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奧運場館鋼結(jié)構(gòu)工程概覽

作者：鋼結(jié)構(gòu)網(wǎng)    
時間：2009-12-23 10:05:39 [收藏]


    　　建筑的空間結(jié)構(gòu)的變化并不是偶然的。隨著時代的發(fā)展，客觀上需要越來越多的大規(guī)模建筑，為了滿足這種需要，大跨度、多功能、形狀復雜、技術(shù)要求高的現(xiàn)代空間結(jié)構(gòu)的建筑技術(shù)應運而生，而這種新的空間構(gòu)成方式的主要語言是“鋼結(jié)構(gòu)”。在北京奧運會申辦成功后，中國開始了大規(guī)模的奧運場館建設，正是這次大規(guī)模的建設為這些新技術(shù)在中國搭設了表演的舞臺。

    說起奧運場館的鋼結(jié)構(gòu)，不能不提到“鳥巢”。它的結(jié)構(gòu)可以用一個“怪”來形容，它已經(jīng)完全擺脫了以往建筑棱角分明的結(jié)構(gòu)樣式，以一種全新的姿態(tài)出現(xiàn)在我們面前。在它身旁的“水立方”也是一個“怪胎”，但它似乎走了與“鳥巢”完全相反的路，不但棱角分明，而且干脆弄成了一個幾何形狀的樣子。它們兩個可以說是奧運工程的典型代表，在建筑樣式方面純粹地表達了建筑求新、求變、求異的傾向，而在更深的屋次上，也在表達著中華民族追求創(chuàng)新的歷史和時代主題。

    精彩的空間結(jié)構(gòu)

    很多人把國家體育場稱作是仿生式的網(wǎng)格結(jié)構(gòu)，因為它的外形很像一個鳥兒筑好的巢。它的主體鋼結(jié)構(gòu)由24榀格構(gòu)式鋼架組成，它們繞著中央橢圓孔相互交叉布置，形成復雜而規(guī)律的空間網(wǎng)格體系。在此基礎上，加上以隨機方式布置的次構(gòu)件，最終形成了“雜亂無章”卻顯得十分自然，宛如金屬樹枝編織而成的巨大鳥巢。單純從結(jié)構(gòu)角度看，將格構(gòu)式鋼架用于如此大的跨度并不十分理想，其梁柱連接部位及跨中部位受力均較大，這會導致結(jié)構(gòu)用鋼量過大，也使結(jié)構(gòu)永久荷載所占比例過高。因此在2004年曾對設計方案進行過一次調(diào)整，即取消了原有的可開啟屋蓋，并相應擴大了屋頂開口；這樣調(diào)整仍然保持了“鳥巢”的設計理念，但用鋼量減少了22.3％，相應也提高了結(jié)構(gòu)的安全性?！傍B巢”現(xiàn)在建成了，它那具有震撼力的獨特建筑造型在國內(nèi)外引起了巨大反響。這種建筑與結(jié)構(gòu)渾然一體，貌似無序的自由編織而成的結(jié)構(gòu)體系不僅為國家體育場提供了新穎的建筑造型，也為大跨空間結(jié)構(gòu)家族增添了一個富于個性的新成員。

    國家游泳中心的鋼結(jié)構(gòu)設計方案是以經(jīng)過適當改良的W-P模型為基礎，以多面體的棱為實體構(gòu)件，形成由空心多面體單元構(gòu)成的空間網(wǎng)格體系，再以適當?shù)慕嵌冗M行平面切割，形成平板狀的網(wǎng)格結(jié)構(gòu)，以之作為“水立方”的屋頂和墻體的承重結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)體系新穎、獨特，其不規(guī)則的復雜形體其實是由相對簡單的元素經(jīng)多次重復形成的，這也是空間結(jié)構(gòu)形態(tài)學的杰出創(chuàng)新。

    張弦結(jié)構(gòu)是近年來在空間結(jié)構(gòu)方面的重要創(chuàng)新形式。但此前的工程中各種形式的空間張弦結(jié)構(gòu)應用還比較少；此次奧運場館建設則在這方面取得了重大突破。

    國家體育館屋蓋呈波浪形，南北長144m，東西寬114m，采用雙向正交張弦結(jié)構(gòu)，是目前世界上跨度最大的雙向張弦結(jié)構(gòu)。北京工業(yè)大學體育館（奧運會羽毛球館）采用凈跨度為93m的弦支聯(lián)方型球面網(wǎng)殼，是目前世界上跨度最大的弦支網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)。北京大學體育館（奧運會乒乓球館）的矩形屋蓋采用由中央球面網(wǎng)殼與兩條螺旋形屋脊構(gòu)成的復雜曲面造型，平面投影93.2m×72m，凈跨度為80m×64m，它采用了一種較為特殊的弦支網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)――由一系列按輻射方向布置的張弦桁架再加上環(huán)向豎直支撐和屋面水平支撐組成，或可稱之為矩形平面弦支肋環(huán)型網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)。

    大型空間鋼結(jié)構(gòu)施工技術(shù)理論化

    空間鋼結(jié)構(gòu)的變化多樣，充分體現(xiàn)了設計師的設計理念，但對施工企業(yè)來說卻是巨大的考驗。在奧運工程建設中，參建單位集思廣益、自主創(chuàng)新，對不同結(jié)構(gòu)形式采用了不同的安裝工藝，在這個過程中，施工企業(yè)和一些專家學者總結(jié)了大量的大型空間鋼結(jié)構(gòu)的施工技術(shù)。

