杨金玮 李成泽 才洪新
中建八局第二建设有限公司 山东省济南市 25000
摘要：塔柱、拉索、空间网格结构共同组合成斜拉网格结构。在建筑造型当中，斜拉网格结构有其自身的主要特征，以较为突出屋面的高耸塔柱作为标志，有效结合柔性索斜拉屋盖纵，横向的构件，形成既有韵律美，又具有刚性物质的建筑风格，充分发挥出其中的优势，改善结构体系的受力性能，以此广泛的应用于大型体育场建筑当中。关于体育场柱索体系预应力，主要是指斜拉索和塔柱的设计，这也是斜拉空间网格结构的主要组成部分，不仅对建筑的美感有影响，而且还决定了结构力学性能以及实际的工程造价。为此，本文将重点研究体育场柱索体系，斜拉网格结构中索预张力和塔柱钢筋预应力，并提出具体的优化方法。
关键词：空间网格结构；拉索；初始张力；静力平衡法；预应力优化
依据施工时候的气候条件，采用基于结构变形控制的静力平衡法，并运用专业化的计算机软件，详细分析体育场柱索体系中斜拉网格结构工程设计的拉索初始预张力，注意拉索预张力值和屋盖的位移要依据线性比例的变化，清晰刚度大的跨度空间结构体系的几何线性变化特征，从而验证静力平衡法在体育场斜拉屋盖拉索预张力计算的准确性。基于此，还要对体育场巨柱钢筋混凝土结构的实际数值做出详细化的分析，以混凝土开裂数量作为目标的函数，并不断优化相应的预应力，从而获得合理的初始预应力值。
1体育场工程荷载分析
1.1斜拉屋盖结构
在体育场工程当中，体育场屋盖采用的结构是斜拉网格，其受力的体系是由钢屋盖与拉索、巨型外斜塔柱构成，一起承担着多样化的荷载效应。第一，体育场环向布位置处有一根巨柱，该柱伸出根径向着索和根斜向拉索，然后空间析架挑篷呈现悬状态。第二，挑篷钢屋的盖是弧形曲面，基本上是属于前面高后面低的形势，并在各个外斜柱处的地方布置径向主析架，同时采用圆钢管相贯爆接节点处，在比较复杂的几何形状处采用铸钢节点的方式。第三，主相架前的部分，利用拉索和外斜柱上端进行有效连接，并且中间环向析架要布置在钢索的位置，进而强化屋盖结构的整体性能。
钢屋盖根要沿着周边布置钢筋混凝土外环梁，同外斜混凝土进行有效的连接，能够强化主体结构的稳定感。第一，关于径向析架座，必须要设置在外斜柱处的位置，并采用销轴支座的方法操作。第二，相贯挥接的节点位置，在受力点比较重要的位置增加劲助，也可以是增加外环助，而针对那些几何形状较为复杂化的情况，以及挥接较难的一些地方，基本上都需要采用铸钢节点。
布置环向格架，主要是在径向彬架之间，同径向析架之间做隔离，形成交错性的格局。在径向析架的前端，还有径向析架的后端要布置环向析架，且中间位置的环向析架要布置在钢索位置，然后协调各个径向祐架做变形，不断强化屋盖结构的整体性，进而更好的满足建筑施工的要求。
1.2斜拉屋盖主要材料性能
整体体育场施工，斜拉屋盖主要材料的性能至关重要，具体在混凝土和钢索上都要有所体现。第一，混凝土。混凝土保护层的厚度，与构件的环境类别有直接关系。而地下室基础与地下室的外墙，地下室顶板室外的部分，以及露天环境下的雨棚和屋顶墙，这些都是二类环境类别。第二，钢索。钢索的抗拉强度很好，在工程的设计中能够充分发挥出积极性的作用。
2基于静力平衡法拉索预张力研究
2.1静力平衡法原理
本质上而言，静力平衡法是以结构整体变形，对设计的方法进行控制。第一，在体育场柱索体系，斜拉索中的预张力应该设置为零，也就是不施加任何的预张力，在屋面荷载以及结构的作用下获得各个索的基本内力。
第二，针对于不施加预张力获得的内力在屋面荷载以及结构作用下，重新计算出屋盖的结构，从而对结构的变形情况做整体性的观察。第三，对预张力大小进行调整，以倍数实施迭代计算，进而让结构变形控制在合理的范围，再计算预应力的值。第四，若是初始预张力施加结构以后，不能有效避免结构的变形情况，此时表示结构处于柔性化的状态，需要适当做出调整，重新对截面进行选择并做出有针对性的设计。第五，屋盖受风吸力较大，初始的预张力设计，还要有足够的安全准备，以控制内力不要大于破断力。
