1、2011年深圳大運會場館屋蓋結構設計與施工創新技術*科學研究院 深圳分院 2011年深圳大運會新建場館為承辦2011年大運會，深圳共將投入使用54個體育場館，其中包括29個比賽場館、25個訓練場館。除已建成投入使用的擁有35000個座位的深圳體育場、4000個座位的深圳游泳跳水館、8000個座位的*體育館等32個場館外，深圳新建22個體育場館。新建22個體育場館布局：大運中心3個場館、*體育中心3個場館、*體育場1個場館、大學城體育中心建有3個場館、*體育中心2個場館、信息職業技術學院建有2個場館、海上運動基地暨航海運動學校建有1個場館、體育運動學校新校區4個場館、鹽田區體育中心2個場館、龍崗

2、飛碟靶場 1個場館。一、深圳大運中心深圳大運會體育中心三大場館分別是主體育場、體育館、游泳館。其中，主體育場規劃建設6萬個座位，體育館可容納1.8萬名觀眾，游泳館建設3000個座位。”水晶石”的建筑方案由德國GMP國際 建筑設計有限公司完成。大運中心效果圖一、深圳大運中心 （一）主體育場施工圖設計單位：深圳市建筑設計研究總院鋼結構施工單位：中國建筑第三工程局1、工程概況屋蓋的結構形式為單層折面空間網格鋼結構，由20個形狀相近的結構單元呈雙軸對稱分布構成，平面為橢圓型，尺寸為285m270m。屋蓋最高點高44.lm，在不同區域懸挑長度為51.9 68. 4m，設計總用鋼量約18000t。鋼屋蓋構

3、成立面馬鞍形外圈（高差12m）內圈（高差8.6m） 鋼屋蓋示意圖 鋼屋蓋構成一、深圳大運中心2、設計特點 （1）鋼屋蓋主結構為由空間三角形網格組成的單層折面空間網格結構。結構的主桿件為鑄鋼管、焊接鋼管及鑄鋼管焊接鋼管，直徑為7001400mm，壁厚為12140mm ，最大長度約為50.6m；次桿件為焊接箱形截面桿件，對主結構起到側向穩定支撐作用。由13個三角形構成受力節點 結構組成主桿件次桿件一、深圳大運中心（2）結構新穎，某些關鍵技術無規范可依；因此對整體穩定、變形控制、桿件計算長度、風振分析等方面，進行了理論探索； （3）采用6個軟件進行結構分析，包括整體穩定分析、大震彈塑性時程分析、風時

4、程分析、節點有限元分析，進行了風洞試驗、整體模型試驗、節點試驗；（4）鋼屋蓋設置內環（懸挑盡端）、馬道環、肩谷環，顯著提高了結構體剛度，減小了風效應，有效防止了結構的連續倒塌。（5）結構的支座、背峰、背谷、肩峰、肩谷、冠谷位置采用鑄鋼節點，共120個。鑄鋼節點單件最重約90t，總重4000t 。結構的冠峰、內環位置為焊接節點，共40個。鋼結構節點分布示意圖組成一、深圳大運中心（6）鋼筋混凝土看臺為現澆鋼筋混凝土框架剪力墻結構；平面形狀為橢圓型，尺寸為324m310m；鋼屋蓋支座所在的2F平臺不設變形縫，為周長1056m的超長結構，進行溫度、預應力及徐變的理論研究及分析。上部看臺設置變形縫，將上

5、部結構分為4個單獨的結構單元。一、深圳大運中心2、安裝特點 （1）結構安裝難點主要包括以下方面： 結構懸挑跨度大，且支點少； 節點構造復雜，單個重量超大，吊裝時穩定性難以控制 ； 單根鋼管超長超重，在二維方向上不斷發生變化，測最定位困難； 構件安裝就位前的變形難以控制，容易影響安裝精準度 200mm厚大直徑鑄管焊接方案 （2）安裝方法選擇了高空散裝法和分塊安裝法相結合的施工總方案，并嚴格按照高空原位安裝的原則，為背峰、背谷、冠谷和內環節點位置設計了臨時支撐胎架。 一、深圳大運中心（3）鋼結構吊裝方式分為以下幾種： 巨型節點單件吊裝； 巨型主桿件單件吊裝； 小型節點與主桿件組拼吊裝； 主次桿件組

