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近日，由萬豪集團(tuán)協(xié)同浙江大學(xué)張大偉教授團(tuán)隊共同展開的“大型ETFE氣枕膜柔性索網(wǎng)結(jié)構(gòu)排水試驗”相關(guān)工作，經(jīng)過近半年的共同努力，迎來關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)——5月28日，中建八局、華潤代建、同濟(jì)設(shè)計院、德國GMP、SBP、重慶賽迪等業(yè)主總包及設(shè)計院專家領(lǐng)導(dǎo)組一行蒞臨我司，對試驗成果進(jìn)行落地驗收，并給予肯定。同時，領(lǐng)導(dǎo)專家組對萬豪集團(tuán)在試驗當(dāng)中所做出的貢獻(xiàn)，給予了充分的贊賞和認(rèn)可。通過全流程優(yōu)化與多方協(xié)同，本次試驗不僅對膜結(jié)構(gòu)設(shè)計的排水相關(guān)構(gòu)造進(jìn)行驗證和優(yōu)化，更展現(xiàn)了產(chǎn)學(xué)研深度融合的技術(shù)實力。

01 響應(yīng)設(shè)計條件，探索技術(shù)邊界——項目詳情

無錫奧體中心位于經(jīng)開區(qū)，緊鄰貢湖灣、尚賢河“雙濕地”，自然環(huán)境得天獨(dú)厚，是環(huán)太湖區(qū)域稀有的臨湖綜合體育場館群。6萬座體育場和1.8萬座體育館作為奧體中心核心設(shè)施，尤為引人注目。項目建成后，將與周邊濕地、湖景風(fēng)光融為一體，成為太湖新城極具辨識度的地標(biāo)建筑群，對于推動無錫產(chǎn)業(yè)發(fā)展，再造城市面貌、區(qū)域價值和人居生活都具有重要意義。

無錫奧林匹克體育產(chǎn)業(yè)園二期體育場屋蓋外輪廓為近似圓形的四心擬合圓，由內(nèi)外圈屋面兩部分組成。外圈桁架屋面由外向內(nèi)形成外環(huán)、中環(huán)和內(nèi)環(huán)三道環(huán)梁，其屋面進(jìn)深東西側(cè)51米，南北側(cè)25米；內(nèi)圈為索膜屋面，其屋面進(jìn)深為30米。外圈屋面的內(nèi)環(huán)和內(nèi)圈屋面索壓環(huán)位置重合其長軸為246米，短軸為185.2米；外圈屋面外環(huán)的四心擬合圓長軸296米，短軸284米。

體育場屋蓋鋼結(jié)構(gòu)是一個整體馬鞍形的形體，以最小的形體去適應(yīng)整體奧體中心體育場的需求，屋蓋結(jié)構(gòu)的最高點(diǎn)為62.200米，最低點(diǎn)為34.900米，高差為27.30米。結(jié)構(gòu)體系采用懸挑桁架+單層輪輻式張拉結(jié)構(gòu)，徑向共有64榀桁架，輪輻式張拉結(jié)構(gòu)通過支座直接支撐在懸挑桁架的端部。

本項目中輪輻式張拉結(jié)構(gòu)部位采用雙層單腔ETFE氣枕。ETFE氣枕結(jié)構(gòu)整體平面呈橢圓形，1/4對稱由128個氣枕單元組成，單個氣枕單元長約30米，寬約5.5米。

02 排水試驗

研究背景

無錫奧體中心項目內(nèi)環(huán)輪輻式張拉結(jié)構(gòu)是全球首例“柔性索網(wǎng)+大型ETFE氣枕”結(jié)構(gòu)形式，在風(fēng)壓、雨載等動態(tài)荷載作用下膜面會出現(xiàn)大變形。排水實驗需模擬屋面在不同工況下的幾何形態(tài)和積水情況，找出膜面積水平衡點(diǎn)，ETFE內(nèi)膜和索結(jié)構(gòu)的受力狀態(tài)。最終對設(shè)計的排水相關(guān)構(gòu)造(如長方向氣枕邊界的排水坡度、水溝容量、擋水構(gòu)造、水管的落水能力)進(jìn)行驗證和優(yōu)化。