2.2关于预张力求解
在屋盖的结构里有很多根拉索，每一根索中都有施加预应力，所以要采用静力平衡法来求解，当然求解不是唯一的方法。进行实际施工的时候，一般采用的张拉方式都是使用千斤顶来操作，并利用监测索力值，有效控制索内施加的预张力数值。同时，施工的时候还要在完成主体结构拼装以后对索做张拉的工作，完成张拉再铺设屋面板，并撤掉临时支撑的相关设备。基于此，整体施工过程中施加预张力的时候，要计算分析出结构在各个荷载下的情况，验证预张力能否满足结构与受力的变形需要。而单独依靠施加预加力不能完全对结构的刚度加以改善，所以，必须适当做出有针对性的调整，再做出专业化的设计。
3拉索预张力的优化
3.1屋盖拉索预张力设置优化目的
用拉索应力，拉索松池以及屋盖结构变形的控制， 这是确定拉索预张力的基本原则所在。也就是意味着，静力平衡法计算拉索预张力的时候，要不断调整计算预张力大小的目标值，对屋盖析架结构会很有帮助。而实际分析的过程中，没有充分考虑到祐架杆件的整体应力，因为满足条件的拉索张力不是一个，而是有多个组，所以要依据设计人员的工作情况，由专业的人员来确定设计的具体操作。当拉索预张力确定以后还要调整彬架杆件的截面，这样有利于操作的调整和优化。另外，拉索预张力会整体影响到析架杆件应力水平，所以要利用对拉索预张力的调整，实现对于结构的良好优化。
3.2拉索预张力优方法
3.2.1影响矩阵法的优化
关于影响矩阵的方法，在初始阶段缺陷长度会影响到拉索索力以及控制点的位移，属于线性叠加，同半刚性斜拉空间屋盖结构的几何非线性特性不相符合。为此，将现有矩阵法做出相应的改进，不断优化其中的预张力，调整并修正求得的拉索初始缺陷，充分考虑到结构带来的非线性影响，从而让求解收敛速度得以不断加快。
3.2.2刚度矩阵法
刚度矩阵法是基于应变的拉索空间形成，是把群索体系的张拉视为结构索力的一种有效调整，也就是说初始状态索力值是为零。目前，分析的方法中拉索索力从拉索初始张力直接向结构施调方向进行高效转化，其分析上呈现出复杂化的情况，所以拉索初始张力同拉索张拉的次序有直接的关系。不一样的张拉次序决定不同拉索初始拉力的向量。除此之外，考虑拉索初始缺陷长度的的时候，拉索几何长度与实际长度的差值很重要，预应力产生的不只是外力，而且还有初变位。
3.2.3半刚性结构的拉索预张力线性插值优化方法
体育场柱索体系当中，在空间斜拉网格结构的预应力优化方法上，基本上都是在柔性屋盖结构非线性理论的基础上来进行，操作起来就比较复杂化，负责工程设计的工作人员也很难完全的加以掌握。为此，在体育场柱索体系的施工方面要运用简单的方法将空间斜拉析架结构索预张力优化问题得到有效解决，对于刚度大，线性变形的屋盖结构，可利用静力平衡法来计算，从而做出合理的优化计算，促使屋盖析架结构能够充分满足实际变形的需要。
4结语
体育场项目的施工非常关键，实践时通过对体育场柱索体系的不断研究，找到斜拉网格结构中索预张力和塔柱钢筋预应力优化的具体方法，并且还从预应力优化的几种方法上展开全面性的分析，相信会给体育场项目在钢筋应力，以及混凝土应力方面的施工带来全新的启示。
参考文献
[1]刘文灯，潘权斜拉预应力网格结构的静力及模态分析技术公路与汽运2010,140,(5):134-135
[2]郭惠勇，李小晶李正良大跨越输电塔的结构优化分析河海大学学报，2010,38,(1):93-97
[3]王新征，邢利英混凝土斜拉桥索力优化与合理施工状态研究人民长江2010,41(2):28-36