國家速滑館“冰絲帶”屋蓋結(jié)構(gòu)精巧空間設(shè)計(jì)為節(jié)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(yuǎn)觀飄逸，近看宏偉。“冰絲帶”的屋蓋結(jié)構(gòu)是超大跨度索網(wǎng)結(jié)構(gòu)，跨度大、面積大、空間大，其建設(shè)施工與運(yùn)維保障背后，中國團(tuán)隊(duì)貢獻(xiàn)了重要的科技力量。

“所謂的索網(wǎng)結(jié)構(gòu)，簡單地說，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(jié)構(gòu)由49對承重索和30對穩(wěn)定索編織而成，長跨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，只有通過合理的張拉，才能織成一張網(wǎng)。在索網(wǎng)的施工過程中，采取了“先地面拼裝、再整體提升”的工序，由于場地空間限制，鋪在地面等待張拉的鋼索需要微微拱起。倘若沒有準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)支撐，誰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(nèi)力協(xié)調(diào)復(fù)雜，這要求結(jié)構(gòu)必須實(shí)現(xiàn)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(tuán)隊(duì)在浙大打造了一個(gè)縮小版的“冰絲帶”模型，模擬索網(wǎng)結(jié)構(gòu)的建造全過程，并驗(yàn)證結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)性能。

浙大團(tuán)隊(duì)基于大量的數(shù)值仿真結(jié)果和試驗(yàn)測試數(shù)據(jù)，在索網(wǎng)的整體提升、張拉控制、施工驗(yàn)收和預(yù)張力監(jiān)測等方面提出了系統(tǒng)性的方案和建議，為“冰絲帶”大跨度索網(wǎng)屋蓋結(jié)構(gòu)的高精度建造提供了有力的技術(shù)支撐。

此外，團(tuán)隊(duì)還通過沙袋等，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模擬風(fēng)吹雪打的環(huán)境，驗(yàn)證屋頂?shù)膹?qiáng)度和抗形變能力。”鄧華說。

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(tuán)隊(duì)在施工環(huán)節(jié)就安裝上浙大自主開發(fā)的無線傳感器，用以實(shí)時(shí)監(jiān)測和力學(xué)分析。不僅在建設(shè)時(shí)發(fā)揮作用，在建成后，也依舊為“冰絲帶”測量著“脈搏”與“心跳”。

“拿到數(shù)據(jù)、傳輸數(shù)據(jù)、處理數(shù)據(jù)，是我們開展監(jiān)測分析的全過程。”浙江大學(xué)羅堯治團(tuán)隊(duì)成員、建筑工程學(xué)院教授許賢說，團(tuán)隊(duì)對速滑館的應(yīng)力、位移、加速度、溫度、風(fēng)壓、索力六大類參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測，測試點(diǎn)數(shù)多達(dá)千余個(gè)。

相較于傳統(tǒng)的剛性屋面結(jié)構(gòu)體系，柔性的索網(wǎng)屋面在滿足結(jié)構(gòu)功能的前提下大大減少了結(jié)構(gòu)的用鋼量，這樣精巧的空間設(shè)計(jì)為節(jié)能環(huán)保提供了保障。

“現(xiàn)代空間結(jié)構(gòu)技術(shù)水平是一個(gè)國家建筑科技水平的重要標(biāo)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，來滿足工程建設(shè)的重大需求。”浙江大學(xué)建筑工程學(xué)院董石麟院士說。(據(jù)新華社)

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