摘要：石家庄国际展览中心是全球最大的悬索结构展厅，主承重结构最大跨度105m，次承重结构最大跨度108m，具有创造性双向悬索结构和全无柱设计方案，大跨度悬索结构新颖复杂，安装难度大，项目采用先进的施工工艺及方案，为项目顺利完工奠定了坚实基础，故对双层双向自锚式悬索结构关键施工技术进行研究，以期为其他类似工程施工提供经验和借鉴。
关键词：大跨度,悬索结构,自锚式
1工程概况
石家庄国际展览中心位于石家庄市正定新区，具有功能全，设施优，服务好的特点，项目占地64.4万m2，总建筑面积35.9万m2，是大型综合性多功能会展中心，也是石家庄市标志性建筑，同时该项目也是2018年5月18日河北国际贸易经济洽谈会的主会场（图1）。
石家庄国际展览中心是全球最大的悬索结构展厅，主承重结构最大跨度105m，次承重结构最大跨度108m，具有创造性双向悬索结构和全无柱设计方案（图2）。但大跨度悬索结构新颖复杂，安装难度大，质量标准高，且京津冀联合治理环境污染等因素对工程的建设产生影响，造成该工程工期紧任务重，如何设计出有效的安装防护措施并且尽快投入到拉索施工过程中，以确保拉索健康高效的施工是本工程的重点。
本项目总体立项思路是根据本工程大环境下的工期要求，结构本身的复杂性，及本工程施工过程中的技术重难点综合考虑，设计出既能保证结构施工稳定又安全可靠的施工方案。
2施工重难点及应对措施
2.1结构体系复杂，施工质量偏差控制严格
本项目双向悬索结构和全无柱设计复杂，柔性结构的线性控制精度很难把握，索结构上为铝镁锰金属屋面板，相当于在柔性的结构体系上安装刚性的金属屋面，整体结构“刚柔并济”，屋面的线形控制的精度直接决定下一步金属屋面安装的质量。
解决措施：根据拉索的力学特性，单根承重索在沿索长的均布荷载作用下自然呈悬链线。因此，在完成檩条和屋面板铺设之前，应尽量减少稳定索和中柱对承重索受力变形的影响。
2.2结构施工过程中支撑体系的设计
本项目支撑体系的刚度由拉索提供，预应力建立前，边柱排架支撑结构的平面外刚度及预应力主桁架的刚度均较小，如何确保索系施工中支撑结构的稳定和安全是本项目的重点。
解决措施：拉索的安装和钢结构的安装在施工中不可分割，即在安装边柱和主桁架钢结构时，支撑体系的刚度不仅要保证钢结构自身在施工过程中不发生侧倾，也要保证索结构施工过程中不发生侧倾。因此支撑体系的设计需要贯穿整个结构体系的施工过程。对整个施工过程进行全过程施工仿真验算，找出各施工工序下最不利的状态，然后根据最不利状态设计支撑体系，以确保支撑体系在整个施工过程均满足支撑要求。
2.3拉索施工过程施工人员平台的设计
整个大跨度拉索结构安装过程中，在拉索张拉和提升时，拉索安装点和张拉点需有一个安全可靠，结构稳定，制作方便的操作平台，以确保拉索施工作业高效安全完成。
解决措施：针对本项目拉索安装，设计了3种拉索操作架，以应对展厅施工不同位置的拉索施工作业需求。
2.4大直径拉索的铺放
本项目最大拉索规格为D133，单根拉索最大长度达110m，拉索的铺放和安装均具有一定难度，铺放和安装拉索过程中须采取措施，以保证索体不受损害。
解决措施：制作专门的放索装置。为了在现场施工方便，在索体制作时，每根索体均单独成盘，在加工厂内将索体缠绕成盘，到现场后吊装到事先加工好的放索盘上。
2.5索桁架安装和张拉顺序的确定
每个展馆有10榀索桁架，安装顺序是否会对支撑结构有不利影响或对后续拉索施工有不利影响，需进行全面有效的分析，以确定合理的安装顺序。
