1.1 索承网格结构的分类及工程实例

按照索承网格结构的径向索水平拉力的平衡方式不同，可以将其分为三种：①由上层网格平衡径向索索力；②由外压环平衡径向索索力；③由中置压环平衡径向索索力。由于径向索水平力的平衡方式不同，结构在受力方式上有所差异。

1.1.1 由上层网格平衡径向索索力

1）受力特点

当采用上层网格平衡径向索索力时，通常上层刚性网格各截面刚度相差不大。通过张拉径向索，径向索的水平分力由上层网格结构均匀承受，即整个上部刚性网格受压，相当于宽度很大的压环。下弦索杆体系成为上层刚性网格的弹性支撑，减小了网格悬挑跨度，径向梁截面得以减小。立柱与上层网格结构铰接，整个屋盖的自重由立柱传至下层看台，直至基础。如图 1-6所示。

该体系受力的关键是需在整个上层网格中建立压力以保证结构体系的有效性。索网的张拉施工过程也是上层网格所受压力逐渐增大的过程，因此须注意由此带来的上层网格整体稳定性问题。

2）工程应用

郑州奥体中心屋盖采用索承网格结构，结构短轴为 291.5 m，长轴为 311.6 m，屋盖最大悬挑长度为 54.1 m，如图 1-7 所示。该结构平面为近圆形，上弦网格用以平衡径向索水平力，相当于巨大的压环。为满足采光要求，内环悬挑网格上铺透明屋面材料，其环箍作用进一步加强了结构刚度和整体性。内环桁架对内环悬挑网格形成支撑，同时增加了结构刚度，弥补了中部大开口对结构的不利影响。索杆系由径向索、环索和撑杆构成，其中径向索共有 42 榀（单索 28 榀，双索 14 榀），成折线形布置，类似半跨张弦梁；环索由 8 根Φ130 拉索并列构成，成空间曲线。下弦索杆系与上部单层网格构成自平衡体系，张拉索网后，由上部网格平衡径向索索力；撑杆支承在径向索上，成为上部网格的弹性支撑，从而减小网格构件截面。

1.1.2 由外压环平衡径向索索力

1）受力特点

当索承网格结构的平面投影为近圆形或椭圆形时，在外围立柱柱顶设置外压环是常用的方式，如图 1-8 所示。通过张拉径向索，外压环受压形成环箍来平衡径向索的水平力。相较于上层网格平衡拉索水平力的方式，此时上层网格结构不承受拉索张拉带来的压力，除外压环外一般杆件不存在稳定问题，因此可以采用较小的网格截面。下部索杆体系将屋盖荷载传至外围立柱。受力合理、传力途径简洁，对于环形索承网格结构来说，压环的曲率越大，施加预应力后结构刚度越高、工作效率越高。

2）工程应用

作为 2022 年足球世界杯场馆的卡塔尔教育城体育场屋盖结构采用了由外压环平衡径向索索力的索承网格结构，结构平面尺寸约为 196 m×225 m，最大悬挑长度为 55 m，如图1-9所示。屋盖平面投影为类椭圆形，整个结构包括以下几个部分：结构柱、外压环梁、索杆系以及屋盖网格。其中索杆系包括径向索、环索和撑杆，径向索为一段直线布置，共有 56 榀；环索为平面投影成环的空间曲线。通过在径向索和环索中施加预应力，平衡上部网格的重量，拉索索力的水平分力将由外压环梁承担。

1.1.3 由中置压环平衡径向索索力

1）受力特点

对于索承网格结构来说，其压环平面投影越接近于圆，压环截面中轴力所占比重越大，结构体系的工作效率越高。但专业足球场由于没有跑道，内场为矩形平面，屋盖也常采用矩形建筑外轮廓，外轮廓不能满足外压环对曲率的要求。

为使结构受力更加合理，将置于屋盖外缘的压环移至结构中部，形成具有一定曲率的中置压环，如图 1-10 所示。除中置压环之外的圈梁在拉索张拉之后再闭合，将径向索的水平分力通过径向梁传递至中置压环，径向主梁和中置压环承受压力，如图 1-11 所示。各圈梁相当于径向主梁的侧向支撑，保证其稳定性，压环内侧的悬挑网格作为附属结构用于延伸屋面悬挑。

2）工程应用

上海浦东足球场（现名上汽浦东足球场）屋盖为国际首个采用中置压环索承网格的大跨空间结构，本书以该项目作为工程背景，对中置压环索承网格结构的设计与施工关键技术进行了系统研究。