體育館的預(yù)應(yīng)力弦支穹頂結(jié)構(gòu)將內(nèi)部空間“變”大了。不但空間變大了,而且北京工業(yè)大學(xué)體育館還創(chuàng)造了世界建筑史上的一個紀(jì)錄——世界上跨度最大的預(yù)應(yīng)力弦支穹頂,最大跨度達(dá)93米。
路經(jīng)北京東四環(huán)四方橋的西北角,就可以看見一座形似扁平羽毛球狀的體育館在藍(lán)天白云的映襯下,閃耀著輕盈柔和的光芒……今天,這座北京東南區(qū)域中唯一的一座奧運(yùn)場館將正式竣工。10月和12月,北京工業(yè)大學(xué)體育館將接受國際羽毛球邀請賽和藝術(shù)體操國際邀請賽這兩項測試賽的檢驗。而奧運(yùn)會結(jié)束后,它將作為北京工業(yè)大學(xué)兩萬名師生和周邊居住群眾社區(qū)健身、文化活動的中心。
亮點一:世界跨度最大預(yù)應(yīng)力弦支穹頂
北京工業(yè)大學(xué)體育館毗鄰東四環(huán)路,將承擔(dān)北京2008年奧運(yùn)會羽毛球、藝術(shù)體操比賽項目。體育館主要包括比賽館和熱身館兩部分,比賽館高25.9米,熱身館高15.5米。從高空看去,體育館好像一個扁平的羽毛球,熱身館好似羽毛球的球冠部分,比賽館就是羽毛球的羽尾部分,輕盈而美觀。
走進(jìn)體育館,很多人都會有一個錯覺,這個體育館內(nèi)部顯得特別的高大敞亮,難道是它的面積比其他體育館大嗎?北京工業(yè)大學(xué)副校長張愛林解釋說,其實體育館并不是面積大,而是體育館的預(yù)應(yīng)力弦支穹頂結(jié)構(gòu)將內(nèi)部空間“變”大了。不但空間變大了,而且北京工業(yè)大學(xué)體育館還創(chuàng)造了世界建筑史上的一個紀(jì)錄——世界上跨度最大的預(yù)應(yīng)力弦支穹頂,最大跨度達(dá)93米。
張愛林說,在解釋預(yù)應(yīng)力之前,首先要了解奧運(yùn)羽毛球館采用的鋼結(jié)構(gòu)體系——張弦穹頂結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)的上部是一個球冠頂面的單層網(wǎng)殼,由很多鋼管組成,下部用鋼索撐起來。奧運(yùn)羽毛球館的跨度為93米,如果只用單層網(wǎng)殼支撐這么大的跨度,就要大大增加構(gòu)件的截面尺度,結(jié)構(gòu)就會很笨重,也會浪費(fèi)很多鋼材,因此在羽毛球館單層網(wǎng)殼下面要使用高強(qiáng)度的鋼索進(jìn)行張拉,將網(wǎng)殼支撐住。
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。施加預(yù)應(yīng)力是通過拉緊鋼索來實現(xiàn)的,這和拉弓有異曲同工之處。當(dāng)弓弦被拉緊時,弓身就會拱起,產(chǎn)生一個向前的力。同理,通過機(jī)器拉緊鋼索會使羽毛球館的鋼網(wǎng)架向上拱起,從而產(chǎn)生和外荷載效應(yīng)相反的力。通過這種形式,場館鋼結(jié)構(gòu)每平方米用鋼量僅為100公斤,而普通鋼結(jié)構(gòu)每平方米用鋼量要300公斤。
預(yù)應(yīng)力的施加使羽毛球館在擁有輕盈外觀的同時,“骨架”也不失堅韌和剛強(qiáng),同羽毛球、藝術(shù)體操這兩個觀賞性和競技性都同樣很強(qiáng)的項目所傳達(dá)出的柔中帶剛的體育精神不謀而合。
亮點二:觀眾席下暗藏9100個冷風(fēng)口
一個標(biāo)準(zhǔn)重量只有5.5克的羽毛球,遭遇任何不規(guī)則的氣浪,運(yùn)動軌跡都會被改變。所以羽毛球比賽的時候,要求比賽大廳內(nèi)距地面9米內(nèi)的空氣流動速度不能大于每秒0.2米,這樣,羽毛球飛行才不會受到干擾。按照常人的理解,這時候的空氣幾乎是靜止的。那么,奧運(yùn)會比賽正值北京的8月,怎樣既保證把室內(nèi)溫度降到25攝氏度,又不會對比賽造成干擾呢?
