科技成就“冰絲帶”超大跨度索網結構

國家速滑館“冰絲帶”由22條晶瑩的絲帶造型曲面玻璃幕牆環繞，遠觀飄逸，近看宏偉。“冰絲帶”的屋蓋結構是超大跨度索網結構，跨度大、面積大、空間大，其建設施工與運維保障背後，中國團隊貢獻了重要的科技力量。

“所謂的索網結構，簡單地說，就是一張由鋼索編織而成的大網。這樣一張大網‘扣’在了國家速滑館的上方，形成一個馬鞍形雙曲面屋頂。”浙江大學建築工程學院教授羅堯治介紹，“冰絲帶”屋蓋結構由49對承重索和30對穩定索編織而成，長跨198米、短跨124米，“冰絲帶”也是目前世界上跨度最大的單層雙向正交馬鞍形索網屋面體育館。

由於一根索網就有幾噸重，只有透過合理的張拉，才能織成一張網。在索網的施工過程中，採取了“先地面拼裝、再整體提升”的工序，由於場地空間限制，鋪在地面等待張拉的鋼索需要微微拱起。倘若沒有準確的資料支撐，誰也不能輕易下令彎折動輒幾噸的鋼索。

“國家速滑館屋蓋跨度大、鋼索多、內力協調複雜，這要求結構必須實現高精度的建造。”浙江大學建築工程學院教授鄧華介紹，團隊在浙大打造了一個縮小版的“冰絲帶”模型，模擬索網結構的建造全過程，並驗證結構的設計效能。

浙大團隊基於大量的數值模擬結果和試驗測試資料，在索網的整體提升、張拉控制、施工驗收和預張力監測等方面提出了系統性的方案和建議，為“冰絲帶”大跨度索網屋蓋結構的高精度建造提供了有力的技術支撐。

此外，團隊還透過沙袋等，在張拉好的索網施加荷載。“我們在模型上吊掛不同的荷載來模擬風吹雪打的環境，驗證屋頂的強度和抗形變能力。”鄧華說。

為了更好摸清鋼索狀態，保障施工質量與安全，羅堯治團隊在施工環節就安裝上浙大自主開發的無線感測器，用以實時監測和力學分析。不僅在建設時發揮作用，在建成後，也依舊為“冰絲帶”測量著“脈搏”與“心跳”。

“拿到資料、傳輸資料、處理資料，是我們開展監測分析的全過程。”浙江大學羅堯治團隊成員、建築工程學院教授許賢說，團隊對速滑館的應力、位移、加速度、溫度、風壓、索力六大類引數進行監測，測試點數多達千餘個。

相較於傳統的剛性屋面結構體系，柔性的索網屋面在滿足結構功能的前提下大大減少了結構的用鋼量，這樣精巧的空間設計為節能環保提供了保障。

“現代空間結構技術水平是一個國家建築科技水平的重要標誌。人們不斷追求更大的建築空間，也促使我們不斷研究創新，來滿足工程建設的重大需求。”浙江大學建築工程學院董石麟院士說。

據新華社