具體需求

1)體育場內(nèi)圈屋蓋的排水路線需要進(jìn)行總體排水試驗論證。

2)內(nèi)圈 ETFE氣枕和索結(jié)構(gòu)的連接構(gòu)造，索結(jié)構(gòu)上設(shè)置天溝的水密性和適應(yīng)索變形能力的構(gòu)造，需要通過專項節(jié)點(diǎn)試驗論證。

針對上述需求，受無錫奧體中心、中建八局委托，萬豪集團(tuán)牽頭，協(xié)同浙江大學(xué)張大偉教授團(tuán)隊共同展開排水試驗相關(guān)工作，同濟(jì)設(shè)計院、德國GMP、SBP全過程技術(shù)支持。

研究目標(biāo)

1）排水：

內(nèi)容：體育場內(nèi)圈屋蓋考慮風(fēng)雪雨耦合極端荷載下的徑流分析與試驗論證。

方法：1/4 足尺有限元+三跨縮尺有限元模擬+三跨縮尺排水試驗

目標(biāo)成果：雪、雨最不利組合工況下內(nèi)圈屋蓋徑流和水量分析；膜面積水平衡狀態(tài)，膜面、索變形狀態(tài)；內(nèi)、外圈主水溝的排水效率和積水可能。

2）構(gòu)造：

內(nèi)容：內(nèi)圈ETFE 氣枕和索結(jié)構(gòu)的連接構(gòu)造，索結(jié)構(gòu)上設(shè)置天溝的水密性和適應(yīng)索變形能力的構(gòu)造論證。

方法：細(xì)部構(gòu)造縮尺有限元模擬+節(jié)點(diǎn)足尺試驗

目標(biāo)成果：雪、雨最不利組合工況的變形下對ETFE 膜連接構(gòu)造的受力和防水構(gòu)造的影響驗證。現(xiàn)設(shè)計方案的構(gòu)造中各個部分的相對變形、錯位的分析，以及對潛在滲水情況的評估，對可能存在的防水隱患進(jìn)行分析，如存在隱患與設(shè)計單位討論改進(jìn)措施。

工作內(nèi)容

a/足尺有限元分析

1）基于完成態(tài)線模建立內(nèi)圈膜三維實體結(jié)構(gòu)，將索力計算結(jié)果以預(yù)應(yīng)力的方式賦予徑向索結(jié)構(gòu)并考慮恒載，以此作為索結(jié)構(gòu)初始態(tài)模型；

2）建立二次鋼構(gòu)三維實體模型（如筋板、U 型槽鋼、外天溝等）；

3）將 ETFE 膜結(jié)構(gòu)建為上拱面殼單元，施加垂直于拱面的恒壓，完成膜面初始找形；

4）完成初始工況模擬后施加風(fēng)雪組合荷載，開展靜力計算；

5）基于風(fēng)雪變形結(jié)果，以流固耦合方式施加雨水，分析屋面整體徑流路線，進(jìn)一步計算積水變形，并判斷危險軸線位置。

b/1:5 縮尺排水試驗

1）基于足尺有限元計算結(jié)果選取危險軸線位置，設(shè)計連續(xù)三跨 ETFE 膜及其細(xì)部構(gòu)造精細(xì)化縮尺等效模型，以實體單元形式建模，滿足幾何、剛度和支座等效；

2）縮尺試驗框架裝置、等效支座、水泵設(shè)計，等效截面構(gòu)造設(shè)計以及縮尺試驗測量系統(tǒng)設(shè)計；

3）提取足尺有限元索結(jié)構(gòu)變形形狀，控制縮尺有限元整體變形曲率等效，開展縮尺試驗靜力分析，計算所需施加荷載大小，指導(dǎo)縮尺試驗；

4）開展縮尺排水試驗，以懸掛重物形式施加風(fēng)雪荷載達(dá)到預(yù)變形；

5）施加雨水荷載，測量索膜結(jié)構(gòu)變形與膜面徑流路線、流速與積水量；

6）試驗結(jié)果分析，提出排水試驗存在問題與隱患；

7）根據(jù)實際試驗工況開展縮尺有限元流固耦合分析，并基于試驗結(jié)果驗證有限元徑流模型。

c/足尺節(jié)點(diǎn)水密性試驗

1）選取足尺有限元危險節(jié)點(diǎn)位置，設(shè)計連續(xù)五節(jié)段細(xì)部構(gòu)造足尺試驗方案，滿足支座等效設(shè)計；

