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設(shè)計師揭秘綿陽九洲體育館為何“大震不倒”

作者：鋼結(jié)構(gòu)網(wǎng)    
時間：2009-12-22 21:00:22 [收藏]

    在汶川大地震中，綿陽市房屋毀壞嚴(yán)重。但位于綿陽南部的綿陽九洲體育館卻屹立不倒，成了綿陽市及周邊受災(zāi)群眾的避難場所，僅5月13日就收納來自北部及北川縣近3萬人。在建筑物破損嚴(yán)重的綿陽，該建筑因其堅固而備受災(zāi)區(qū)群眾信賴。

    “四川大地震發(fā)生后，最近一段時間，我的心情真的是既緊張又沉重。”坐在北京市建筑設(shè)計研究院A座400會議室內(nèi)，身為北京市建筑設(shè)計研究院結(jié)構(gòu)工程師的周筍用“緊張”、“沉重”兩個詞形容自己最近一段時間的復(fù)雜心緒。作為綿陽九洲體育館的主要結(jié)構(gòu)設(shè)計人之一，在地震發(fā)生后，她像牽掛自己的親人一樣牽掛著九洲體育館的安危，當(dāng)談及處在重災(zāi)區(qū)的它不僅沒有倒塌，而且“堅強(qiáng)”地為數(shù)萬失去家園的災(zāi)民撐起了一片天時，她數(shù)度哽咽。

    結(jié)構(gòu)設(shè)計克服諸多難題

    “我們這個團(tuán)隊對這個館有著深厚的感情，當(dāng)初我們設(shè)計時克服了太多困難，至今記憶猶新，現(xiàn)在看來當(dāng)時的付出都是值得的，令我們感到欣慰?！碧崞鹁d陽九洲體育館，周筍工程師的話匣子一下子就打開了。

    周筍回憶說，當(dāng)時設(shè)計該館首先需要克服的困難是有關(guān)建筑構(gòu)思所帶來的設(shè)計難題。因為該館建筑屋面造型新穎獨特，建筑師和甲方要求結(jié)構(gòu)工程師依據(jù)中標(biāo)方案的原構(gòu)思展現(xiàn)結(jié)構(gòu)的力度美，采用的結(jié)構(gòu)形式空間桿件盡可能少以保證美觀，而這對結(jié)構(gòu)設(shè)計提出了很高的要求。

    對于為何選擇這一建筑構(gòu)思，周筍解釋說，這一構(gòu)思是建筑師提出，經(jīng)綿陽市人民公投選擇的。當(dāng)?shù)氐娜罕姾芟矚g這個場館，由于建筑設(shè)計師提出了彩虹造型與樹葉形狀的設(shè)計，有群眾曾風(fēng)趣地說，北京有“鳥巢”，綿陽有“樹葉”。按照建筑師的構(gòu)思，體育館背靠連綿起伏的丘陵，面向斑竹堰蜿蜒流淌的河水，為了與自然起伏的地形相呼應(yīng)，體育館采用兩片落地拱殼作為屋頂結(jié)構(gòu)，像兩道彩虹劃過天空，從屋頂與觀眾廳之間的縫隙，可以看到建筑背后的天空和山巒。

    “為了追求彩虹飄落山間的效果，必然需要減少支撐座，而支座減少使得如何保證建筑體系的穩(wěn)定性和完整性成了設(shè)計的難點。因為如果固定不好，這兩道彩虹就會像兩只搖籃一樣，一旦發(fā)生地震，建筑本身都可能一起搖晃起來。如何克服這一難題是我們當(dāng)時考慮最多的?！敝芄S說。

    “但這一難題并不是我們遇到的最大難題?！敝芄S告訴記者，在結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中，他們還遇到了一個更大的難題就是勘察報告與實際地質(zhì)條件不相符，這令他們一度感到困惑和茫然，因為勘察報告標(biāo)注的一些原本應(yīng)該很堅硬的地方，經(jīng)過打樁試驗發(fā)現(xiàn)并非如此。經(jīng)進(jìn)一步測試，發(fā)現(xiàn)當(dāng)?shù)氐膸r層并不像勘察報告所描述的那么好，其實際地質(zhì)狀況像沖積的巖層一樣，溝槽特別多。發(fā)現(xiàn)這一問題后他們及時與勘查設(shè)計單位進(jìn)行了溝通，經(jīng)過多方努力后勘察設(shè)計單位最終提供了一份更為詳細(xì)、權(quán)威的勘察報告。