    高空散裝法，是指小拼單元或散件直接在設計位置進行總拼的方法。高空散裝法有全支架(即滿堂腳手架)法和懸挑法兩種。全支架法多用于散件拼裝，而懸挑法則多用于小拼單元在高空總拼或者球面網(wǎng)殼三角形網(wǎng)格的拼裝。國家體育場鋼結(jié)構(gòu)工程正是采用了高空散裝法進行安裝。

    分條或分塊安裝法，是指將結(jié)構(gòu)分成條狀或塊狀單元，分別由起重機吊裝至高空設計位置就位，然后再拼裝成整體的安裝方法。北京奧林匹克籃球館鋼結(jié)構(gòu)工程、國家體育館鋼結(jié)構(gòu)工程都是采用這種方法安裝的。

    整體吊裝法，網(wǎng)架或桁架整體吊裝法，是指網(wǎng)架或桁架在地面總拼后，采用單根或多根拔桿，一臺或多臺起重機進行吊裝就位的施工方法。就地與柱錯位總拼方案，網(wǎng)架或桁架起升后對方(矩)形平面結(jié)構(gòu)在空中需要平移，對圓形結(jié)構(gòu)在空中需要旋轉(zhuǎn)一個角度再下降就位，此方案適合拔桿吊裝。場外總拼方案采用于履帶式、塔式起重機吊裝。這種施工方法在奧運工程鋼結(jié)構(gòu)施工中應用的典型代表是老山自行車館的施工。

    整體提升法，是指將網(wǎng)架在地面就位拼成整體，用起重設備(一般為液壓千斤頂和鋼絞線)垂直地將網(wǎng)架整體提升至設計標高并固定的方法。國家會議中心工程是采用這種方法進行安裝的。

    除了施工方法的系統(tǒng)化、理論化之外，國內(nèi)鋼結(jié)構(gòu)工程施工企業(yè)由于親歷了大型空間鋼結(jié)構(gòu)的施工，在鋼結(jié)構(gòu)施工中的細節(jié)問題方面積累了大量的可參考數(shù)據(jù)和經(jīng)驗，這些對于鋼結(jié)構(gòu)施工企業(yè)今后的發(fā)展，對于中國鋼結(jié)構(gòu)施工整體水平的提升都將產(chǎn)生深遠的影響。

    施工技術(shù)和施工能力大幅度提升

    大型空間鋼結(jié)構(gòu)的施工任務最終落到了施工企的肩膀上，在施工過程中，國內(nèi)的鋼結(jié)構(gòu)施工企業(yè)都表現(xiàn)出了極強的綜合施工能力，多年以來在施工領(lǐng)域的摸爬滾打中積累的施工能力和科技創(chuàng)新能力在奧運工程的建設中大放異彩。不少國內(nèi)的鋼結(jié)構(gòu)施工企業(yè)在奧運建設中承擔了多項工程的施工任務，比如浙江精工鋼結(jié)構(gòu)股份有限公司承擔了國家體育場、天津奧體中心體育場、北京首都國際機場T3航站樓等多個項目。浙江東南網(wǎng)架股份有限公司承擔了國家游泳中心、北京射擊館、沈陽奧體中心體育館屋面系統(tǒng)程等項目。江蘇滬寧鋼機股份有限公司承擔了國家體育場、天津奧體中心體育場等項目。此外，中建一局鋼結(jié)構(gòu)工程有限公司、北京城建精工鋼結(jié)構(gòu)工程有限公司、中鐵建工集團鋼結(jié)構(gòu)公司、北京住總鋼結(jié)構(gòu)工程有限責任公司在奧運工程中也有頗多斬獲。

    奧運工程的施工使這些施工企業(yè)面臨嚴峻考驗，他們憑借在以往施工中積累的技術(shù)和施工經(jīng)驗，化解奧運工程施工中遇到的難題。同時，這些施工企業(yè)普遍采取了科研單位與企業(yè)合作的方式，用科研單位的力量幫助解決施工中的難題。浙江精工鋼結(jié)構(gòu)股份有限公司在國家體育場和首都機場T3航站樓施工中就曾多次邀請專家到現(xiàn)場商討工程施工技術(shù)難題的解決方案。經(jīng)過這樣的過程，參施工企業(yè)的施工能力和理論水平都獲得前所未有的提高，大量的施工技術(shù)理論成果在這些企業(yè)中產(chǎn)生了。

    在奧運場館的建設中，中國開創(chuàng)了在許多國家這還沒有有過的先例。奧運工程的洗禮也使國內(nèi)很多一線的鋼結(jié)構(gòu)施工企業(yè)掌握了先進的鋼結(jié)構(gòu)施工技術(shù)，有了進行大跨度、高難度鋼結(jié)構(gòu)施工的能力，這是國內(nèi)的鋼結(jié)構(gòu)企業(yè)參與奧運工程的收獲之一。但這種收獲還是極為表面的，在更深的層次上，國內(nèi)的鋼結(jié)構(gòu)企業(yè)獲得的是品牌影響力和自信。奧運場館建設中的完美表現(xiàn)，用事實讓所有的人相信，中國企業(yè)可以做工程，而且可以把工程做得很好。



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