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天津理工大學體育館主體結構采用鋼筋混凝土框架，屋蓋平面投影為橢圓形，長軸102米，短軸82米，通過方案對比分析，屋蓋采用外圈Levy、內圈Geiger的新型復合式索穹頂結構，索穹頂周圈錨固于混凝土環梁，環梁呈馬鞍形，短軸為最高點，長軸為最低點，最高點和最低點高差5.455米，該項目是目前國內建成跨度最大的復合式索穹頂結構。

體育館屋面采用膜材和金屬屋面板兩種材料，屋蓋中部葉片狀部分采用膜結構屋面，其余部分采用金屬屋面。膜材屋面部分整體突出于屋面，其與金屬屋面間設置豎直的天窗。

由于本工程屋蓋失跨比較小、拉索預應力較大，拉索預埋件除了隔板與肋板外還在肋板外側設置栓釘，在隔板后部設置了尾鋼筋以保證預埋件與混凝土環梁間的可靠連接。撐桿上節點連接脊索、斜索和撐桿，由于脊索彎折角度與索力差異均較大，因此脊索在撐桿上節點處均為間斷，由于交匯桿件多且角度各異，撐桿上節點采用鑄鋼節點。環索節點連接撐桿下端與環索和斜索，為了保證環索連續，采用鑄鋼索夾節點。