1）结构整体概况

根据建筑造型、空间使用功能和视觉美观要求，结合结构受力特点，体育场屋盖结构的挑蓬采用了轮辐式索承网格结构，体育场结构的整体三维轴测图见图2。

a）上部主要钢构件（径向主梁、撑杆等）	b）上部次要构件（普通檩条）
c）外压环梁	d）索杆体系（径向索+环索）
e）结构柱与柱间交叉撑	f）挑蓬部分结构三维轴测图

图3 结构各部分三维轴测图

卡塔尔教育城体育场的结构组成较清晰简单，可简要分为以下几个部分：结构柱，外压环梁，索杆系，上部主要钢构件，上部次要钢构件。索杆系由径向索、环向索、撑杆构成，其中径向索为一段直线布置，共有56榀；环索成空间曲线，45度角处标高高于短轴和长轴处，平面投影成环形。通过在径向索和环索中施加预应力，平衡上部网格的重量。将原结构拆分显示，各部分的三维轴测示意图如图3 所示。

2）结构设计与施工的主要创新技术

①索网的牵引提升以及工装下拉索的张拉

在索网牵引提升时，结构仅包含钢立柱，外压环梁以及索网。在牵引张拉之前，拉索处于松弛状态，不具备结构刚度，存在超大机构位移和拉索松弛。施工阶段静力平衡态下的索杆系位形与结构成形状态的差异大。另外，由于柔性拉索仅能受拉，不能受压和受弯，因此施工过程中部分或者全部拉索还会处于松弛状态，由于存在超大位移且包含机构位移和拉索松弛，采用针对常规结构的线性静力有限元分析已无法实现。

该工程仿真分析采用确定索杆系静力平衡态的非线性动力有限元法[3]。该方法基于非线性动力有限元，通过虚拟动力过程获得动能峰值点来更新位形，经多次迭代达到静力平衡。通过建立结构整体非线性有限元运动方程，结构整体同时振动，动能峰值具有结构整体性，分析稳定，并通过系列措施可提高其分析效率，最终实现了对索网的牵引提升以及工装下拉索的张拉的精确有限元分析。

②结构的外压环梁零状态安装位形分析

卡塔尔教育城体育场对施工的精度要求很高，为了达到较高的施工精度，需要确定合理的误差控制目标，否则，不仅设计成形的目标难以实现，甚至可能会存在安全隐患。

该工程通过独立误差和耦合误差的影响分析，确定施工误差的控制指标。

结构外压环梁需要建立预压应力，因此，钢结构的安装位形并不等同于设计初始位形，需要进行零状态安装位形分析。分析中，柱间交叉撑的存在会影响结构的变形，进而影响零状态安装位形，工程对比分析了柱间交叉撑和横撑先装、后装两种情况，最终确定正确的安装顺序。

③安装并张拉下拉索时的外压环梁稳定性

屋盖钢构安装前，结构构成只有外压环梁、结构柱，后续提升索网和张拉工装下拉索。另外，结构柱的上下端均为铰接。因此，此时的结构稳定性较弱，在施工中为了保证结构

安全，需要对结构做额外加强，于是，建立四种分析模型，确定了合适的结构加强方式。

最终通过实现了无支架施工，显著改善了工作条件，加快工程进度，节省支架的费用。