解决措施：结合安装工艺和工期计划，确定索桁架的安装顺序，并按初步拟定的施工顺序进行施工仿真分析，根据仿真计算结果判断初步拟定的施工顺序是否合理，然后再组织实施。
2.6单榀索桁架的拉索安装和张拉顺序确定
每榀索桁架的跨度均超过160m，拉索不仅分为多段，且每段拉索还是多根拉索并排布置。哪些位置的拉索先安装，哪些位置的拉索后安装，均须进行详细的计算分析和仿真模拟方可确定。
解决措施：根据已确定的安装顺序，以单榀索桁架的安装为基准进行更为细致的工序划分，并进行全过程的施工仿真计算。在这个过程中，初步给出需预先放松的拉索位置，这些位置的拉索在安装销轴前需放松，然后结合拉索的生产工艺和尺寸确定安装销轴时的放松量。另外，在安装过程中需分几次将调节量张拉到位，以确保对支撑体系的扰动最小。
2.7主桁架拉索预应力的建立
主桁架拉索的预应力建立需结合整个施工过程确定，若过早张拉可能对主桁架自身造成不利影响；若最后再建立预应力，则对支撑胎架的要求又会增加。因此也需结合施工过程验算进行确定。
解决措施：结合安装工艺和工期计划，综合考虑施工过程中钢结构受力、支撑胎架受力及张拉工艺的难易程度，最终确定主桁架和索桁架的安装顺序：先建立主桁架拉索的预应力，再安装张拉索桁架。
2.8索桁架提升及张拉工装的选取
单榀索桁架为柔性结构，单纯地用汽车式起重机吊装难以实现拉索的就位，需有专门的工装措施用作索桁架提升和张拉措施。
解决措施：针对本项目拉索安装，专门设计拉索提升工装和拉索张拉工装，确保拉索安装和张拉到位。
3关键节点深化设计技术
本工程索节点主要包括索头与索体连接节点（索夹）、索头与钢结构连接节点、索头间连接节点。索节点的设计不仅要满足结构受力的要求，且要满足加工制作和安装简便的要求，另外对于本工程大量可视的节点，还要精致美观。
檩条通过檩托搁置在承重索的索夹上。檩托顶面要求水平，而各索夹因承重索线形而空间角度不同。为此，优化索夹和檩托的设计使结构简便且便于现场安装（图3,4）。
其优化点如下。
（1）为减少铸钢件，除索夹采用铸钢件外，其他均采用钢板加工制作。
（2）由钢板制作的檩托，通过螺栓固定在承重索的索夹上。
（3）中柱与承重索连接的节点设计为分体式，两者通过销轴和连接板最终连接在一起。连接板根据实测值来加工制作。
（4）对于夹角很小的两索，采用热铸合锚的形式，即两根拉索的索头合为一个索头，从而大幅减小索头和节点的尺寸。
4主桁架支撑体系设计
4.1支撑体系简介
主桁架在拉索张拉前刚度很小，不能独立成为稳定结构。因此需借助临时支撑架进行主桁架安装，且该支撑架不仅要作为钢结构安装时的支撑，同时也需承受索桁架安装过程中的荷载（图5,6）。
4.2计算支持
4.2.1整体受力分析结果
采用某重型标准胎架，高度13m，胎架支腿平面尺寸2m×2m，节高2m，受压承载力为3000kN。两个胎架顶部采用格构式桁架连接在一起，胎架中心距离4m。
利用Midas软件建立拉索结构和胎架结构整体施工模型，对该胎架在施工过程中所出现的各种不利工况和反力进行分析，分析模型如图7所示。
胎架承受的水平力与施工过程中控制竖向撑杆端部的水平偏移量有关，本次计算基于水平偏移量最大为10cm（撑杆高度的1/150）。
（1）工况1：拉索提升到位（主桁架跨中顶部倾斜100mm）。
（2）工况2：外斜索张拉到位（主桁架跨中顶部倾斜100mm）。
4.2.2胎架受力分析结果
考虑施工过程中以下几种工况下对胎架受力的最不利情况。
