2022世界杯主场馆鱼尾式索网屋面结构形态分析*

黄彬彬

(中国铁建国际集团有限公司，北京 100039)

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大型体育场馆是举办各类体育赛事和城市文娱活动的必要硬件设施[1]。作为全球顶级的足球赛事，国际足联世界杯对体育场的规模和舒适性等有着严格的规定，因此大跨屋面结构已成为世界杯足球场的标配[2]。随着建筑材料性能的不断提高和设计施工技术的不断发展，已有越来越多的大型体育场选择采用索网屋面的结构形式[3]。

相比网架、网壳、桁架等传统空间结构，索网结构不仅建筑效果突出，而且技术经济指标更加优越[4]。但索网结构由只受拉的柔性索单元和承受拉压的刚性杆单元组成，属于柔性结构体系，导致其结构设计和形态分析的难度大大增加。索网结构靠施加预应力建立几何刚度来达到稳定状态，然而并非任意结构布置方式和任意几何位形都能被预应力“刚化”。因此，与常规结构相比，索网结构需要进行形态分析，即计算预应力数值以及在预应力和结构自重作用下能实现自平衡的结构位形，且该位形应尽量满足建筑外观需求[5]。

针对体育场造型和功能对索网结构进行优化设计是屋面结构设计的重难点。对于不同形式的预应力索网结构，目前也尚未形成完备的、能使平衡位形严格满足建筑目标几何的形态分析方法，个别的一些能实现位形控制的分析方法只适用于特定类型的索网结构体系，更没有通用的软件工具。这些因素大大增加了索网结构的设计难度，制约索网结构的技术发展和工程应用[6]。……