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北京冬奥会国家速滑馆“冰丝带”如何织就

北京冬奥会国家速滑馆“冰丝带”如何织就

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  22条晶莹美丽的“丝带”状曲面玻璃幕墙环绕,远观飘逸,近看宏伟。今天,浙江大学建筑工程学院罗尧治教授团队,邓华、袁行飞教授团队公开解析了北京冬奥会唯一新建冰上竞赛场馆——国家速滑馆“冰丝带”超大跨度索网结构建设施工与运维保障方面的科技内涵。

  “冰丝带”的屋面体系采用了双曲面马鞍形单层索网结构,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49对承重索和30对稳定索编织成长跨198米、短跨124米的马鞍形索网组成。每根索网就有几吨重,只有通过合理的张拉,才能织成一张网。

  施工过程中,这些钢索的受力状态非常关键,稍有不慎就会影响施工质量与安全。为更好地摸清钢索状态,罗尧治团队在施工环节就安装上浙江大学自主开发的无线传感器,进行实时监测和力学分析。

 

  从2018年9月到2020年12月,罗尧治团队在一线开展数据处理,时刻关注着穿针引线、织开大网的各个节点,为施工方案提供决策支持。施工方说:“浙江大学的无线传感器就像一双双眼睛,紧紧‘盯’着工程建设全过程。”

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  不仅在建设时发挥作用,如今建成后的“冰丝带”依旧通过“健康医生”的方式进行着远程测量。罗尧治团队成员许贤教授说,他们团队对国家速滑馆的应力、位移、加速度、温度、风压、索力六大类参数进行监测,测试点数达千余个,数量之多创下了单一建筑结构之最。

  走进位于浙江大学紫金港校区的空间结构健康监测平台,这里汇集了来自“冰丝带”等建筑的实时处理数据。这套监测系统由该校自主开发设计,从2010年开始应用于国家体育馆“鸟巢”的运营监测、北京大兴国际机场建设监测等。

  在“冰丝带”建设期间,浙江大学建筑工程学院邓华、袁行飞教授团队,通过12:1的缩尺模型,开展了国家速滑馆大跨度索网屋盖结构建造关键技术及模型试验研究,解决了屋顶的建设难题。

  “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。”邓华介绍,索网中需要施加巨大的张拉力,且必须保证与环桁架和幕墙索高精度地协同工作,然而索网由地面提升的步骤和钢索的张拉顺序都将影响到整个“冰丝带”的最终施工质量,因此,确定安全、高效、精确的索网施工方案,是工程的关键问题。

  “设计难,要将‘冰丝带’从图纸打造成冬奥会的标志性场馆同样困难。”铺在地上的索网怎样平稳提起来,到达屋面高度后需要张拉哪些索才能绷紧索网,最终可以容忍多大的误差……这些都需要进行敏感性分析。于是,该团队在浙江大学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。

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