6、拼吊裝； 小次桿件單獨吊裝補齊屋面結構。 （4）卸載方案如下：一次性同步卸載背谷 一次性同步卸載背峰 等量位移為基礎分多次循環同步卸載冠谷和內環 完成全部卸載一、深圳大運中心（二）主體育館 施工圖設計單位：*設計研究院 鋼結構施工單位：上海*建設有限公司1、工程概況 體育館平面為圓形，直徑為144m（支座處）和158m（外圈），高度為34m。 屋蓋的外圈結構由16個形狀相同的空間折面網格單元構成，中間為直徑大約為50m的球面網殼結構工程用鋼量約5800t。一、深圳大運中心（二）主體育館 體育館效果圖 體育館剖面圖一、深圳大運中心2.設計特點(1) 柱腳采用了球型鉸支座，釋放了豎向傳力構件的彎距

7、。(2) 將垂直傳遞豎向力的構件置于球型支座的內側 ，形成了部分抵抗屋蓋外張的自平衡內力，減小了柱底的水平推力。 (3) 結構體系進行了改進，即在結構的肩谷點處設置了一圈拉環，增加拉環后，按展開面積及單位面積用鋼量，由190kg/m2降為148kg/m2 ，特征值屈曲分析得到的屈曲因子，也從加拉桿前的1.927，提高到8.103 (4) 對肩谷的鑄鋼節點和支座球節點進行優化。 改進后的結構骨架圖一、深圳大運中心3、施工特點： （1）安裝采用國內最先進的累積旋轉滑移的施工工藝，即在東西兩側設置兩個拼裝平臺，將構件定點拼裝并支撐在支座處的半徑分別為25米和41米的三條圓形軌道及中心圓點上，通過旋轉

8、滑移到設定位置。 (2) 鋼結構卸載過程就是將形成整體的鋼結構屋蓋脫離三條滑移軌道及中心圓點的臨時支撐，依靠自身結構站立起來的過程。 一、深圳大運中心（三）游泳館 施工圖設計單位：中建國際（深圳）設計有限公司 鋼結構施工單位：長江精工鋼結構（集團）有限公司1、工程概況 結構體系為鋼筋砼框架+屋蓋鋼結構。總用鋼量約4300t。鋼結構屋蓋坐落在標高4.5m的混凝土結構柱上(支座中心標高為6.0m)。鋼結構受力體系為空間單層折面網格結構。 從整個結構來看，結構承受外荷載時，跨中上弦肋桿受壓，下弦肋桿受拉，跨端正好相反。上弦肋桿與下弦肋桿之間形成一對力矩，抵抗外荷載產生的彎矩。次桿件將主桿件平均分為三

9、份，起到增加結構整體剛度的作用，并作為幕墻及屋面板的支承結構。一、深圳大運中心（三）游泳館游泳館屋蓋示意圖 一、深圳大運中心2.設計特點 (1)空間單層折面網格結構，受力特性更趨于單向狹長結構，空間作用比體育館要小。（2）柱腳采用了與地面傾斜的球型鉸支座，釋放了豎向傳力構件的彎距，并將部分水平推力轉換成向下的垂直力。（3）柱腳鋼結構節點采用球鉸式鑄鋼節點，通過預應力錨栓固定于混凝土承臺之上，在混凝土承臺中配置了三向鋼筋網和型鋼。 下部混凝土承臺上部鑄鋼節點球鉸式鑄鋼節點下部蘑菇形鑄件上部盆形鑄件一、深圳大運中心3.施工特點（1）搭設拼裝平臺進行高空散裝，沿縱向整體液壓同步累積滑移的施工方案進行

