目前,在國內(nèi)外典型的索桁架工程應(yīng)用有以下兩個(gè):
①深圳市寶安體育場
深圳市寶安體育場用于承辦2011年第26屆世界大學(xué)生運(yùn)動會的足球比賽。體育場屋蓋采用環(huán)形空間索桁結(jié)構(gòu),由36根鋼柱支承,空間形狀為馬鞍形,平面投影為橢圓形。橢圓外環(huán)長軸為230米,短軸為230米;內(nèi)環(huán)長軸為129米,短軸為122米;徑向索桁平面投影長度54米。外環(huán)標(biāo)高為23.8米~33.45米,內(nèi)環(huán)標(biāo)高為37.515米~39.65米。
②2002年韓日世界杯釜山體育場
釜山體育場的建筑設(shè)計(jì)由韓國空間創(chuàng)作組完成,結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)由德國斯圖加特勃哥曼事務(wù)所完成,最先設(shè)計(jì)為2002年亞運(yùn)會主體育場,并可作為多用途的展覽館,屋蓋可設(shè)計(jì)成開啟結(jié)構(gòu);后因韓國釜山市政府決定將其用于2002年世界杯,屋蓋即設(shè)計(jì)成帶橢圓開口的大型索桁結(jié)構(gòu)體系。整個(gè)結(jié)構(gòu)外圍為直徑228米的圓形環(huán)梁,由48根倒Y型混凝土柱支承,內(nèi)環(huán)橢圓平面尺寸為180米×152米;東西向(短軸)索桁架的高度最大為21.6米,南北向(長軸)最大為13.6米。整個(gè)結(jié)構(gòu)形式繼承于肋環(huán)型索彎頂?shù)慕Y(jié)構(gòu)形式,由環(huán)索、徑向索(脊索、斜索)、垂直索、壓桿(立柱)及環(huán)梁組成。上層環(huán)索為3根Φ71鋼索,下層為3根Φ94鋼索;徑向索依據(jù)實(shí)際受力情況而不同,上層脊索為Φ43~Φ52鋼索,下層斜索為Φ52~Φ68鋼索;垂直索為Φ18鋼索;壓桿采用壁厚為355毫米×25毫米的鋼管。下環(huán)索的預(yù)拉力為8600節(jié),在靜載作用下,結(jié)構(gòu)的最大位移為0.174米,百年一遇最大不均勻風(fēng)荷載下的最大位移為2.355米。
⑸索膜結(jié)構(gòu)與索網(wǎng)結(jié)構(gòu)
膜結(jié)構(gòu)主要包括充氣膜結(jié)構(gòu)、氣承膜結(jié)構(gòu)、張拉膜結(jié)構(gòu)3類。其中,張拉膜結(jié)構(gòu)又包括懸吊式膜結(jié)構(gòu)和骨架式膜結(jié)構(gòu),兩者都是以鋼索和鋼構(gòu)件為主承重結(jié)構(gòu)傳遞膜面外界荷載的,因此,張拉膜結(jié)構(gòu)又稱為索膜結(jié)構(gòu)。索網(wǎng)結(jié)構(gòu)與索膜結(jié)構(gòu)之間有一些交叉的地方,如果索網(wǎng)結(jié)構(gòu)的屋面覆蓋材料用膜材,就可以稱之為索膜結(jié)構(gòu),但并不是所有的索膜結(jié)構(gòu)都是索網(wǎng)結(jié)構(gòu)。有些索膜結(jié)構(gòu)中膜材是作為主要的受力構(gòu)件的,如張拉膜結(jié)構(gòu)。鑒于上述索網(wǎng)結(jié)構(gòu)和索膜結(jié)構(gòu)之間的緊密聯(lián)系,本文將其綜合為一節(jié)介紹。
從目前公開的文獻(xiàn)來看,世界上第一個(gè)索網(wǎng)結(jié)構(gòu)建于1951年,是美國MatthewNowiski和FredSeverud共同設(shè)計(jì)的RaleighArena(雷里活動中心),索網(wǎng)為雙曲拋物面。FredSeverud的學(xué)生FREIOtto在此基礎(chǔ)上,提出物理模型法的找形理論,并應(yīng)用于膜結(jié)構(gòu)。1967年,蒙特利爾展覽會西德館首次將索網(wǎng)結(jié)構(gòu)與膜結(jié)構(gòu)結(jié)合起來,被業(yè)界認(rèn)為是索膜結(jié)構(gòu)在大跨度建筑結(jié)構(gòu)領(lǐng)域應(yīng)用的里程碑。此后,索膜結(jié)構(gòu)開始廣泛應(yīng)用于大跨度建筑結(jié)構(gòu),典型的國外工程實(shí)例有沙特阿拉伯吉達(dá)國際航空港、美國圣地亞哥會議中心、美國丹佛國際機(jī)場等。典型的國內(nèi)工程實(shí)例有青島頤中體育場、威海市體育中心體育場、海南博鰲亞洲論壇主會場、蕪湖體育中心體育場等。
五、結(jié)論
索結(jié)構(gòu)體系作為一種主要的預(yù)應(yīng)力鋼結(jié)構(gòu)體系,其體系越來越豐富,發(fā)展速度越來越快,科學(xué)體系越來越完整,工程應(yīng)用也越來越多,從整體上來看,我國在弦支結(jié)構(gòu)、斜拉結(jié)構(gòu)、索桁架、索網(wǎng)結(jié)構(gòu)和索膜結(jié)構(gòu)等方面的建造技術(shù)水平代表了世界水平。但是在索穹頂結(jié)構(gòu)方面,我國目前建造的最大跨度索穹頂仍然落后于國外,因此今后還需在現(xiàn)有的實(shí)踐和理論基礎(chǔ)上,繼續(xù)對索結(jié)構(gòu),尤其是索穹頂結(jié)構(gòu)的施工控制理論與設(shè)計(jì)優(yōu)化理論進(jìn)一步開展研究,使索結(jié)構(gòu)體系能夠得到健康快速的發(fā)展。