張愛林介紹說,9100多個“藏”在觀眾座椅下的出風(fēng)口把一個出風(fēng)口“分解”后,這個難題就迎刃而解了。“體育館采用了觀眾席下送風(fēng)的空調(diào)設(shè)計,也就是在看臺內(nèi)增設(shè)空調(diào)送風(fēng)管道,讓涼風(fēng)從觀眾的座椅下面吹出來。每個座位下面都有直徑13厘米的出風(fēng)口,整個體育館中,這樣的出風(fēng)口共有9100多個。”
采用這樣的設(shè)計有兩個好處。首先是降低了風(fēng)速,同時避免了空調(diào)風(fēng)向?qū)錾线\(yùn)動員的影響。一般體育館空調(diào)的送風(fēng)管道是在屋頂,風(fēng)從上面吹下來,再吹向四面的觀眾席,冷氣在由上面轉(zhuǎn)向側(cè)面的過程中會形成一個渦旋氣流,影響到羽毛球的飛行線路,而將出風(fēng)口設(shè)計在觀眾席下,回風(fēng)口設(shè)計在兩層觀眾席之間,就避免了渦旋氣流的產(chǎn)生。這在奧運(yùn)會歷史上是前所未有的。
現(xiàn)在,羽毛球館內(nèi)比賽場地的風(fēng)速可以控制在0.2米/秒以下,完全符合國際羽聯(lián)的要求。除了保證運(yùn)動員能發(fā)揮最佳的競技水平,也能保證觀眾席的舒適度——觀眾席的溫度在25℃至27℃之間,場內(nèi)則是26℃到28℃。
亮點三:定期健康監(jiān)控永葆“青春”
項目的另外一個重要部分是工程結(jié)構(gòu)的健康監(jiān)控研究。張愛林說,工程結(jié)構(gòu)的全壽命過程和人的全壽命過程類似,都有嬰兒期、青少年期、壯年期、老年期。工程結(jié)構(gòu)隨著使用年限的不斷增加,會出現(xiàn)老化、損傷等情況,結(jié)構(gòu)受到損傷之后,承載力會下降,嚴(yán)重的損傷會使結(jié)構(gòu)處于病態(tài),其安全性、適用性、耐久性就不能滿足國家標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范的要求。如果在這種情況下不采取措施,再遇上地震、大風(fēng)等突發(fā)荷載的情況,結(jié)構(gòu)就很容易被破壞。“所以需要我們經(jīng)常維護(hù)結(jié)構(gòu)的健康,這就是結(jié)構(gòu)健康的概念。我們研究的目的就是要通過監(jiān)控和維護(hù)使結(jié)構(gòu)始終處在一個青壯年時期。”
張愛林解釋說,首先要監(jiān)控影響結(jié)構(gòu)安全的各個參數(shù)變化情況,比如結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度、剛度、位移、振動、預(yù)應(yīng)力損失以及某些地方是否出現(xiàn)裂縫等。現(xiàn)在這些都能通過傳感器的監(jiān)控來做到。根據(jù)這些參數(shù)的變化,還要對它們進(jìn)行系統(tǒng)識別,就像醫(yī)生診斷病人一樣,在了解了病人的癥狀,獲取了那些最有價值的特征參數(shù)后,對癥狀進(jìn)行分析、識別,做出診斷,采取相應(yīng)的措施將結(jié)構(gòu)重新調(diào)整到良好的狀態(tài),比如有了預(yù)應(yīng)力損失,就要及時補(bǔ)償。
·敏捷身手與商業(yè)頭腦的結(jié)合 08/08/14
·穿著隱身衣的歐盟 08/08/14
·中國企業(yè)海外突圍 08/08/14
·盤點奧運(yùn)贊助商:誰吃到這塊超大“蛋糕” 08/08/14
·“吃得咸魚抵得渴” 08/08/14
觀點網(wǎng)關(guān)于本網(wǎng)站版權(quán)事宜的聲明:
觀點網(wǎng)刊載此文不代表同意其說法或描述,僅為客觀提供更多信息用。凡本網(wǎng)注明“來源:觀點網(wǎng)”字樣的所有文字、圖片等稿件,版權(quán)均屬觀點網(wǎng)所有,本網(wǎng)站有部分文章是由網(wǎng)友自由上傳,對于此類文章本站僅提供交流平臺,不為其版權(quán)負(fù)責(zé)。如對稿件內(nèi)容有疑議,或您發(fā)現(xiàn)本網(wǎng)站上有侵犯您的知識產(chǎn)權(quán)的文章,請您速來電020-87326901或來函guandian#126.com(發(fā)送郵件時請將“#”改為“@”)與觀點網(wǎng)聯(lián)系。