱形截面为□600×300×16，□500×250×16，环向梁箱形截面为□600×350×20，□500×350×20。主体结构钢材材质均为Q345B。

2.2 屋盖下弦结构

屋盖下弦结构由撑杆和拉索组成。撑杆最大圆形截面为φ325×16，最长长度约为11m。屋盖拉索采用了42根径索和1圈环索，径索规格为φ90，φ100和φ127，最小长度约为17m，最大长度约为28m，其中20φ90径索位于东西方向，6φ100径索位于南北方向，16φ127径索位于四个拐角方向；1圈环索由6φ121拉索组成，每根长度约为587m，由4段组成，分段点分别在体育场的东南、东北、西南和西北角。体育场钢结构屋盖下弦结构平面布置图见图3。

图3 屋盖下弦结构平面布置图

环索分布也呈马鞍形，最高点位于悬挑长度最小的南北方向，最低点位于悬挑长度最大的东西方向，标高相差约为1.8m。另外东西两侧各有4根斜索，规格为φ70。拉索采用锌-5%铝-混合稀土合金镀层钢绞线，强度为1670N/mm2。体育场钢结构剖面图见图4。

图4 体育场钢结构剖面图

3 索承网格结构特点

弦支穹顶结构体系屋盖一般为封闭的单层刚性网壳，通过固定或滑动支座连接在下部的支撑结构体系上，而索承网格结构体系与弦支穹顶结构体系最大的区别在于该结构体系屋盖结构径向钢梁与周围支撑结构为销轴连接（图5），而屋盖为开口形式，则径向钢梁变为悬臂构件。

图5 径向钢梁与大环梁连接节点三维图

不考虑结构非线性影响，屋盖结构在自重工况下最大竖向位移为-2388mm（图6）。采用索承网格结构体系，屋盖悬挑梁根部的弯矩得到了释放，钢拉索构件成为主要的受力构件，悬挑梁的截面就可以减小，结构变得轻巧，大大地减少了屋盖结构的用钢量。以徐州市奥体中心体育场为例，整个体育场钢结构用钢量约为9300t，而屋盖结构的钢用量仅为2759t，与类似悬挑长度体育场屋盖的用钢量相比，节省了钢材将近2000t。

图6 无索情况下结构自重工况的竖向变形/mm

4 关键节点

4.1 索夹节点的深化设计原则

索夹节点的深化设计原则：除了要考虑节点的变形和应力外，还要考虑节点的抗滑移能力。钢拉索构件在张拉施工过程中为保证预应力的有效传递，要求索体在索夹中能滑动；而在预应力张拉施工完成后，为保证结构体系的稳定性，必须使用高强螺栓锁住索夹，保证索体在索夹中不产生滑动。

4.2 铸钢索夹节点的深化设计

环索索夹除了要连接1根径向索和6根环向索以外，还要连接1根竖向撑杆和2根斜撑杆，构造也比较复杂，环索索夹三维图和实景图见图7。

图7 环索索夹

索夹采用铸钢节点，材质为G20Mn5N，热处理后强度不小于Q345B材料的力学性能。径索最大直径为127mm。

4.3 铸钢索夹节点的抗滑移性能

徐州市奥体中心体育场的环索分布成马鞍形状，最高点与最低点标高相差约为1.8m，因此铸钢索夹节点的不平衡力较大。需通过试验确定钢盖板实际抗滑移能力，即其对索体形成的约束程度。径索、环索索夹试验照片见图8。

（a）径索索夹试验

（b）环索索夹试验

图8 径索、环索索夹试验照片

5 预应力施加仿真分析

采用MIDAS/Gen软件预应力施加仿真分析，计算模型见图9。整个屋盖结构的安装顺序：先在42榀下弦有拉索的径向梁端部和东西看台径向梁的中部搭设支撑胎架，然后安装屋盖钢结构和钢拉索，待整个结构安装完成后，将环索调整到初始长度，然后对径索开始施加预应力。

图9 计算模型

预应力施加的仿真计算通常有正搭法和倒拆法。两种计算方法的最终结构成形态是一致的，均能满足设计要求。徐州市奥体中心体育场现场施工图见图10。

图10 徐州市奥体中心体育场现场施工图

更多内容详见2014年第15期《转自：建筑结构-公众号》杂志文章：《环向悬臂索承网格结构预应力设计关键技术研究和应用》；作者：司波1，王丰1，向新岸1，鲍敏2，王泽强1；单位：1北京市建筑设计研究院有限公司，2中国建筑西南设计研究院有限公司。

以上内容欢迎分享到朋友圈，未经本刊和作者授权，严禁转载，违者必究！

==============================

==============================

==============================

微信推广：010-57368783

杂志订阅：010-57368777