    目的就是要留有一定的安全儲備

    “當(dāng)時真是太難了，這個工程經(jīng)常做到關(guān)鍵環(huán)節(jié)就做不下去了，曾有部分人勸說太難了不要做了?！闭劶爱?dāng)時所面臨的困境周筍皺起了雙眉說。雖然困難但他們并未放棄，為了克服這些困難，他們先后準(zhǔn)備了多套基礎(chǔ)方案，還借鑒了日本2002年世界杯足球賽主館的設(shè)計經(jīng)驗，最終，從拉桿、打樁和做墩子三個方案里確定了墩子方案。

    “墩子方案的選擇也并不容易，這是設(shè)計團(tuán)隊反復(fù)研究后，最終決定采用的既穩(wěn)妥可靠又方便施工的基礎(chǔ)方案?！彼f，為了保證墩子方案的安全性和可行性，他們團(tuán)隊至少演算了四五種方案，其中過程繁瑣而耗時巨大，但目的就是要留有一定的安全儲備，確保萬無一失，防止意外情況下的連續(xù)倒塌。

    九洲體院館的結(jié)構(gòu)設(shè)計得到了業(yè)內(nèi)的認(rèn)可，該館獲得了全國第五屆優(yōu)秀建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計二等獎，這是結(jié)構(gòu)專業(yè)的權(quán)威性大獎，參評該獎項對項目用鋼量有著嚴(yán)格的要求，如果用鋼量達(dá)不到要求連參評資格都沒有。

    四代院總提出超前設(shè)防要求

    記者發(fā)現(xiàn)，九洲體育館能夠經(jīng)受大地震考驗絕非偶然。其中，該院四代總工程師的集體會商和提出的超前設(shè)防要求也是九洲體育館能夠做到“大震不倒”的重要原因。

    對于當(dāng)時的激烈探討場景，周筍至今仍記憶深刻。她說，綿陽當(dāng)?shù)氐脑O(shè)防烈度只有6度，這在進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計時帶來了一定的“迷惑”，對于結(jié)構(gòu)工程師而言，做得最多的事情就是要不斷運算以測算各種結(jié)構(gòu)的安全性，而對于6度設(shè)防地區(qū)而言是不需要進(jìn)行地震力計算的，只需要從措施上予以保證就可以了。但由于該館屬于公共設(shè)施，當(dāng)時四代結(jié)構(gòu)院總工程師??胡慶昌、程懋?、柯長華、齊五輝對此都非常重視，多次參加本工程的方案討論，并多次提醒設(shè)計人員，因本工程支座非常少，一定要防止大震下因支座失效而引起連續(xù)垮塌。

    根據(jù)北京市建筑設(shè)計研究院提供的綿陽九洲體育館技委會方案討論摘要顯示，胡慶昌在技委會上明確提出了三點要求，第一，屋蓋結(jié)構(gòu)因落點少，且分散獨立，在可能的情況下應(yīng)盡量增加基礎(chǔ)聯(lián)系，以增強(qiáng)地震狀態(tài)下基礎(chǔ)的協(xié)同工作，西側(cè)的兩支承點基礎(chǔ)可連為一體，邊拱中間部位的兩個支座也可分別連為一體。考慮拱腳支座位移的影響，僅靠計算不能反映實際支座位移對結(jié)構(gòu)的影響，還需保證拱腳基礎(chǔ)的安全性；第二，能否考慮在跨中設(shè)置通長的橫向桁架，增加結(jié)構(gòu)的空間性能；第三，將聯(lián)系支撐通到下弦。

