郑方|冰丝带：科技成就骨感美( 二 )

王哲曾参与世界最大单口径射电望远镜贵州“天眼”和北京大兴机场的结构设计，它们都属于非常规结构，设计难度等级高。
“从结构难度而言，国家速滑馆与贵州“天眼”和北京大兴机场有得一拼，某些方面甚至要求更高、更严格。”王哲说。
陈彬磊是北京建院的结构设计总监，他如此形容北京建院几个代表作的结构设计之美：北京大兴机场为“极之美”，深圳湾体育中心为“简之美”，北京小汤山医院为“急之美”，商务部大楼改造项目为“变之美”，国家速滑馆为“力之美”。

文章插图

王哲在国家速滑馆施工现场
织天幕
一开始，王哲以为外侧幕墙就是挑战所在，“做下来才发现，这个项目没有简单的地方”。
屋面结构是另一大挑战。
最初，屋面结构设计为桁架方案。对于大跨度空间而言，桁架是首选。大兴机场的中央大厅是直径180米的大跨度无柱空间，惊艳世人。但在结构工程师眼中，大跨度并不难解决，加高桁架的高度即可，这一技术已相当成熟。
国家速滑馆屋面南北向跨度198米，东西向124米，桁架的合理高度应为8米-10米。
“那样的话，建筑整体会被拉高，从扁的‘冰锥’形变成胖的‘冰桶’形，会变丑，造型受影响太大。”王哲说。
索网结构可以解决这一问题。单根钢索直径仅约70毫米，双索交错也不过百余毫米，加上其他必要的空间，整个屋面结构高度可控制在0.5米之内，与8米-10米相比，这一数据令人欣慰。
最终，团队设计出了世界上跨度最大的单层双向正交马鞍形索网的体育馆屋面，从南北向拉伸出60根稳定索，东西向拉伸出98根承重索，二者双向纵横交错，编织成一张“天幕”，形成屋面“骨架”。
“就像一个羽毛球拍‘绷’在了场馆上方。”王哲打了个比方，只不过这个“球拍”不是平面，而是马鞍形曲面，最高处与最低处落差达18米。
与桁架不同，索网结构属于预应力结构——钢索本身是软的，只有先给它一部分力，才能有“刚度”，承载重量。用王哲的话来说，羽毛球拍的线得先绷紧了，才能打球。
不仅是“天幕”的158根索，还有支撑外侧幕墙的120根斜拉索，都需要预先给力绷住，每一根索需要的力度大小各不相同，而“力”与“形”又会相互影响。国家速滑馆几乎全部由三维曲面构成，结构上彼此联动，每一根钢索的受力甚至一个螺栓的定位等都会牵一发动全身，稍有误差，都将导致形态发生改变或者功能受到影响。
“难”并不意味着无法实现。最终，团队为这个项目开发出“多重弹性边界索网找形方法”，用以解决这些问题。此外，项目中引入的外侧带斜拉索的圈梁索网结构体系，也是在世界建筑场馆中的首次应用。

郑方|冰丝带：科技成就骨感美( 二 )

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