10、施工。滑移單元拼裝順序：從中間到兩邊、從內側（遠離吊機位置的一側）到外側。 屋蓋滑移單元一、深圳大運中心（2）本項目的滑移與支座就位：首先固定預應力錨栓，澆注混凝土至標高4.38m；待進行最后一次滑移前，將預埋地板放入混凝土承臺內；結構滑移到位后，以結構支座作為支撐點，用三條導鏈將預埋地板提升到設計位置，澆注混凝土。鋼結構屋蓋整體滑移到位后，將每個球鉸支座精確校正，補澆混凝土到設計標高。（3）滑移及卸載均進行了有限元施工模擬分析，并進行了施工監測。一、深圳大運中心游泳館屋蓋滑移完成 二、*體育中心*體育中心選定日本佐藤綜合計畫與北京建筑設計研究院聯合設計的“春繭”方案為實施方案。施工圖設計單位

11、為北京建筑設計研究院。圖11 *體育中心效果圖 二、*體育中心*體育中心為空間大跨度結構，屋蓋投影長度530m，寬240m，是目前國內最大的一體化場館建筑，總用鋼量約20000t。 *體育中心結構分解圖二、*體育中心游泳館和體育館屋蓋采用正交斜放四角錐雙層網殼，節點采用焊接球，平面投影均為橢圓形，空間呈拱形，并且在上弦外圍均設置封邊桿件，以提高屋蓋結構的整體剛度。游泳館屋蓋橢圓邊長98.677.6m，網格邊長為3.54m4m，厚度約4m，屋蓋最高點標高35.7m，總重460t 。體育館屋蓋橢圓邊長117.9104.3m，網格邊長為3.97m441m，厚度約5m，屋蓋最高點標高38.5m，總重7

12、20t。游泳館、體育館上弦封邊桿件下分別均勻設置30和40個V字形支撐鋼柱，V形柱頂與網架鉸接，柱腳采用固定鉸支座。 體育場：共設有2萬個座位，分為上下兩層，罩棚最高處平均高度約40m，體育場和大樹廣場部分，用鋼量12000t；構件形式為重鋼構件，技術難度大、包括類似國家體育場（鳥巢）的彎扭構件、厚壁鋼管、鑄鋼件等。二、*體育中心 鋼結構構件形式分解二、*體育中心1、設計特點：最大的一體化場館建筑，鋼結構未分縫，長度530米，溫度應力起設計控制作用。 2、施工特點：彎扭構件、厚壁鋼管、鑄鋼件、高空散拼、分標段卸載、標段間連接 三、*體育場*體育場采用德國GMP國際建筑設計有限公司設計的“竹林”

13、方案。施工圖設計單位：華南理工大學建筑設計院 下部鋼結構施工：上海* 屋蓋膜結構施工：上海太陽膜工程公司 屋蓋索結構施工：中國建筑科學研究院建研科技股份有限公司。 屋蓋結構整體模型施工張拉試驗：清華大學 主要包括主體育場、附屬訓練場、地下停車庫和體育運動學校四個部分。 三、*體育場*體育場效果圖三、*體育場屋蓋結構采用輪輻式索膜結構，整個體育場的平面為直徑245m的正圓，除幕墻結構外，主結構平面投影略顯橢圓形，長軸237m，短軸230m，進深54m。膜材選用PTFE膜，材料抗拉強度為130kN/m,主受力拉索采用高強度全封閉索，材料抗拉強度為1760MPa。本屋蓋結構共有一個外部的壓環，兩個中

14、央的拉環。外部的壓環呈馬鞍型，其高點和低點之間的高差為9.65m。采用“目”字型截面1800mm1100mm，翼緣厚25mm，腹板厚35mm，豎向加勁肋板厚30mm。中央上部的拉環由70的全封閉索組成，下部的拉環則為90的全封閉索。整個屋蓋共有36榀索桁架，其上徑向索為75，下徑向索為95，7根懸掛索均為20。索桁架與內拉環相交處設承壓的“飛柱”，其截面為37510。兩個內環的預應力在上徑向索和下徑向索中產生拉力，并傳遞到外壓環上，形成自錨體系。徑向的索桁架不僅能將整個屋蓋的荷載傳遞到外部的拉環上，同時還能增強外壓環的整體穩定性。三、*體育場屋面的膜結構包括僅承受拉力的膜材和其支承結構體系。支