    程懋?提出，受拱橋橋墩常采用斜樁來抵抗水平推力的啟發(fā)，施工圖設(shè)計也可以考慮采用斜樁這種方式來抵抗支座處的水平推力。同時，對支座位移引起的內(nèi)力進(jìn)行計算，以此為依據(jù)在基礎(chǔ)施工圖中注明支座允許位移值。

    柯長華也明確提出了三方面要求：其一，比較在拱架方向增設(shè)豎向支座，與現(xiàn)行方案的比較；其二，能否增設(shè)地梁，保證拱腳基礎(chǔ)的穩(wěn)定性；其三，建議在靠近拱腳附近增設(shè)支撐。

    與此同時，院總工程師齊五輝作為本項目的主管院總和審定人，對本項目設(shè)計的每一個細(xì)小的環(huán)節(jié)也都進(jìn)行了認(rèn)真的決策和把關(guān)，并對本項目設(shè)計組震后的工作進(jìn)行了全面的指導(dǎo)。

    “四代院總集體參與一個項目的會商并不多見，但正是院總們的超前設(shè)防思維才確保九洲體育館能夠在超越設(shè)防烈度的情況下沒有出現(xiàn)問題，現(xiàn)在它成為受災(zāi)群眾的‘家’。這令我們深感欣慰。”周筍感慨地說。

    規(guī)范設(shè)計施工是建筑質(zhì)量的“生命線”

    九洲體育館經(jīng)受住了地震的考驗，但設(shè)計師的心情依然沉重，不時發(fā)生的余震也時刻牽掛著設(shè)計師們的心。記者看到，周筍設(shè)計師手邊放著一份打印出來的四川局部地區(qū)地圖，在這份地圖上劃著彩色的線并用紅、藍(lán)、黃等彩色圓點標(biāo)注著一些城市。

    周筍告訴記者，黃色的線代表著地震發(fā)生的斷裂帶，彩色的圓點分別標(biāo)注著汶川、綿陽、江油等城市。對于為什么標(biāo)注這些城市，她解釋說，不時發(fā)生的余震令她感受到空前的壓力，雖然對自身設(shè)計的工程有信心，但畢竟有數(shù)萬人在此安家。前一段時間，在江油發(fā)生的余震是最緊張的一次，因為這離九洲體育館僅有40多公里。正是出于這種擔(dān)憂，每次大的余震發(fā)生便會在地圖上標(biāo)注具體位置、震級，然后測一下與綿陽有多少距離。

    除了設(shè)計層面的周全考慮之外，規(guī)范施工也是九洲體育館能夠經(jīng)受住考驗的重要原因。周筍指出，規(guī)范設(shè)計、規(guī)范施工是建筑質(zhì)量的“生命線”?！翱梢哉f，目前我們的抗震規(guī)范還是行之有效的，如果能夠嚴(yán)格按照設(shè)計規(guī)范和施工規(guī)范進(jìn)行設(shè)計施工，不是嚴(yán)重超出當(dāng)?shù)氐脑O(shè)防烈度，建筑的質(zhì)量是應(yīng)該經(jīng)得起考驗的。”

    “當(dāng)我看到很多人被埋在廢墟中時，內(nèi)心不僅是悲傷，更感覺自己身上責(zé)任的重大，蓋結(jié)實、堅固的建筑是每個結(jié)構(gòu)工程師的職責(zé)?！敝芄S哽咽地說。她建議對建筑市場予以進(jìn)一步的規(guī)范，尤其是設(shè)計和施工層面上的規(guī)范。一方面要提高工程建筑的設(shè)防，提高工程質(zhì)量；另一方面，對于標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范要嚴(yán)格執(zhí)行，特別是強(qiáng)制性的標(biāo)準(zhǔn)、安全標(biāo)準(zhǔn)。無論勘察、設(shè)計、施工、監(jiān)理、竣工驗收等都要嚴(yán)把質(zhì)量關(guān)。
    綿陽的九洲體育館是當(dāng)?shù)刈畲蟮陌仓脼?zāi)民的營地。5月24日，一名防疫人員在此進(jìn)行消毒作業(yè)。
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