（1）工况1：索桁架下索松弛，上索张拉就位时，外侧锚地索尚未就位，主桁架撑杆顶部向内偏移最大100mm。
（2）工况2：索桁架上索就位及外侧锚地索张拉就位，下索张拉时一侧已就位，另一侧尚未就位，导致撑杆向一侧偏移最大100mm。
索桁架拉索全部张拉就位，主桁架拉索张拉之前，此时胎架基本处于均匀受力状态：
根据以上结果，胎架在均匀受压时，胎架整体承受竖向最大反力不超过670kN，最大水平反力不超过100kN。施工中控制竖撑杆水平位移不超过10cm的情况下，胎架整体承受的水平力最大为100kN，单个支腿受压反力最大不超过192kN，受拉反力最大不超过56kN，水平反力最大不超过25kN。胎架杆件应力比最大0.65，满足受力要求。
5大直径超长拉索放索盘设计
为了现场施工方便，索体制作时每根索体均单独成盘。在加工厂内将索体缠绕成盘，到现场后吊装至事先加工好的放索盘上（图8）。
索在地面开盘，根据拉索规格的大小，采用卷扬机、平板车或起重机牵引放索。放索前将索盘吊至该索所在榀一端端头，借助放索车，由一端向另一端牵引。在放索过程中因索盘自身的弹性和牵引产生的偏心力，索盘转动会使转盘时产生加速，导致散盘，易危及工人安全，因此对转盘设置刹车和限位装置。为防止索体在移动过程中与地面接触，损坏拉索防护层或损伤索股，索头用布袋包住，将索逐渐放开，在地面沿放索方向铺设一些圆钢管，以保证索体不与地面接触，同时减少了与地面的摩擦力。由于索的长度要长于跨度，索展开后应与轴线倾斜一定角度方可放下，因此牵引方向要与轴线倾斜一定角度，并在牵引时使索基本保持直线状移动。
6索桁架提升和张拉工装设计
6.1提升设备的选择
根据施工仿真计算结果，索桁架上弦索在提升安装过程中最大索力400kN，根据提升力选择液压千斤顶的型号，每个提升点配备，2台爬升千斤顶，上弦索工装索的材料采用4根s15.2钢绞线，单根钢绞线的标称破断力为256kN，4根合计破断荷载1024kN，安全系数2.56。
（1）原理：利用钢结构耳板两侧焊接的耳板作为着力点，每2根索利用2个千斤顶进行拉索提升（图9）。
（2）拉索位置：索桁架上弦索2×97，工装设计张拉力1750kN
（3）材料加工：插耳加工40套；销轴加工40件；承力架加工20套；5孔工作锚具40套；s15.2钢绞线50根（每根长度3m）；60t千斤顶40个。
6.2张拉工装设计
（1）原理：利用钢结构耳板两侧焊接的耳板作为着力点，每根索利用2个千斤顶进行拉索安装及张拉（图10）。
（3）拉索位置：主桁架主悬索和外斜索4×133，工装设计张拉力1750kN。
7结束语
通过对双层双向自锚式悬索结构施工技术进行研究，并对其关键施工技术进行提炼，注重关键技术的突破和创新，对创新技术加以定型，对各环节给予规范化，为今后类似工程的建设提供示范和借鉴作用。
参考文献
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[2]林同炎,S.D.斯多台斯伯利.结构概念和体系:第2版[M].北京:中国建筑工业出版社,1999.
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[4]郭彦林,田广宇.索结构体系、设计原理与施工控制[M].北京:科学出版社,2014.
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