官方網(wǎng)站3月21日訊 站在北京工業(yè)大學(xué)主辦公樓樓頂俯瞰工大體育館（北京奧運(yùn)會羽毛球、藝術(shù)體操比賽場館），主場館還覆蓋著漁網(wǎng)般縱橫交錯(cuò)的鋼管，旁邊的熱身館已經(jīng)開始外層
鋼結(jié)構(gòu)鋪裝。在陽光下，一明一暗，一陰一陽。
走進(jìn)施工中的主場館，踩在未來的北京奧運(yùn)會羽毛球比賽場地上，仰望直徑93米跨度的
穹頂。腳手架中，動靜之間，天圓地方。
2005年６月開工至今，這個(gè)位于北京工業(yè)大學(xué)東南角的北京奧運(yùn)會比賽場館不聲不響地完成了世界上最大的穹頂鋼結(jié)構(gòu)建設(shè)。沒有鳥巢的雄渾，沒有水立方的靈動，但只要來到羽球館、了解羽球館的人，無不為工大體育館“輕巧”而贊嘆
每平米用鋼60公斤的羽球館
走進(jìn)工大體育館，穹頂似天，籠蓋于四野，無意中，讓人覺得安詳。在這種歸屬感的氛圍中，記者看到了這樣一組數(shù)據(jù)：內(nèi)層直徑93米、外層直徑98米的穹頂，再加上兩側(cè)懸挑出來的兩翼，其用鋼量不到1200噸，相當(dāng)于每平米60公斤。而鳥巢的用鋼量每平米在400公斤左右，水立方每平米也有200公斤。
相較而言，工大體育館只達(dá)到其他場館幾分之一的用鋼量。這不由得讓人提出疑問：和其他奧運(yùn)場館用鋼量相差那么多，羽球館的張弦穹頂結(jié)構(gòu)到底結(jié)實(shí)不結(jié)實(shí)？
其實(shí)，無論在國內(nèi)外，張弦穹頂結(jié)構(gòu)的理論都已得到過驗(yàn)證，并收到了相當(dāng)理想的效果。國際空間結(jié)構(gòu)協(xié)會主席、日本建筑學(xué)會理事川口衛(wèi)教授就曾設(shè)計(jì)過一個(gè)張弦穹頂結(jié)構(gòu)的場館，被他視為得意之作。此后，天津開發(fā)區(qū)的一個(gè)小型社區(qū)體育館也嘗試了這種造型。這兩座建筑的張弦穹頂結(jié)構(gòu)直徑都只有30多米。而工大體育館，要挑戰(zhàn)的是需要5道環(huán)索、直徑為93米的龐然大物。這么大的穹頂結(jié)構(gòu)，靠什么來支撐？
結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)中心
“預(yù)應(yīng)力”體系成就輕巧
隨著民眾將關(guān)注的目光轉(zhuǎn)移到羽球館，“預(yù)
應(yīng)力”一詞越來越多地進(jìn)入人們的視野。工大副校長張愛林說，“預(yù)應(yīng)力”就是在
構(gòu)件中提前加力來應(yīng)對鋼結(jié)構(gòu)本身所受到的
荷載，包括屋面自身重量的荷載、
風(fēng)荷載、
雪荷載、
地震荷載作用等。而張弦穹頂結(jié)構(gòu)，主要采用的就是預(yù)應(yīng)力體系，這種特殊的結(jié)構(gòu)使得屋面豎向荷載轉(zhuǎn)為拉力，
如果您手邊有一張弓，將它垂直放在桌子上，弓弦貼緊桌面。然后在水
平面上轉(zhuǎn)180度。弓背所形成的形狀就是羽球館的穹頂。由于弓弦拉起了弓背的兩端，給它一個(gè)向上的力來和自身重力相抵消，這個(gè)向上的力，就是預(yù)應(yīng)力。1200噸的穹頂，就是依靠這四兩撥千斤的預(yù)應(yīng)力支撐起來的。
早在2002年，工大就做過類似的預(yù)應(yīng)力體系實(shí)驗(yàn)。當(dāng)年，工大正忙于兩個(gè)申請，一個(gè)是申請?jiān)谛?nèi)興建一座奧運(yùn)會比賽場館，一個(gè)是學(xué)科帶頭人張愛林正申請預(yù)應(yīng)力體系的國家科研項(xiàng)目。人說福無雙至今夜至，北工大兩個(gè)愿望都達(dá)成。
招標(biāo)時(shí)，華南理工大學(xué)建筑設(shè)計(jì)院的設(shè)計(jì)牢牢抓住了評委的眼球，也正對了北工大的胃口。二話不說，預(yù)應(yīng)力體系融入張弦穹頂結(jié)構(gòu)，工大體育館定將以“輕”取勝。
實(shí)驗(yàn)證明穹頂承受設(shè)計(jì)荷載達(dá)到3.2倍的重量
現(xiàn)在仍在北工大讀書的博士研究生劉學(xué)春仍舊很清楚地去年春夏間的那個(gè)實(shí)驗(yàn)。2006年4月中旬，一個(gè)比例為1比10的穹頂模型在實(shí)驗(yàn)室里開建，一個(gè)模型就搭了一個(gè)半月。隨后，劉學(xué)春跟著張愛林、再加上六七名同學(xué)鉆進(jìn)了實(shí)驗(yàn)室。開始了繁復(fù)的動力靜力實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證理論計(jì)算，進(jìn)行安全性測試。
