國家速滑館“冰絲帶”屋蓋結構精巧空間設計為節能環(huán)保提供保障

國家速滑館“冰絲帶”由22條晶瑩的絲帶造型曲面玻璃幕墻環(huán)繞，遠觀(guān)飄逸，近看宏偉。“冰絲帶”的屋蓋結構是超大跨度索網(wǎng)結構，跨度大、面積大、空間大，其建設施工與運維保障背后，中國團隊貢獻了重要的科技力量。

“所謂的索網(wǎng)結構，簡(jiǎn)單地說(shuō)，就是一張由鋼索編織而成的大網(wǎng)。這樣一張大網(wǎng)‘扣’在了國家速滑館的上方，形成一個(gè)馬鞍形雙曲面屋頂。”浙江大學(xué)建筑工程學(xué)院教授羅堯治介紹，“冰絲帶”屋蓋結構由49對承重索和30對穩定索編織而成，長(cháng)跨198米、短跨124米，“冰絲帶”也是目前世界上跨度最大的單層雙向正交馬鞍形索網(wǎng)屋面體育館。

由于一根索網(wǎng)就有幾噸重，只有通過(guò)合理的張拉，才能織成一張網(wǎng)。在索網(wǎng)的施工過(guò)程中，采取了“先地面拼裝、再整體提升”的工序，由于場(chǎng)地空間限制，鋪在地面等待張拉的鋼索需要微微拱起。倘若沒(méi)有準確的數據支撐，誰(shuí)也不能輕易下令彎折動(dòng)輒幾噸的鋼索。

“國家速滑館屋蓋跨度大、鋼索多、內力協(xié)調復雜，這要求結構必須實(shí)現高精度的建造。”浙江大學(xué)建筑工程學(xué)院教授鄧華介紹，團隊在浙大打造了一個(gè)縮小版的“冰絲帶”模型，模擬索網(wǎng)結構的建造全過(guò)程，并驗證結構的設計性能。

浙大團隊基于大量的數值仿真結果和試驗測試數據，在索網(wǎng)的整體提升、張拉控制、施工驗收和預張力監測等方面提出了系統性的方案和建議，為“冰絲帶”大跨度索網(wǎng)屋蓋結構的高精度建造提供了有力的技術(shù)支撐。

此外，團隊還通過(guò)沙袋等，在張拉好的索網(wǎng)施加荷載。“我們在模型上吊掛不同的荷載來(lái)模擬風(fēng)吹雪打的環(huán)境，驗證屋頂的強度和抗形變能力。”鄧華說(shuō)。

為了更好摸清鋼索狀態(tài)，保障施工質(zhì)量與安全，羅堯治團隊在施工環(huán)節就安裝上浙大自主開(kāi)發(fā)的無(wú)線(xiàn)傳感器，用以實(shí)時(shí)監測和力學(xué)分析。不僅在建設時(shí)發(fā)揮作用，在建成后，也依舊為“冰絲帶”測量著(zhù)“脈搏”與“心跳”。

“拿到數據、傳輸數據、處理數據，是我們開(kāi)展監測分析的全過(guò)程。”浙江大學(xué)羅堯治團隊成員、建筑工程學(xué)院教授許賢說(shuō)，團隊對速滑館的應力、位移、加速度、溫度、風(fēng)壓、索力六大類(lèi)參數進(jìn)行監測，測試點(diǎn)數多達千余個(gè)。

相較于傳統的剛性屋面結構體系，柔性的索網(wǎng)屋面在滿(mǎn)足結構功能的前提下大大減少了結構的用鋼量，這樣精巧的空間設計為節能環(huán)保提供了保障。

“現代空間結構技術(shù)水平是一個(gè)國家建筑科技水平的重要標志。人們不斷追求更大的建筑空間，也促使我們不斷研究創(chuàng )新，來(lái)滿(mǎn)足工程建設的重大需求。”浙江大學(xué)建筑工程學(xué)院董石麟院士說(shuō)。(據新華社)

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