15、承結構采用拱的形式，通過定義合適的平面和拱高可以得到膜結構受力所需要的雙曲面。膜結構將荷載傳遞到支承拱結構，同時在拱的兩邊加上預應力拉索保證相鄰受壓拱的平衡。拱腳處采用鉸接的形式，一方面有利于膜結構和拱支承的協同工作，另一方面當拱兩側的膜材受到不同的荷載時，拱可以相對自由地轉動以適應荷載的變化，而不致在拱腳產生過大的約束反力。屋面膜材全部采用PTFE膜。最外側一道支承拱為2308，預應力拉索為26，其余6道支承拱為2208，相應的預應力拉索為24。所有的預應力拉索均施加30kN的預張力。三、*體育場車輻式張拉屋蓋結構呈橢圓形馬鞍面,索力分布不均勻。為制定一種索力控制精度高、對張拉設備要求低的張

16、拉施工方法,進行了屋蓋結構模型整體張拉試驗及模擬分析,驗證了“定尺定長設計與張拉技術”能夠準確獲得設計初始態預應力。該方法對索材定長下料,在施工現場不調節索長,具有張拉過程簡單,便于控制索力的優點。試驗模擬了張拉徑向索、頂升飛柱、張拉環索、隔榀張拉徑向索4種張拉方案。4種張拉方案的操作難易程度有明顯差異:張拉徑向索方案所需的張拉力大,但是操作過程簡單;頂升飛柱和張拉環索方案所需張拉力小,但需對結構節點和張拉設備做特殊設計;隔榀張拉徑向索方案的工期最長。通過對上述4種張拉方案以及由張拉徑向索方案演化出的3種分批張拉徑向索方案的數值模擬分析和對比,為屋蓋結構實際施工制定了張拉徑向索的方案。 三、*

17、體育場*體育場膜安裝工程 體育場內景 四、*大學城體育中心*大學城體育中心總用地面積171917.9平方米，總建筑面積38493平方米，由體育館、體育場、游泳館三部分組成。其中，體育館建筑面積14183 m2，設坐席數5696個；體育場建筑面積15300 m2，設坐席數15942個；游泳館建筑面積9010 m2，設坐席數2251個。 在設計時，一是充分考慮到“利用”與“管理”兩個要素，既方便利用，又便于進行科學、有效的管理以及滿足社會化管理的要求。二是設計中大量采用新技術、新材料、新工藝、新設備，建筑節能、節水、節電。 項目最大特點是采用大跨度空間結構，曲面豐富。其中體育館為大型管桁架網殼組合

18、結構、游泳館為網殼結構、體育場為格構柱預應力懸索網殼結構。 四、*大學城體育中心 *大學城體育中心體育館 *大學城體育中心游泳館 四、*大學城體育中心在設計和施工過程中，召開了多次專家論證會，發現了施工方案存在的主要問題及深化設計的缺陷，會后嚴格跟蹤、解決，保證了施工方案合理和深化設計質量。例如：發現體育場預應力索設計張拉應力過大，解決了實際變形值可能造成塑性變形的問題，避免了施工階段的重大事故。本著對建筑安全負責的原則，結合科研力量，對體育場的屋蓋預應力拉索結構進行施工、使用階段全過程結構健康監測，確保結構使用階段健康安全。五、*體育中心*體育中心集體育館、運動場、游泳館、網球館、網球場、籃球場、居民健身廣場和體育賓館于一體。 “ 建筑方案:*大學建筑設計研究院 施工圖設計：*大學建筑設計研究院 屋蓋鋼結構施工：湖南省建筑工程集團總公司 懸支穹頂張