成都鳳凰山足球場(chǎng)背景如同調(diào)色盤一般的，造型出色，獨(dú)樹(shù)一幟。建筑面積約13萬(wàn)平米，是一座滿足FIFA標(biāo)準(zhǔn)、有6萬(wàn)個(gè)座位的專業(yè)足球場(chǎng)，是2023年亞洲杯成都賽區(qū)主場(chǎng)館。

該工程結(jié)構(gòu)平面為類橢圓，南北向長(zhǎng)軸直徑279m，東西向短軸直徑234m，結(jié)構(gòu)關(guān)于長(zhǎng)軸對(duì)稱，北高南低，屋蓋罩棚最大懸挑長(zhǎng)度64m，最小懸挑長(zhǎng)度55m。罩棚體系是由索桿系、外壓環(huán)梁、剛性內(nèi)拉環(huán)桁架組成的國(guó)際首例環(huán)形剛性內(nèi)拉環(huán)索穹頂結(jié)構(gòu)。索穹頂區(qū)域屋面采用單層索網(wǎng)支承的ETFE膜結(jié)構(gòu)，透光性良好，總面積25000平米，透光率高達(dá)40％，拉索與屋面膜結(jié)構(gòu)相得益彰，充分體現(xiàn)了結(jié)構(gòu)之美與建筑之美。

圖1 成都鳳凰山足球場(chǎng)

1）結(jié)構(gòu)整體概況

成都鳳凰山足球場(chǎng)屋蓋由3部分組成，分別為：

① 足球場(chǎng)內(nèi)部看臺(tái)罩棚采用環(huán)形剛性內(nèi)拉環(huán)索穹頂結(jié)構(gòu)，Levy型網(wǎng)格，兩環(huán)環(huán)索，其中內(nèi)拉環(huán)為三角立體桁架；

②  足球場(chǎng)外部屋蓋采用雙層正放四角錐形成的網(wǎng)架，該區(qū)域采用焊接球節(jié)點(diǎn)連接；

③  足球場(chǎng)結(jié)構(gòu)外立面采用實(shí)腹式鋼柱與鋼梁結(jié)構(gòu)。

圖2 足球場(chǎng)結(jié)構(gòu)三維示意圖

、

圖3 足球場(chǎng)拉索節(jié)點(diǎn)構(gòu)造圖

索穹頂外連鋼壓環(huán)與內(nèi)置鋼拉環(huán)鋼材材質(zhì)為Q420B；其余構(gòu)件、球節(jié)點(diǎn)及連接板材質(zhì)均為Q345B。脊索、斜索和環(huán)向索均采用密封鋼絞線索并采用鋅-5%鋁-混合稀土合金鍍層進(jìn)行防腐。索體彈性模量1.60×10⁵MPa，鋼絲抗拉強(qiáng)度等級(jí)為1570MPa；索頭為熱鑄錨叉耳式連接件，索頭承載能力應(yīng)不低于索體承載力。

2）結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)重難點(diǎn)

① 所有國(guó)內(nèi)外已建的索穹頂結(jié)構(gòu)均用于封閉屋蓋的體育館建筑中，成都鳳凰山專業(yè)足球場(chǎng)首次將索穹頂結(jié)構(gòu)用于非封閉的罩棚中。提出了大開(kāi)口內(nèi)環(huán)鋼桁架索穹頂結(jié)構(gòu)、建立了非對(duì)稱大開(kāi)口索穹頂結(jié)構(gòu)的找力方法、研發(fā)了復(fù)雜邊界條件大開(kāi)口索穹頂?shù)脑O(shè)計(jì)方法、發(fā)展了索穹頂結(jié)構(gòu)的應(yīng)用范圍。項(xiàng)目通過(guò)在專業(yè)足球場(chǎng)屋蓋中部大開(kāi)口邊緣位置設(shè)置內(nèi)環(huán)鋼桁架，彌補(bǔ)了由于大開(kāi)口對(duì)索穹頂結(jié)構(gòu)剛度與整體性的削弱，保證了張力結(jié)構(gòu)的力系有效傳遞；通過(guò)采用葵花型布置索穹頂結(jié)構(gòu)并經(jīng)過(guò)找力分析及施加合理預(yù)應(yīng)力，解決了由于結(jié)構(gòu)不對(duì)稱、整體結(jié)構(gòu)斜置以及復(fù)雜邊界導(dǎo)致的結(jié)構(gòu)受力不均勻問(wèn)題。

② 成都鳳凰山專業(yè)足球場(chǎng)屋面系統(tǒng)采用全國(guó)最大的單層索系支承ETFE膜結(jié)構(gòu)。充分發(fā)揮了膜材輕質(zhì)跨度大的優(yōu)點(diǎn)，不僅建筑效果通透，且大幅減小了對(duì)主體結(jié)構(gòu)的作用。同時(shí)，通過(guò)拉索在初應(yīng)力狀態(tài)下的抗扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)，采用單向鏈桿轉(zhuǎn)動(dòng)的穿心千斤頂試驗(yàn)設(shè)備，驗(yàn)證了主結(jié)構(gòu)拉索構(gòu)件解索的風(fēng)險(xiǎn)及拉索在初應(yīng)力狀態(tài)下的索夾抗滑移能力。實(shí)現(xiàn)了高支撐索膜分離的節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)，突破了傳統(tǒng)的索膜貼合設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了建筑屋蓋曲面自由光滑的造型要求。

