国家速滑馆(见图1)位于北京市朝阳区奥林匹克公园西侧，国家网球中心南侧，总建筑面积9.7万m ^[2]，是北京2022冬季奥运会的标志性场馆，届时将承担速度滑冰项目的比赛和训练。

　　 国家速滑馆主体为现浇钢筋混凝土结构，屋盖采用单层双向正交马鞍形索网结构，南北向最大跨度198m，东西向最大跨度124m，标高为15.800～33.800m，支撑于周圈钢结构环桁架上，环桁架外侧设置幕墙拉索。承重索和稳定索均为高钒封闭索，首次采用国内加工制作技术，完全自主研制生产。承重索和稳定索都采用双索结构，承重索直径64mm，共98根;稳定索直径为74mm，共60根;屋面环桁架周圈设置幕墙索，索体直径48,56mm 2种规格，共120根;索结构索体总长约20 410m，总重约968t。国家速滑馆剖面如图2所示。

　　 本工程的马鞍形索网结构是世界上类似结构中跨度和规模最大的。拉索数量多、内力大，对施工工艺提出更高要求。承重索和稳定索(见图2)均采用双索设计，拉索提升、张拉难度大;拉索提升张拉过程中，环桁架支座只有竖向约束，水平可滑动，环桁架外圈定长幕墙索被动张拉，增加施工难度。

　　 参考类似工程实践，本工程索网结构可采用地面组装整体提升法和索网高空组装法2种方案。经过分析比较，优缺点如下:(1)索网地面组装整体提升法优点为基本都在地面操作，施工效率高、安全隐患少，施工周期短。缺点为占用中心场地，需防护看台和处理索体。(2)索网高空组装法优点为高空操作、不占中心场地，不需防护看台，索体保护量工作小。缺点为索体、索夹均在高空安装，施工效率低，安装周期长，安全风险高。

　　 结合本工程特点和需求，综合考虑技术先进性和经济合理性，决定采用索网地面组装整体提升法的方案，提出地面编网、提升承重索整体就位、整体张拉稳定索形成预应力态的总体安装方法。

　　 本工程为双曲马鞍形单层双向正交索网结构，施工方法与常规预应力钢结构施工不同，结构成型过程更加复杂，索网结构的张拉成型过程是机构到结构的转变过程，在未张拉成型前，结构基本没有刚度。因此，必须进行全过程施工仿真设计分析。

　　 本工程通过有限元分析软件Midas Gen对屋面索网结构进行全过程施工仿真模拟。仿真分析过程中，为释放索网张拉过程产生的支座反力对支座下方劲性钢骨柱的影响，屋面索网提升和张拉过程中，48个球铰支座水平约束全部释放，即48个球铰支座能自由滑动。

　　 根据施工方案，全过程施工仿真分析共进行37步仿真计算，得到各状态下的索力和竖向位移。索网提升后的索力与竖向位移如图3所示，索网张拉后索力与竖向位移如图4所示，支座滑动轨迹如图5所示。

　　 通过全过程施工仿真分析，确定每个关键施工步对应的拉索内力、节点变形等关键技术参数理论值，验证施工方案可行性，同时为施工监测提供理论依据，保证索网施工安全。另外，为保证索网提升和张拉过程中整个屋面索网结构支座滑动受控，提出对长轴方向4个支座进行限位的方案。

　　 国家速滑馆屋面环桁架施工时，内圈拉索耳板在卸载前已焊接完成，考虑安装误差和卸载变形影响，连接耳板和销孔中心与拉索销轴孔中心必然存在一定误差。同时，拉索加工过程也存在一定误差。

　　 分析发现，加工和安装过程中的误差最终表现为索长误差。同时，考虑屋面索网中心与结构中心对中原则，提出索头两端可调消纳误差的处理方案，每端可调距离100mm。另外，由于承重索和稳定索通过索夹交叉连接成屋面索网，考虑构造空间，承重索和稳定索的调节螺杆位置分2种:(1)类型A调节螺杆靠近索头;(2)类型B调节螺杆靠近第1个索夹节点。典型两端可调的拉索如图6所示。

　　 利用有限元软件分别对单个、间隔及全部拉索耳板施工偏差导致结构预应力的影响进行仿真分析，提出拉索连接耳板的允许偏差，并写入QB/GJJT—001—2018《国家速滑馆索结构施工质量验收标准》。具体限定如下:环桁架上的拉索连接耳板位置允许偏差应不大于10mm;同一根拉索两锚固端间距(即耳板孔间距)的允许偏差应大于L/5 000和±20mm中较小值;屋面索网同一轴线的2根钢拉索相邻连接耳板间距误差应为正偏差，误差应不大于5mm。

　　 地面编网时，采用起重机和放索盘铺放承重索与稳定索，关键施工技术如下。

　　 1)在看台和场地内铺设放索通道，并做好看台防护。

　　 2)采用汽车式起重机和放索盘，将承重索在场内铺放到位，安装下半部分索夹，夹持住承重索，如图7所示。

　　 3)采用汽车式起重机和放索盘将稳定索在场地内铺放到位，安装上半部分索夹，夹持住稳定索，如图8所示。

　　 4)安装幕墙索

　　 在场内地面编网的过程中，屋面环桁架滑移、合龙和卸载就位后，安装幕墙索。

　　 幕墙索分布于整个屋盖结构的外围，共120根，拉索上端固定于顶部钢结构环桁架上，下端固定于主体结构首层顶板外圈悬挑梁端，幕墙索采用定长索安装就位的方式，每次同时安装8根幕墙索，从两端向中间依次对称安装，安装幕墙索时，大部分幕墙索的索力较小，可直接安装，端部24根幕墙索索力为32～768kN，借助张拉工装安装就位。

