织就炫酷“冰丝带” 冬奥速滑馆索网屋面诠释中国方案

织就炫酷“冰丝带” 冬奥速滑馆索网屋面诠释中国方案 字体： 小 中 大 分享到： 织就炫酷“冰丝带” 冬奥速滑馆索网屋面诠释中国方案 2022-01-24 09:01:18 来源：科技日报

它被22面水晶带状曲面玻璃幕墙环绕，远看优雅，近看壮丽...作为2022年北京冬奥会唯一新建的冰上比赛场馆，国家速滑博物馆冰带的设计、工艺、材料、制造全部采用“中国方案”。

其中，浙江大学建筑工程学院罗耀志教授、邓华教授、袁教授团队为“冰带”超大跨度索网结构的建设、运营和维护提供了重要的技术支持。

部署传感设备实时监控钢缆。

“冰带”的屋顶体系采用双曲面鞍形单层索网结构，可以理解为由一张钢索编织的大网扣紧。与传统的刚性屋盖结构体系相比，柔性索网屋盖在满足结构功能的前提下，减少了结构用钢量。

“因为每根钢缆都有好几吨重，只有通过合理的拉伸才能织成网。”1月19日，罗耀志教授告诉科技日报记者，在施工过程中，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和安全。

为了摸清拉索的状态，罗耀志团队在施工过程中安装了浙江大学自主研发的无线传感器，进行实时监测和力学分析。

“冰带”屋顶结构是一个长跨198米、短跨124米的鞍形索网，由49对承重索和30对稳定索编织而成。如何布局传感器网络，保证传感器在有线网络上升到高空后能长期正常稳定工作？

2018年9月至2020年12月，罗耀志团队在一线进行数据处理，时刻关注穿针织网的每个节点，为施工过程提供决策支持。

索网施工时，施工方采用“先地面拼装，后整体吊装”的程序。但由于场地空的限制，铺设在地面等待张拉的电缆需要微微拱起，才能越过“瓶颈”。如果没有准确的数据支撑，要把几吨重的钢缆弄弯并不容易。

“现场监测数据可以实时掌握弯曲对钢索的影响，为现场决策指挥和安全施工提供重要依据。”施工方评价，“这些无线传感器就像一双双眼睛，紧紧盯着工程的整个施工过程。”

构建索网模型模拟精确施工

铺设在地面的索网如何顺利提升，达到屋顶高度后需要拉紧哪些索来拉紧索网，最后能容忍多大的误差...在“冰带”建设过程中，需要进行敏感性分析。

“国家速滑馆屋盖跨度大、钢索多、内力协调复杂，对结构的建造精度要求高。”邓华介绍，索网需要施加巨大的拉力，必须与环桁架、幕墙索高精度协同工作。索网从地面提升的步骤和钢索的张拉顺序将影响整个“冰带”的最终施工质量，确定一个安全、高效、准确的索网施工方案尤为重要。

为解决屋盖施工难题，邓华教授和袁教授团队通过12∶1的缩尺模型，开展了国家速滑博物馆大跨度索网屋盖结构关键技术和模型试验研究。

缩尺模型试验于2018年6月初至8月底开始。联合团队基于大量的数值模拟结果和试验数据，对索网整体提升、张力控制、施工验收、预张力监测等提出了系统的方案和建议，为“冰带”大跨度索网屋盖结构的高精度施工提供了有力的技术支撑。

此外，该团队还通过沙袋和其他形式向张紧的索网施加载荷。“我们在模型上挂不同的荷载，模拟风雪环境，验证屋顶的强度和抗变形能力。”邓华说。

基于后方平台的远程分析与诊断

走进位于浙江大学紫金港校区的空结构健康监测平台，记者看到来自“冰带”的状态数据在这里实时处理。

据了解，这套监控系统是由浙江大学自主研发设计的。早在2010年就应用于国家体育场“鸟巢”、大兴国际机场等建筑的运行监控。

罗耀志团队成员徐贤教授表示，通过这个平台，团队对速滑馆的应力、位移、加速度、温度、风压、索力等六大类参数进行了监测，测点数量达到1000多个，为单体建筑结构之最。“我们会根据每个项目的具体需求对这个系统进行改造，我们会对施工的关键环节和恶劣天气情况进行加密监控。”

除了对“冰带”屋顶的监测，浙大团队还对速滑馆冰下的混凝土进行了健康监测。据悉，“冰带”采用全冰面设计，冰面温差可控制在0.5℃以内，这对混凝土的质量提出了更高的要求。

如何监测在役冰下混凝土的应力，对罗耀志团队来说是一个全新的课题。为此，团队研发了恶劣低温环境下混凝土结构的内力和温度监测技术，提出了混凝土在长期服役过程中冰下性能状态的评估方法。

深度参与这一项目的浙江大学建筑工程学院2017级直博生傅表示:“在这个伟大的时代，通过自己的科研工作为国家速滑馆的建设尽一份绵薄之力，是人生难得的机遇。”(洪恒飞柯艺能吴雅兰记者姜伟)

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