摘 要：索托结构是近年来由我国自主研发的一种新型的超大跨度结构。索托结构应运而生，它既解决了斜拉结构中有害的水平拉压力问题，也避免了悬索结构的二次索问题。此外，由于不产生对主体结构的水平力，可以较多地减小托索的角度从而亦可降低格构式柱的高度。本文主要就空间大跨度索托结构钢结构体育馆的结构体系与施工技术进行分析。
关键词：空间大跨度；索托结构；钢结构；结构体系
1 引言
目前国内外超大跨度结构中主要有斜拉结构和悬索结构，伴随着科技现代化的发展，一种新型的结构-索托结构的出现终结了这种状况。索托结构综合了斜拉结构和悬索结构的优点，克服了两者的不足，可以说是一种新型的较为优越的超大跨度结构。
2 索托结构原理及特点
斜拉结构和悬索结构均发展到了一个很成熟的阶段。但其自身仍存在一些缺点。如斜拉结构中的斜拉索在产生有效的竖向支撑力的同时，也对主梁（主结构）产生有害的水平分力，跨中为拉力，靠近支撑塔为压力；而悬索结构又存在二次索的问题。索托结构与前二种结构的主要不同体现在拉索与主结构的连接方式上。斜拉构和悬索结构均采用了拉索与主结构直接通过节点连接的方式，而索托结构则完全不同。它采用对主体结构“托”的方式，施加向上的有效托力，相对于斜拉结构，它不对主体结构产生水平拉力或压力，主整体结构受力优化。拉索效率提高；同时索托仍然是一种“一次索”结构。相对于悬索结构其结构的稳定性更好。这样索托结构就吸取了前述两种结构的优点，而基本避免了二者的缺点。拉索预应力的大小对整个结构的影响至关重要，它对桁架挠度及应力均起到主要控制作用，拉索应力及桁架挠度二者的关系是施工中重点监控的内容。拉索预应力必须张拉到设计值。
3 监测方法和设备
3.1拉索索力监测考虑到建成后的维护和管理以及施工简便等因素，采用千斤顶加载法和频率法准确测试缆索索力，达到安全合理施工目的。
（1）对于正在张拉的拉索——千斤顶法。
千斤顶法需要把千斤顶和油压表配套标定，同时制作与缆索索头匹配的大型工装，且加载过程必须始终保持缆索不松弛，保证结构安全。
（2）对于已张拉的拉索——频率法。
频率法应用于本工程的最大难点在于准确建立索力和频率的对应关系。不同于桥梁结构的是，本工程缆索一端连接固定钢屋盖，一端连接钢拱，缆索之间相互影响较大，索端视为弹性支承，必须考虑整体结构频率与单索频率的耦合。
3.2 结构变形监测
结构变形是结构受力下的总体反应。监控预应力张拉过程中结构的变形状况，可间接了解结构特性、验证理论分析、把握整体结构的施工质量等。为保证施工放样或观测的精度和速度，对放样或观测的主要控制点应设强制对中固定观测墩座；对于其它控制点也应尽量设强制对中固定标志杆。采用全站仪可直接由控制点进行三维放样，以达到较高的精度效果。
4 施工技术
4.1 拉索安装
拉索安装的主要难点：
（1）钢桁架的安装采用扣件钢管满堂支架，现场脚手架钢管林立，拉索只能在脚手架空档中穿行牵引安装，难度很大。
（2）冷铸锚索头自重大，穿过转向节点及穿入铸钢锚座也有一定安装难度。施工中采用了2台卷扬机接力牵引，设置溜绳牵引索头等方法解决了安装难题。拉索的安装顺序如下：索吊运吊机将索从运输汽车上卸下，分类堆放在脚手架外侧牵引提升点附近；牵引采用脚手架外侧放盘，用1台3t卷扬机垂直牵引索头，在脚手架空隙中提升至钢桁架高度，另用1台1.5t卷扬机接引索头使所体沿溜索作水平牵引；索头安装就位当索头牵引至铸钢锚座附近时，采用钢绞线作为索头最终牵引索，用前卡千斤顶作为牵引和预紧设备。一端索头穿过拉索锚拉端节点后，将螺母安装就位，调节量放置最大，再安装另一端；张拉前将索卡入2个转向节点，并用牵引设备预紧，使索按设计要求保证折线形；张拉完后安装沿线索夹，使索与周边杆件固定。
4.2 预应力张拉方案的确定
（1）计算模型的建立
考虑到本工程的重要性和复杂性，我们选用AN-SYS进行了施工过程的仿真计算分析。计算模型中，所有杆件和节点的定位均根据结构图纸，按计算轴线在CAD中描绘完成，通过数据接口输入计算程序；预应力拉索采用ANSYS中提供的只拉不压柔性单元hnkl0来模拟，从而确保计算结果的可靠性；此外，由于索托结构中的拉索在转向节点处可以相对桁架滑动，故采用ANSYS中提供的接触单元CON.TAC52来考虑此特性。
（2）预应力张拉模拟方法
采用模拟千斤顶法，即在计算模型中桁架张拉端设置一刚性悬臂梁来模拟千斤顶，将拉索的端点附着在刚性悬臂梁，通过对刚性悬臂梁升温使其膨胀带动拉索伸长，从而模拟千斤顶对拉索的张拉。
（3）预应力张拉方案
在前述内容的基础上，同时要确保逐榀张拉过程中相邻桁架之间变形不宜过大（不超过1/200间距）及张拉过程中桁架的侧向稳定性，经计算分析，确定了以下张拉方案：每榀桁架2根索分别在其一端布置1台千斤顶，同时对称张拉，分3次逐榀循环张拉，分别达到预加拉力的50%、90%和100%。张拉顺序为从外侧悬挑边向内侧圆弧支撑边。
4.3 主桁架施工
根据现场条件及结构特点，先安装格构柱，然后安装主桁架。每两榀主桁架安装完毕后，安装次桁架，以便形成稳定的空间结构体系。考虑到现场主桁架拼装及倒运的便利性，主桁架从一侧向另一侧进行安装。由于主桁架长度大，吊装过程中易发生变形，决定对主桁架分两段进行吊装。主桁架分段后的重量为813t，则选用1台50t汽车式起重机进行吊装就位。
4.4 拉索张拉施工与监测
（1）张拉控制方法
拉索张拉的控制原则为索力、拉索伸长、桁架变形共同控制。具体控制方法有：索力控制主要通过张拉过程中采用精度为0.4级精密油压表读数来控制；拉索伸长主要通过张拉过程中量测张拉千斤顶的行程来控制；张拉全过程中张拉榀的桁架及相邻桁架的变形控制主要通过标尺、经纬仪监控张拉过程中桁架跨中的变形，用百分表监控两端支座的变形
（2）监测结果
拉索伸长值、桁架跨中反拱的监测记录以及理论值的实测结果与计算结果吻合较好，达到设计要求。
5 结束语
伴随着我国科技的进步以及生产力的发展，空间大跨度索托结构在大跨度的建设中的应用一定会越来越广泛。希望能各位建筑业能再接再励，不骄不躁，争创更理想的佳绩。