　　 屋面环桁架滑移就位、地面编网完成并验收合格后，进行屋面索网的提升承重索整体就位工作，关键施工技术如下。

　　 1)提升点设计

　　 国家速滑馆屋面索网承重索共49榀，东西两端均设置提升点，共98个提升点。提升点设置在对应的承重索与环桁架连接耳板上，通过提升工装将千斤顶和拉索连接起来，如图9所示。

　　 2)提升设备设置

　　 由施工仿真分析结果可知，中间43榀承重索就位时的提升力为420～633kN，两端各3榀承重索的提升力为226～461kN。根据施工仿真分析结果配置提升点的千斤顶和提升钢绞线:中间43榀承重索两端提升点各布置2台千斤顶，配备228钢绞线;钢南北两端各3榀承重索两端的提升点各布置1台千斤顶，配备128钢绞线。各提升点相对最大提升力的提升设备能力系数为2.17～4.43。

　　 3)整体提升

　　 承重索整体提升过程分预提升和正式提升，其中承重索两端距提升就位点距离>4m时为预提升、4m内为正式提升。考虑提升过程中索网的预应力态未形成、相互间为柔性连接，提升过程基本未过分强调同步性，只有最后一步(100mm)时强调同步性，划分5小步、每步提升20mm，保证承重索对称、同步就位。

　　 实施时，先复测环桁架承重索和稳定索连接耳板的空间坐标、几何尺寸和倾角，根据测量结果调整承重索和稳定索调节螺杆长度，以抵消环桁架的施工误差，另外两端各3榀承重索调整后再旋出30mm;通过提升工装将承重索提升就位;安装12套承重索张拉工装，将两端各3榀承重索张拉到位，即相应的调节螺杆再旋进30mm，完成整体提升，如图10所示。

　　 提升承重索整体就位后，进行屋面索网的整体张拉稳定索形成预应力态的工作，关键施工技术如下。

　　 1)张拉点设计

　　 国家速滑馆屋面索网的稳定索共49榀，南北两端均设置提升点，共60个张拉点。张拉点设置在对应稳定索与环桁架的连接耳板上。提升承重索时，稳定索通过倒链与环桁架耳板连接，提升过程中随时收紧倒链，防止稳定索索头下坠，避免索体受损。承重索提升就位后，通过设计的张拉工装将张拉千斤顶和稳定索相连。张拉点设计如图11所示。

　　 2)张拉设备设置

　　 根据施工仿真计算结果，得到每个张拉点在最不利工况下的最大张拉力，进而配备张拉设备。稳定索张拉施工时，每个张拉点均配备2台250t千斤顶和265钢拉杆。各提升点相对最大提升力的提升设备能力系数2.17～4.43。

　　 3)整体张拉

　　 承重索提升到位后，开始进行稳定索的张拉工作，稳定索张拉是索网结构成形的关键，张拉力大，同步性要求高。稳定索整体张拉形成预应力态过程分初张拉和稳定张拉2个阶段。稳定索同步张拉最大距离约370mm，张拉过程采用对称分步的原则。预张拉一步张拉完成，正式张拉分9步张拉完成，每步张拉相距30mm。

　　 初张拉阶段，稳定索预应力张拉初期，按等距离30mm进行预张拉，进行稳定索对称张拉;稳定索索孔与对应耳板孔距离较小的先张拉到位，为保证施工安全，固定拉索穿销轴;按此方法继续张拉安装其余稳定索。

　　 稳定拉阶段，稳定索初张拉建立较稳定的初始预应力后，进行稳定张拉。初张拉完成后，稳定索索距最大为250mm，每步张拉30mm，因此稳定张拉共8步完成。稳定索索孔与对应耳板孔距离最大拉索张拉到位，并穿销轴固定。

　　 整体张拉稳定索形成预应力态。

　　 为确保整个施工过程的安全、分析施工过程中结构的变形和内力变化规律，需对结构进行现场施工监测，监测内容包括稳定索索力和索网位形。

　　 1)稳定索索力张拉过程中，稳定索索力控制直接关系结构的成形状态，因此应对稳定索进行索力监测。本工程共有30榀稳定索，60个索力监测点，索力监测结果如图12所示，监测索力与理论索力误差最大绝对值为8.99%。

　　 2)位形测量包括索网的位形测量和环桁架耳板的位置测量;选取环桁架和索网变形较大的位置作为位形测量的控制点，其中，环梁设置8个监测点，索网设置5个监测点，位形测量布置点如图13所示。位形监测结果如表1所示。

　　 国家速滑馆屋面索网施工，2018年10月31日开始展第1根索，2019年3月22日张拉就位。监测数据表明，监测索力相对理论索力最大偏差值为8.99%，位形最大偏差为0.63%，满足验收标准要求。屋面索网安装完成实景如图14所示。