【索结构典型工程】长沙国际会展中心屋盖:下凹形张弦梁

长沙国际会展中心单层展馆一共有12个，东西各6个，分别为W1~W6和E1~E6。西区的6个展馆中，W1和W2、W3和W4、W5和W6分别通过连接馆相连。东区的6个展馆中，E1和E2、E3和E4、E5和E6分别通过连接馆相连（图1）。12个单体展馆的结构形式及结构尺寸完全相同。每个展馆的屋盖结构平面尺寸为100m×163m，跨度方向为100m，屋面高度从18m~32m不等（图2 和图3）。沿纵向一共布置有8榀下凹形张弦梁。

该工程屋盖结构包括：预应力张弦梁体系、纵向联系体系、屋面支撑体系、张弦梁侧向稳定体系、连接馆下弦支撑体系。

每榀张弦梁下弦各布置2根Φ97的高钒镀层拉索，拉索钢丝强度1770MPa，主梁截面为1600x500的箱型钢梁，纵向布置有650x250的H型钢次梁。拉索连接节点见图4。

图4 拉索连接节点

该工程结构有以下特点：

① 该工程屋盖结构组成部分较多，需根据结构受力形式及传力机理，确定拉索的先后施工顺序，确保预应力的施加能够满足设计要求。

② 该工程张弦梁主梁为下凹布置，拉索为双索布置，且索头为O型索头，对拉索安装和张拉提出很高的要求，施工难度相对一般张弦梁增大。

③ 撑杆和拉索夹角较大，可能造成索夹产生滑移，需在施工过程中采取严格措施确保撑杆和拉索不产生滑移。

④ 该工程拉索为高钒拉索，拉索直径为97mm，属于大直径拉索，容易产生跳丝，对拉索倒运、展开提出很高的要求。需采取可靠措施确保拉索在施工过程中不产生跳丝。

⑤ 该工程是通过对拉索进行张拉的方式对结构施加预应力的，因此节点设计需考虑受力、施工空间的要求，尤其是对本工程的O型锚具的拉索，施工难度大。

⑥ 纵向稳定索采用钢拉杆的形式，钢拉杆是分段安装张拉。张拉过程中需要确保张弦梁的侧向稳定。

⑦ 屋面交叉支撑拉索的张拉需要搭设高空操作平台，而操作平台不具备有效的着力点，需要对操作平台进行设计并确保施工安全。

拉索、拉杆的安装和张拉施工穿插在钢结构的施工过程中，总体步骤为：

① 张弦梁钢结构主体结构安装完成以后，同时安装斜拉索并张拉（斜索的索力很小，为250kN），并一次张拉到位；

② 分两级张拉主索，并张拉完成，索力和位移符合要计算要求；

③ 安装张拉屋面索，屋面索稳定索的索力约为40kN，因此也是一次张拉到位；

④ 连接馆钢结构安装完毕；

⑤ 安装并张拉D60下弦拉杆；

⑥ 安装屋面系统。

图5~图16给出了整个施工过程的具体图示。

1）第1步，安装边跨钢结构

① 钢结构柱施工完毕；

图5 钢结构柱施工完毕

② 搭设拼装胎架及操作平台；

图6 搭设拼装胎架及操作平台

③ 拼装胎架为门式格构式胎架，间距1.5m，如图4.5.7所示；

图7 门式格构式胎架

④ 分段拼装钢梁；

图8 分段拼装钢结构

2） 第2步，安装第一榀张弦梁

① 钢结构安装完毕以后安装撑杆和次梁；

图9 安装撑杆和次梁

② 在地面利用放索盘展开拉索，同时安装斜拉索；

图10 安装斜拉索

③ 利用主梁布置倒链或者卷扬机，准备拉索提升；

图11 准备提升拉索

④ 利用倒链和卷扬机对拉索进行提升；

图12 拉索提升

⑤ 将拉索提升至高出撑杆下节点1m，安装拉索索头，将拉索下放，安装索夹；

图13 安装索头、索夹

⑥ 张拉斜拉索；

图14 张拉斜拉索

⑦ 按照相同的方法安装第二榀张弦梁；

⑧ 连接第一榀和第二榀张弦梁之间的檩条；

⑨ 按照相同的方法安装第二榀、第三榀张弦梁；

⑩ 按照相同的方法安装第四榀张弦梁，同时张拉第一榀张弦梁的主索，直到张弦梁主梁刚好与支撑胎架脱离；

图15 第一榀梁安装完成

3）第3步，以此类推安装完所有的张弦梁和边梁

4）第4步，安装屋面交叉支撑并进行张拉

图16中紫色加粗线为屋面交叉支撑。

图16 屋面拉索施工流程图