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“冰丝带”超大跨度索网结构背后的科技力量

发布时间:2022-01-21 09:56:07  |  来源:新华社  |  作者:朱涵

新华社杭州1月20日电(记者朱涵)国家速滑馆“冰丝带”由22条晶莹的丝带造型曲面玻璃幕墙环绕,远观飘逸,近看宏伟。“冰丝带”的屋盖结构是超大跨度索网结构,跨度大、面积大、空间大,其建设施工与运维保障背后,中国团队贡献了重要的科技力量。

  “所谓的索网结构,简单地说,就是一张由钢索编织而成的大网。这样一张大网‘扣’在了国家速滑馆的上方,形成一个马鞍形双曲面屋顶。”浙江大学建筑工程学院教授罗尧治介绍,“冰丝带”屋盖结构由49对承重索和30对稳定索编织而成,长跨198米、短跨124米,“冰丝带”也是目前世界上跨度最大的单层双向正交马鞍形索网屋面体育馆。
  由于一根索网就有几吨重,只有通过合理的张拉,才能织成一张网。在索网的施工过程中,采取了“先地面拼装、再整体提升”的工序,由于场地空间限制,铺在地面等待张拉的钢索需要微微拱起。倘若没有准确的数据支撑,谁也不能轻易下令弯折动辄几吨的钢索。
  “国家速滑馆屋盖跨度大、钢索多、内力协调复杂,这要求结构必须实现高精度的建造。”浙江大学建筑工程学院教授邓华介绍,团队在浙大打造了一个缩小版的“冰丝带”模型,模拟索网结构的建造全过程,并验证结构的设计性能。
  浙大团队基于大量的数值仿真结果和试验测试数据,在索网的整体提升、张拉控制、施工验收和预张力监测等方面提出了系统性的方案和建议,为“冰丝带”大跨度索网屋盖结构的高精度建造提供了有力的技术支撑。
  此外,团队还通过沙袋等,在张拉好的索网施加荷载。“我们在模型上吊挂不同的荷载来模拟风吹雪打的环境,验证屋顶的强度和抗形变能力。”邓华说。
  为了更好摸清钢索状态,保障施工质量与安全,罗尧治团队在施工环节就安装上浙大自主开发的无线传感器,用以实时监测和力学分析。不仅在建设时发挥作用,在建成后,也依旧为“冰丝带”测量着“脉搏”与“心跳”。
  “拿到数据、传输数据、处理数据,是我们开展监测分析的全过程。”浙江大学罗尧治团队成员、建筑工程学院教授许贤说,团队对速滑馆的应力、位移、加速度、温度、风压、索力六大类参数进行监测,测试点数多达千余个。
  相较于传统的刚性屋面结构体系,柔性的索网屋面在满足结构功能的前提下大大减少了结构的用钢量,这样精巧的空间设计为节能环保提供了保障。
  “现代空间结构技术水平是一个国家建筑科技水平的重要标志。人们不断追求更大的建筑空间,也促使我们不断研究创新,来满足工程建设的重大需求。”浙江大学建筑工程学院董石麟院士说。(完)