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奧運場(chǎng)館鋼結構工程概覽

作者：鋼結構網(wǎng)    
時(shí)間：2009-12-23 10:05:39 [收藏]


    　　建筑的空間結構的變化并不是偶然的。隨著(zhù)時(shí)代的發(fā)展，客觀(guān)上需要越來(lái)越多的大規模建筑，為了滿(mǎn)足這種需要，大跨度、多功能、形狀復雜、技術(shù)要求高的現代空間結構的建筑技術(shù)應運而生，而這種新的空間構成方式的主要語(yǔ)言是“鋼結構”。在北京奧運會(huì )申辦成功后，中國開(kāi)始了大規模的奧運場(chǎng)館建設，正是這次大規模的建設為這些新技術(shù)在中國搭設了表演的舞臺。

    說(shuō)起奧運場(chǎng)館的鋼結構，不能不提到“鳥(niǎo)巢”。它的結構可以用一個(gè)“怪”來(lái)形容，它已經(jīng)完全擺脫了以往建筑棱角分明的結構樣式，以一種全新的姿態(tài)出現在我們面前。在它身旁的“水立方”也是一個(gè)“怪胎”，但它似乎走了與“鳥(niǎo)巢”完全相反的路，不但棱角分明，而且干脆弄成了一個(gè)幾何形狀的樣子。它們兩個(gè)可以說(shuō)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(zhù)中華民族追求創(chuàng )新的歷史和時(shí)代主題。

    精彩的空間結構

    很多人把國家體育場(chǎng)稱(chēng)作是仿生式的網(wǎng)格結構，因為它的外形很像一個(gè)鳥(niǎo)兒筑好的巢。它的主體鋼結構由24榀格構式鋼架組成，它們繞著(zhù)中央橢圓孔相互交叉布置，形成復雜而規律的空間網(wǎng)格體系。在此基礎上，加上以隨機方式布置的次構件，最終形成了“雜亂無(wú)章”卻顯得十分自然，宛如金屬樹(shù)枝編織而成的巨大鳥(niǎo)巢。單純從結構角度看，將格構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(huì )導致結構用鋼量過(guò)大，也使結構永久荷載所占比例過(guò)高。因此在2004年曾對設計方案進(jìn)行過(guò)一次調整，即取消了原有的可開(kāi)啟屋蓋，并相應擴大了屋頂開(kāi)口；這樣調整仍然保持了“鳥(niǎo)巢”的設計理念，但用鋼量減少了22.3％，相應也提高了結構的安全性?！傍B(niǎo)巢”現在建成了，它那具有震撼力的獨特建筑造型在國內外引起了巨大反響。這種建筑與結構渾然一體，貌似無(wú)序的自由編織而成的結構體系不僅為國家體育場(chǎng)提供了新穎的建筑造型，也為大跨空間結構家族增添了一個(gè)富于個(gè)性的新成員。

    國家游泳中心的鋼結構設計方案是以經(jīng)過(guò)適當改良的W-P模型為基礎，以多面體的棱為實(shí)體構件，形成由空心多面體單元構成的空間網(wǎng)格體系，再以適當的角度進(jìn)行平面切割，形成平板狀的網(wǎng)格結構，以之作為“水立方”的屋頂和墻體的承重結構。這種結構體系新穎、獨特，其不規則的復雜形體其實(shí)是由相對簡(jiǎn)單的元素經(jīng)多次重復形成的，這也是空間結構形態(tài)學(xué)的杰出創(chuàng )新。

    張弦結構是近年來(lái)在空間結構方面的重要創(chuàng )新形式。但此前的工程中各種形式的空間張弦結構應用還比較少；此次奧運場(chǎng)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(cháng)144m，東西寬114m，采用雙向正交張弦結構，是目前世界上跨度最大的雙向張弦結構。北京工業(yè)大學(xué)體育館（奧運會(huì )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)殼結構。北京大學(xué)體育館（奧運會(huì )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)殼結構――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(chēng)之為矩形平面弦支肋環(huán)型網(wǎng)殼結構。

    大型空間鋼結構施工技術(shù)理論化

    空間鋼結構的變化多樣，充分體現了設計師的設計理念，但對施工企業(yè)來(lái)說(shuō)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，對不同結構形式采用了不同的安裝工藝，在這個(gè)過(guò)程中，施工企業(yè)和一些專(zhuān)家學(xué)者總結了大量的大型空間鋼結構的施工技術(shù)。

    高空散裝法，是指小拼單元或散件直接在設計位置進(jìn)行總拼的方法。高空散裝法有全支架(即滿(mǎn)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(chǎng)鋼結構工程正是采用了高空散裝法進(jìn)行安裝。

    分條或分塊安裝法，是指將結構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構工程、國家體育館鋼結構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(jìn)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)形平面結構在空中需要平移，對圓形結構在空中需要旋轉一個(gè)角度再下降就位，此方案適合拔桿吊裝。場(chǎng)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構施工中應用的典型代表是老山自行車(chē)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(xiàn))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(huì )議中心工程是采用這種方法進(jìn)行安裝的。

    除了施工方法的系統化、理論化之外，國內鋼結構工程施工企業(yè)由于親歷了大型空間鋼結構的施工，在鋼結構施工中的細節問(wèn)題方面積累了大量的可參考數據和經(jīng)驗，這些對于鋼結構施工企業(yè)今后的發(fā)展，對于中國鋼結構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

    大型空間鋼結構的施工任務(wù)最終落到了施工企的肩膀上，在施工過(guò)程中，國內的鋼結構施工企業(yè)都表現出了極強的綜合施工能力，多年以來(lái)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?lài)鴥鹊匿摻Y構施工企業(yè)在奧運建設中承擔了多項工程的施工任務(wù)，比如浙江精工鋼結構股份有限公司承擔了國家體育場(chǎng)、天津奧體中心體育場(chǎng)、北京首都國際機場(chǎng)T3航站樓等多個(gè)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(yáng)奧體中心體育館屋面系統程等項目。江蘇滬寧鋼機股份有限公司承擔了國家體育場(chǎng)、天津奧體中心體育場(chǎng)等項目。此外，中建一局鋼結構工程有限公司、北京城建精工鋼結構工程有限公司、中鐵建工集團鋼結構公司、北京住總鋼結構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(shí)，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。浙江精工鋼結構股份有限公司在國家體育場(chǎng)和首都機場(chǎng)T3航站樓施工中就曾多次邀請專(zhuān)家到現場(chǎng)商討工程施工技術(shù)難題的解決方案。經(jīng)過(guò)這樣的過(guò)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(chǎng)館的建設中，中國開(kāi)創(chuàng )了在許多國家這還沒(méi)有有過(guò)的先例。奧運工程的洗禮也使國內很多一線(xiàn)的鋼結構施工企業(yè)掌握了先進(jìn)的鋼結構施工技術(shù)，有了進(jìn)行大跨度、高難度鋼結構施工的能力，這是國內的鋼結構企業(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，國內的鋼結構企業(yè)獲得的是品牌影響力和自信。奧運場(chǎng)館建設中的完美表現，用事實(shí)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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