哈工大空间结构研究团队先进技术支撑亚冬会开幕式场馆改造与运维

　　近日，第九届亚冬会盛大开幕。美轮美奂的开幕式惊艳世人，而这其中，哈工大运用了科技手段保障了开幕式场馆的安全可靠。

　　第九届亚冬会开幕式场馆改造在哈尔滨国际会展体育中心BC展馆内部增设了座椅看台，同时，为满足开幕式演出的需求，在屋盖上悬挂了大量的灯光、音响、摄像系统。为保障在亚冬会开幕式期间超大跨度屋盖的运行安全，哈工大土木工程学院范峰教授团队运用大跨度复杂结构分析和健康监测技术有效支撑了亚冬会开幕式场馆改造提升工程的顺利进行，并对演出吊挂荷载作用下的大跨度钢结构安全进行了准确评估，为场馆结构的安全评估提供了技术保障。

　　场馆改造依托既有结构先进性

　　秉承“绿色”理念，第九届亚冬会开幕式场馆是由哈尔滨国际会展体育中心既有主展馆改造而成。展馆于2002年由哈工大空间结构研究中心、哈工大建筑设计研究院、黑龙江省建筑设计院联合设计完成，哈工大范峰教授担任钢结构技术总负责人，沈世钊院士为总顾问。

　　展馆结构采用了先进的摇摆支撑预应力张弦桁架结构体系，跨度达到128米，为当时国内最大跨度的空间结构体系。团队利用人字形摇摆柱的支承形式减小桁架温度应力，并加强结构纵向刚度，提出撑杆与下弦拉索垂直方案，有效降低预应力损失，拉索锚固在上弦桁架截面型心，减小桁架端部弯矩；并以张弦桁架体系为依托开展系统分析，获得了该类结构最优设计参数。基于上述创新理念和技术，哈尔滨国际会展体育中心主展馆在承受极端风雪荷载、温度、地震作用方面具有卓越的性能，可适应屋面可变荷载的多种变化。该工程先后获得詹天佑土木工程大奖、全国优秀建筑结构设计一等奖、中建集团科学技术奖一等奖。

128米摇摆支撑预应力张弦桁架结构体系

　　历经二十余载，哈工大空间结构团队牵头设计的主展馆依然保持着领先地位，宽敞的空间、高效的结构、先进的技术为亚冬会开幕式场馆选址提供了最佳方案。

　　健康体检保障复杂结构安全性

　　为了保障第九届亚冬会开幕式顺利进行，在对既有主场馆改造的基础上，还需要保证主场馆屋盖结构在开幕式演出吊挂荷载作用下的安全性和适应性。为此，范峰教授、曹正罡教授团队承担了第九届亚冬会开幕式场馆大跨度屋盖结构演出吊挂荷载可行性分析任务。

基于开幕式演出荷载状态下的屋盖结构响应分析

　　团队联合建研院检测中心有限公司、黑龙江省建工集团有限责任公司、黑龙江省建设投资集团有限公司对开幕式场馆屋盖主体结构的几何信息、物理信息开展了精细化的测量，通过无损检测技术对金属构件的截面、壁厚尺寸（毫米级），金属表面的保护漆膜厚度（微米级）进行了精细测量，对结构的预应力拉索的索力进行了评估预测，采用团队提出的“一致缺陷模态法”模拟场馆屋盖既有的节点、构件最不利的缺陷形式，结合团队建立的大跨度钢结构非线性稳定性分析和验算方法、连续性倒塌分析和评估方法，对结构体系进行了荷载-位移全过程跟踪分析，获得了多种吊挂荷载组合作用下的结构最大应力和位移响应，并通过综合评判，确保在开幕式演出荷载需求下128米跨度摇摆支承预应力张弦桁架体系安全可靠。范峰教授介绍说：“我们不只着眼当下，还运用数字孪生与非线性分析技术，深挖结构安全隐患，为场馆未来的顺利运营提供保障。”

　　动态测量评估观众看台舒适性

　　第九届亚冬会开幕式场馆观众区结构为后增设的钢结构看台，在演出期间，观众存在互动同频激励、进退场大规模人群移动等状态，多种状态下人群激励荷载的作用会使结构产生较大振动，显著影响结构动力特性，甚至可能会引起人激共振的现象。另一方面，结构振动反过来会影响人群的感受，轻者可能使人产生不舒适感，重者可能会导致人们的紧张和恐慌。因此，准确评估观众区人员活动情况下的看台结构的位移和应力变化情况，提前预知观众可能的舒适感受显得非常重要。

基于观众多种状态下的看台结构响应监测

　　团队在开幕式场馆看台区安全性评估工作中，通过布设高频数字化位移和应变测量设备，采用动态测量方法提前对看台人员跳跃、移动、偏置等多种场景实时数据进行采集，采用无人机观众运动图像识别与下部看台结构动态位移数据采集同步监测，捕获了多种人员激励下的结构瞬时最大响应，并结合精细化人员激励数值模拟，对观众一致激励荷载下的结构响应进行了对比分析，基于综合舒适度评价方法评判，确保了开幕式观众区看台结构的安全性和观众的舒适度。（张又元 曹正罡 记者 徐楠 图片由哈尔滨工业大学提供）