實(shí)驗(yàn)開始前，劉學(xué)春和同學(xué)們先要將重要
節(jié)點(diǎn)和構(gòu)件接上“
傳感器”，再連接到試驗(yàn)現(xiàn)場的兩臺計(jì)算機(jī)上。別看只有５道環(huán)索，因?yàn)橹虚g有鋼管相連，牽一發(fā)而動全身，每一步微小的調(diào)整都需要慎之又慎。之后分三次加重，動力靜力實(shí)驗(yàn)還要穿插進(jìn)行。一輪測試下來，至少要一個(gè)星期。
在測試期間，劉學(xué)春緊盯著這個(gè)未來的“工大體育館穹頂”，比較數(shù)據(jù)之間微小的差值。說他們?nèi)炫菰趯?shí)驗(yàn)場不假，劉學(xué)春回憶，當(dāng)時(shí)每天早上八點(diǎn)就進(jìn)場開始實(shí)驗(yàn)，經(jīng)常晚上十二點(diǎn)才出來，倆月下來，盒飯吃了1000多塊錢的。
讓我們來看看工大體育館的數(shù)字：穹頂?shù)臉O限
承載力系數(shù)達(dá)到3.2，也就是說，它能夠承受設(shè)計(jì)荷載3.2倍的重量，一般建筑的極限承載力系數(shù)達(dá)到1就安全。驗(yàn)證的數(shù)據(jù)表明，取“輕”也能達(dá)到更好的效果。
細(xì)處具匠心 巧思出精工
羽球館雖然沒有國家體育場那么恢弘，也沒有水立方那么秀麗，但它處處能體現(xiàn)出工大人的獨(dú)具匠心。
在穹頂結(jié)構(gòu)中，連接５道環(huán)索的，是編織成漁網(wǎng)般的鋼管。而在這編織結(jié)構(gòu)中，有102個(gè)萬向可伸縮節(jié)點(diǎn)。所謂萬向可伸縮節(jié)點(diǎn)，就是將環(huán)索和“漁網(wǎng)”交叉點(diǎn)的“死扣”改成“活扣”。
而“活扣”的作法，就是將
固定節(jié)點(diǎn)分成兩半，頂部固定的部分開凹槽，而底部的一部分則做成半球狀，類似于人的關(guān)節(jié)。兩個(gè)一套，受力性能更好，對建筑來講更安全。這個(gè)一分為二的“活扣”，還在去年申請了專利。
您可能看不到這個(gè)萬向可伸縮節(jié)點(diǎn)，但如果現(xiàn)在路過工大南
門，您還能看到主場館上頭覆蓋的鋼管“漁網(wǎng)”。 在以前的穹頂結(jié)構(gòu)建筑中，連接環(huán)索的都是單根徑向索。而北工大考慮到環(huán)索的
強(qiáng)度本身要比鋼管高4到5倍，為了讓穹頂更安全、材料更匹配，每個(gè)連接處都接了兩根
拉桿，構(gòu)成更加穩(wěn)定的V形結(jié)構(gòu)。建筑學(xué)家對工大體育館“不是以柔克剛，而是剛?cè)岵?jì)”的說法，就是由此而來。
伴隨著羽毛球館一起成長的，還有一本名為《
預(yù)應(yīng)力鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》的小冊子。從２００４年到2006年，這本技術(shù)規(guī)程歷時(shí)三載，六易其稿，終于在去年年底出版。
在此之前，國內(nèi)并沒有一本用來規(guī)范預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)體系的技術(shù)規(guī)程，深圳會展中心建設(shè)時(shí)，也采用了預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)，但只能用一般的鋼結(jié)構(gòu)規(guī)程，沒有足夠的技術(shù)規(guī)范。
張愛林一直有編纂這本規(guī)程的想法。借著建設(shè)工大體育館這個(gè)難得的機(jī)會，他和另外一名工大教授陸賜麟開始，并將規(guī)程初稿寄給了全國40多位專家，沒想到的是，他們收到了眾口一詞的評價(jià)，專家用“正當(dāng)其時(shí)”來形容技術(shù)規(guī)程所填補(bǔ)的空白和帶來的巨大推動作用。
在2005年11月，鋼結(jié)構(gòu)專家聚集中國鋼結(jié)構(gòu)協(xié)會年會，請張愛林就工大體育館做了專題報(bào)告。他就在會上推出了這本技術(shù)規(guī)程的初稿和萬向可伸縮節(jié)點(diǎn)的想法，86歲的老專家鐘善桐激動地拍著張愛林的肩膀：“你們北工大給中國鋼結(jié)構(gòu)發(fā)展做了兩件像樣的事，真是不易啊。”
說是申請專利，說是填補(bǔ)空白，其實(shí)這一切，只出于北工大人的巧思。
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