近日，由萬豪集團協(xié)同浙江大學張大偉教授團隊共同展開的“大型ETFE氣枕膜柔性索網(wǎng)結構排水試驗”相關工作，經(jīng)過近半年的共同努力，迎來關鍵節(jié)點——5月28日，中建八局、華潤代建、同濟設計院、德國GMP、SBP、重慶賽迪等業(yè)主總包及設計院專家領導組一行蒞臨我司，對試驗成果進行落地驗收，并給予肯定。同時，領導專家組對萬豪集團在試驗當中所做出的貢獻，給予了充分的贊賞和認可。通過全流程優(yōu)化與多方協(xié)同，本次試驗不僅對膜結構設計的排水相關構造進行驗證和優(yōu)化，更展現(xiàn)了產(chǎn)學研深度融合的技術實力。
01 響應設計條件，探索技術邊界——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施，尤為引人注目。項目建成后，將與周邊濕地、湖景風光融為一體，成為太湖新城極具辨識度的地標建筑群，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，由內外圈屋面兩部分組成。外圈桁架屋面由外向內形成外環(huán)、中環(huán)和內環(huán)三道環(huán)梁，其屋面進深東西側51米，南北側25米；內圈為索膜屋面，其屋面進深為30米。外圈屋面的內環(huán)和內圈屋面索壓環(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。
體育場屋蓋鋼結構是一個整體馬鞍形的形體，以最小的形體去適應整體奧體中心體育場的需求，屋蓋結構的最高點為62.200米，最低點為34.900米，高差為27.30米。結構體系采用懸挑桁架+單層輪輻式張拉結構，徑向共有64榀桁架，輪輻式張拉結構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構部位采用雙層單腔ETFE氣枕。ETFE氣枕結構整體平面呈橢圓形，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環(huán)輪輻式張拉結構是全球首例“柔性索網(wǎng)+大型ETFE氣枕”結構形式，在風壓、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，ETFE內膜和索結構的受力狀態(tài)。最終對設計的排水相關構造(如長方向氣枕邊界的排水坡度、水溝容量、擋水構造、水管的落水能力)進行驗證和優(yōu)化。
具體需求
1)體育場內圈屋蓋的排水路線需要進行總體排水試驗論證。
2)內圈 ETFE氣枕和索結構的連接構造，索結構上設置天溝的水密性和適應索變形能力的構造，需要通過專項節(jié)點試驗論證。
針對上述需求，受無錫奧體中心、中建八局委托，萬豪集團牽頭，協(xié)同浙江大學張大偉教授團隊共同展開排水試驗相關工作，同濟設計院、德國GMP、SBP全過程技術支持。
研究目標
1）排水：
內容：體育場內圈屋蓋考慮風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
目標成果：雪、雨最不利組合工況下內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、外圈主水溝的排水效率和積水可能。
2）構造：
內容：內圈ETFE 氣枕和索結構的連接構造，索結構上設置天溝的水密性和適應索變形能力的構造論證。
方法：細部構造縮尺有限元模擬+節(jié)點足尺試驗
目標成果：雪、雨最不利組合工況的變形下對ETFE 膜連接構造的受力和防水構造的影響驗證?，F(xiàn)設計方案的構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行分析，如存在隱患與設計單位討論改進措施。
工作內容
a/足尺有限元分析
1）基于完成態(tài)線模建立內圈膜三維實體結構，將索力計算結果以預應力的方式賦予徑向索結構并考慮恒載，以此作為索結構初始態(tài)模型；
2）建立二次鋼構三維實體模型（如筋板、U 型槽鋼、外天溝等）；
3）將 ETFE 膜結構建為上拱面殼單元，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雪組合荷載，開展靜力計算；
5）基于風雪變形結果，以流固耦合方式施加雨水，分析屋面整體徑流路線，進一步計算積水變形，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果選取危險軸線位置，設計連續(xù)三跨 ETFE 膜及其細部構造精細化縮尺等效模型，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、水泵設計，等效截面構造設計以及縮尺試驗測量系統(tǒng)設計；
3）提取足尺有限元索結構變形形狀，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，指導縮尺試驗；
4）開展縮尺排水試驗，以懸掛重物形式施加風雪荷載達到預變形；
5）施加雨水荷載，測量索膜結構變形與膜面徑流路線、流速與積水量；
6）試驗結果分析，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，并基于試驗結果驗證有限元徑流模型。
c/足尺節(jié)點水密性試驗
1）選取足尺有限元危險節(jié)點位置，設計連續(xù)五節(jié)段細部構造足尺試驗方案，滿足支座等效設計；
2）基于足尺有限元相應位置節(jié)點變形情況，控制足尺節(jié)點變形曲率一致，進行節(jié)點試驗加載方案設計，測量系統(tǒng)設計與布置，試件與裝置加工與安裝；
3）開展足尺節(jié)點水密性試驗，以施加集中荷載形式施加達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）試驗結果報告與問題分析，判斷薄弱接縫點與防水隱患，并與設計院協(xié)商相應改進措施。
03 現(xiàn)場驗收
嚴謹籌備：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)專家領導蒞臨萬豪集團進行縮尺實體排水試驗的驗收。萬豪技術團隊與浙江大學張大偉教授團隊主持召開專項會議，與專家領導圍繞排水系統(tǒng)設計參數(shù)、試驗模擬場景及數(shù)據(jù)采集標準展開研討。基于前期仿真模型，提出動態(tài)降雨強度與膜面傾斜角度的關聯(lián)性優(yōu)化方案，確保試驗條件貼近實際工況，同時強調“以客戶需求為導向”的核心原則，為后續(xù)試驗奠定科學基礎。
科技賦能：現(xiàn)場試驗與數(shù)據(jù)監(jiān)測
在試驗現(xiàn)場，浙大團隊實時監(jiān)測膜面徑流速度、積水深度及結構荷載變化，同步記錄整合數(shù)據(jù)。專家領導現(xiàn)場對試驗進行觀測討論，試驗結束后，重新上會提出疑問及意見，以及其他試驗要求，對試驗進行技術升級，萬豪及浙大團隊同步響應，彰顯快速反應能力和強硬的技術能力。
全景展示：工廠參觀與技術交流
在試驗間隙，萬豪董事長帶領專家領導參觀我司研發(fā)試驗中心與鋼·膜結構生產(chǎn)車間，不僅讓業(yè)主專家直觀感受萬豪技術實力，更通過技術交流深化合作共識。領導代表評價：“從實驗室到工廠，萬豪集團全流程精細化管理、質量品控令人信服。”
04 未來展望——品質承諾與行業(yè)標桿
本次試驗的圓滿收官，標志著我司在大型ETFE氣枕索網(wǎng)結構排水系統(tǒng)領域邁入新階段。未來，我們將持續(xù)深化與行業(yè)高層次團隊進行產(chǎn)學研合作，探索行業(yè)領域前沿技術，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·膜結構技術設計施工方案。
END
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