“冰丝带”超大跨度索网结构背后的科技力量

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。

（记者 朱涵）

文章编辑：刘鸣捷