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钢索|科技成就“冰丝带”超大跨度索网结构

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 。
【钢索|科技成就“冰丝带”超大跨度索网结构】据新华社

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