2）基于足尺有限元相應(yīng)位置節(jié)點(diǎn)變形情況，控制足尺節(jié)點(diǎn)變形曲率一致，進(jìn)行節(jié)點(diǎn)試驗加載方案設(shè)計，測量系統(tǒng)設(shè)計與布置，試件與裝置加工與安裝；

3）開展足尺節(jié)點(diǎn)水密性試驗，以施加集中荷載形式施加達(dá)到足尺有限元中變形曲率一致的荷載大小，并觀察接縫位置水密性；

4）試驗結(jié)果報告與問題分析，判斷薄弱接縫點(diǎn)與防水隱患，并與設(shè)計院協(xié)商相應(yīng)改進(jìn)措施。

03 現(xiàn)場驗收

嚴(yán)謹(jǐn)籌備：會議討論與方案優(yōu)化

2025年5月28日，業(yè)主代表與行業(yè)專家領(lǐng)導(dǎo)蒞臨萬豪集團(tuán)進(jìn)行縮尺實體排水試驗的驗收。萬豪技術(shù)團(tuán)隊與浙江大學(xué)張大偉教授團(tuán)隊主持召開專項會議，與專家領(lǐng)導(dǎo)圍繞排水系統(tǒng)設(shè)計參數(shù)、試驗?zāi)M場景及數(shù)據(jù)采集標(biāo)準(zhǔn)展開研討?；谇捌诜抡婺Ｐ停岢鰟討B(tài)降雨強(qiáng)度與膜面傾斜角度的關(guān)聯(lián)性優(yōu)化方案，確保試驗條件貼近實際工況，同時強(qiáng)調(diào)“以客戶需求為導(dǎo)向”的核心原則，為后續(xù)試驗奠定科學(xué)基礎(chǔ)。

科技賦能：現(xiàn)場試驗與數(shù)據(jù)監(jiān)測

在試驗現(xiàn)場，浙大團(tuán)隊實時監(jiān)測膜面徑流速度、積水深度及結(jié)構(gòu)荷載變化，同步記錄整合數(shù)據(jù)。專家領(lǐng)導(dǎo)現(xiàn)場對試驗進(jìn)行觀測討論，試驗結(jié)束后，重新上會提出疑問及意見，以及其他試驗要求，對試驗進(jìn)行技術(shù)升級，萬豪及浙大團(tuán)隊同步響應(yīng)，彰顯快速反應(yīng)能力和強(qiáng)硬的技術(shù)能力。

全景展示：工廠參觀與技術(shù)交流

在試驗間隙，萬豪董事長帶領(lǐng)專家領(lǐng)導(dǎo)參觀我司研發(fā)試驗中心與鋼·膜結(jié)構(gòu)生產(chǎn)車間，不僅讓業(yè)主專家直觀感受萬豪技術(shù)實力，更通過技術(shù)交流深化合作共識。領(lǐng)導(dǎo)代表評價：“從實驗室到工廠，萬豪集團(tuán)全流程精細(xì)化管理、質(zhì)量品控令人信服?！?/p>

04 未來展望——品質(zhì)承諾與行業(yè)標(biāo)桿

本次試驗的圓滿收官，標(biāo)志著我司在大型ETFE氣枕索網(wǎng)結(jié)構(gòu)排水系統(tǒng)領(lǐng)域邁入新階段。未來，我們將持續(xù)深化與行業(yè)高層次團(tuán)隊進(jìn)行產(chǎn)學(xué)研合作，探索行業(yè)領(lǐng)域前沿技術(shù)，為體育場館、會展中心等大型公共建筑提供更安全、高效的鋼·膜結(jié)構(gòu)技術(shù)設(shè)計施工方案。

END