環(huán)形剛性內(nèi)拉環(huán)索穹頂結(jié)構(gòu)的力學(xué)性能目前尚缺少系統(tǒng)的理論分析，特別是在施工階段分析及施工方法的創(chuàng)新研究目前尚無(wú)工程經(jīng)驗(yàn)，由于內(nèi)拉環(huán)的尺寸及剛度尤為特殊，在施工過(guò)程中需考慮其對(duì)施工過(guò)程產(chǎn)生的形態(tài)及內(nèi)力的影響。借鑒索穹頂塔架提升索桿累積安裝方法，該工程提出內(nèi)環(huán)桁架豎向提升+索網(wǎng)斜向牽引提升交替施工方法，與索穹頂無(wú)支架提升牽引施工方法對(duì)比列于表2。

考慮索工裝長(zhǎng)度優(yōu)化確定、內(nèi)環(huán)桁架單側(cè)牽引提升防扭轉(zhuǎn)問(wèn)題、脊索錨接時(shí)機(jī)優(yōu)化三個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題，確定采用內(nèi)環(huán)桁架豎向提升+索網(wǎng)斜向牽引提升交替施工方法，開(kāi)創(chuàng)性采用牽引下層索網(wǎng)整體提升和張拉雙層索網(wǎng)結(jié)構(gòu)的施工方法，工裝減量，無(wú)二次轉(zhuǎn)移設(shè)備，施工高效，并能夠解決內(nèi)拉環(huán)桁架單側(cè)偏心提升扭轉(zhuǎn)控制，索網(wǎng)組裝牽引提升中的位形控制，脊索錨接時(shí)機(jī)等關(guān)鍵問(wèn)題。

內(nèi)環(huán)桁架豎向提升+索網(wǎng)斜向牽引提升交替施工方法總流程如下：

第一步，原位安裝外壓環(huán)，低空拼裝內(nèi)拉環(huán)、組裝上層索網(wǎng)（圖4a）；

第二步，交替提升內(nèi)拉環(huán)和索網(wǎng)，累積組裝撐桿和斜索（圖4b）；

第三步，牽引力由上層索網(wǎng)轉(zhuǎn)移至下層索網(wǎng)，牽引下層索網(wǎng)整體提升至上層索網(wǎng)的外端索頭靠近外壓環(huán)，將上層索網(wǎng)的外端索頭與外壓環(huán)錨接（圖4c）；

第四步——張拉外斜索，與外壓環(huán)錨接，提升架卸載，整體結(jié)構(gòu)成型（圖4d）。

圖4 內(nèi)環(huán)桁架豎向提升+索網(wǎng)斜向牽引提升交替施工方法示意

拉索詳細(xì)施工步驟如下：

第1步組裝上層索網(wǎng)。在原位安裝外壓環(huán)并在低空組裝上層索網(wǎng)，在外壓環(huán)上安裝牽引設(shè)備和主牽引工裝索，在主牽引工裝索的中部安裝前次工裝錨具和前次反力工裝，將上層索網(wǎng)外端索頭與前次反力工裝連接；

圖5 組裝上層索網(wǎng)示意圖

第2步組裝撐桿和下部索網(wǎng)。隨牽引設(shè)備工作，上層索網(wǎng)逐漸被提升，隨之組裝上層索網(wǎng)下方的撐桿和下層索網(wǎng)，主反力工裝安裝在下層索網(wǎng)的外端索頭上，并在主反力工裝上安裝主工裝錨具與主牽引工裝索端連接；

圖6 組裝撐桿和下部索網(wǎng)示意圖

第3步牽引力轉(zhuǎn)移。牽引設(shè)備繼續(xù)工作，主牽引工裝索力由上層索網(wǎng)轉(zhuǎn)移至下層索網(wǎng)，下層索網(wǎng)逐漸受力剛化，由懸吊轉(zhuǎn)為托舉狀態(tài)，而上層索網(wǎng)逐漸減力軟化；

圖7 牽引力轉(zhuǎn)移示意圖

第4步牽引下層索網(wǎng)整體提升至上層索網(wǎng)的外端索頭靠近外壓環(huán)。牽引設(shè)備繼續(xù)工作，下層索網(wǎng)托舉撐桿和上層索網(wǎng)整體提升；待上層索網(wǎng)的外端索頭靠近外壓環(huán)，此時(shí)上層索網(wǎng)已處于松垂?fàn)顟B(tài)，將次牽引工裝索與次牽引臺(tái)座連接，然后卸除前次反力工裝；

圖8 牽引下層索網(wǎng)整體提升示意圖

第5步將上層索網(wǎng)的外端索頭與外壓環(huán)錨接。伴隨牽引設(shè)備繼續(xù)工作通過(guò)次牽引工裝索將上層索網(wǎng)的外端索頭與外壓環(huán)錨接，然后卸除次牽引工裝索、后次工裝錨具和后次反力工裝；

圖9 上層索網(wǎng)錨接示意圖

第6步張拉下層索網(wǎng)整體成型。牽引設(shè)備繼續(xù)工作，待下層索網(wǎng)的外端索頭靠近外壓環(huán)，此時(shí)整體結(jié)構(gòu)被施加預(yù)應(yīng)力，將外端索頭與外壓環(huán)錨接就位，結(jié)構(gòu)施工成型，最后卸除主反力工裝、主工裝錨具、前次工裝錨具、主牽引工裝索和牽引設(shè)備。

圖10 張拉下層索網(wǎng)示意圖