全國服務熱線

18133724888

世界體育場館中規模最大的屋面索網結構——國家速滑館索網結構成功完成張拉

來源:北京建院、建筑結構 時間:2019-04-02 09:05:22 次數:

世界體育場館中規模最大的屋面索網結構——國家速滑館索網結構成功完成張拉

國家速滑館是2022年北京冬奧會的標志性場館,賽時將作為速度滑冰項目的比賽和訓練場地。

建設單位:北京國家速滑館經營有限責任公司

設計單位:澳大利亞博普勒斯設計有限公司

             北京市建筑設計研究院有限公司

監理單位:北京帕克國際工程咨詢股份有限公司

總包單位:北京城建集團有限責任公司

2019年319日,隨著最后一根穩定索安裝就位,國家速滑館索網結構張拉作業正式完成。在參建各方共同努力下,國家速滑館索網結構以高標準實現張拉成形,向工程主體結構完工、按期實現封頂封圍邁出堅實一步。

國家速滑館是2022年北京冬奧會的標志性場館,賽時將作為速度滑冰項目的比賽和訓練場地。北京建院作為設計方,完成了初步設計和施工圖設計階段全專業的設計工作。

國家速滑館平面為橢圓形,屋頂呈馬鞍形曲面,外側的天壇曲線幕墻勾勒出富有動感的“冰絲帶”輪廓。為實現復雜的建筑體型,我們的設計團隊提出了由屋頂索網、環桁架和外側幕墻斜拉索組成的鋼結構主受力體系,巧妙搭建起支撐建筑絢麗“外衣”的“骨架”。

為了將這副“骨架”打造成無懈可擊的鋼筋鐵骨,設計團隊針對上萬種不同工況進行了計算分析,覆蓋這座功能復雜的奧運建筑從建造到使用面臨的各種可能情況。同時,設計團隊還委托浙江大學空間結構研究中心開展了結構模型試驗研究,在實驗室里搭建起一座幾何相似比為1:12的“迷你骨架”,從施工可行性到受力性能對設計成果進行了全方位驗證,確保整個工程設計萬無一失。

骨架”內部,環桁架為索網提供閉合的橢圓形邊界,支承于48根看臺柱與環梁組成的混凝土結構上;斜拉索上端拉接于環桁架外側,下端與混凝土結構相連,主要起平衡索網內力、提高環桁架穩定性和為幕墻結構提供支承的作用。索網、環桁架和斜拉索三者共同組成了一套剛柔相間、剛柔相濟的協同受力體系。

國家速滑館鋼結構主受力體系:剛、柔的“間”與“濟”

國家速滑館屋頂索網由正交的49對承重索和30對穩定索編織而成,平面投影為橢圓形,長軸和短軸尺寸分別為198m和124m,張拉后形成屋面造型所需的馬鞍面。

工程難點一:  索網的“剛化”過程

索網與建筑外形完美契合,傳力途徑簡潔高效,是打造速滑館建筑效果和形成穩定受力體系的核心元素。與常規的混凝土結構、鋼結構等剛性結構不同,索網由柔性的鋼索組成,構件只能承受拉力,不能受壓或受彎,因此體系自身并不具備承擔外來荷載的能力,需要通過施加預拉力,并基于預拉力和幾何位形建立幾何剛度,使體系“剛化”為結構,方可形成承載能力。對于一個嚴格給定成形后目標形狀的索網結構,施加的預拉力必須精確控制,否則將難以實現預定的建筑幾何外形。

解決方法

結構設計團隊通過形態分析,得到了索網需施加的預拉力大小與相對分布,使預拉力在目標位形與結構自重等荷載達到平衡,且結構滿足各種荷載工況下的性能要求。

索網的施工過程在宏觀層面可分為地面組裝、整體提升、同步張拉三個主要步驟,前兩項工作已于前期完成,剛剛完成的索網張拉就是依據設計結果,在前期承重索提升到位的基礎上,通過同步張拉穩定索對柔性的“索網”施加預拉力、最終形成具有剛度的“結構”的過程,因此本次張拉作業是索網結構施工、乃至整個速滑館工程建設的重中之重。

工程難點二: 復雜索網邊界的實現

環桁架與斜拉索形成的復雜索網邊界為場館結構的設計和施工帶來了挑戰。為了避免索網張拉在混凝土結構內引起巨大內力,我們的設計團隊提出索網張拉過程中環桁架支座水平向自由滑動、待張拉完成后再進行固定的思路。該思路要求索網張拉時鋼結構主受力體系以自平衡狀態工作,環桁架僅向下部結構傳遞豎向力,由此減輕混凝土結構的負擔。然而由于支承剛度減小,環桁架在索網張拉過程中將出現不可忽視的水平變形,這會對索網和斜拉索的成形狀態產生不利影響,若處理不當,將難以準確實現預期的建筑造型。

解決方法

結構設計團隊創造性地提出了考慮復雜邊界條件的索網結構形態分析方法,實現復雜邊界條件下對索網及邊界結構成形狀態的精確控制。運用該方法,設計團隊得到了與目標位形和目標索力完全吻合的鋼結構主受力體系張拉成形狀態,以及實現這一目標所需的索網、環桁架和斜拉索的加工下料與安裝定位幾何尺寸。

在包括索網張拉在內的鋼結構主受力體系的設計、加工和安裝過程中,上述理念得到了有效貫徹,保證了結構安全與張拉完成后受力體系的合理狀態。由北京城建集團有限責任公司總包、北京市建筑工程研究院有限責任公司專項分包的施工團隊,在當前索網張拉作業已經完成的情況下,正在現場根據氣候條件、施工進度安排等擇機開展支座的固定工作,形成整個場館穩定的主受力體系,為后續施工創造作業條件。

70年來,北京建院始終專注建筑設計主業,為社會營造大量建筑精品。我們非常榮幸承擔了冬奧會北京賽區唯一新建場館——國家速滑館的全專業設計工作。截至目前,我們共參與國家速滑館、首都體育館園區改擴建、北京冬奧村人才公租房、國家體育館改擴建、國家游泳中心改造等七個項目的設計及改造工作。作為與共和國同齡的大型建筑設計咨詢機構,北京建院正一如既往,全力以赴為2022年冬奧會服務。

上一篇:已經是第一篇了

下一篇:專家來為你詳細介紹一下輕鋼框架結構體系

返回

有免费的电赚钱