奥运场馆钢结构工程概览一:精彩的空间结构 文章来源:http://www.baofengyuan.com/newshow.asp?id=424
很多人把国家体育场称作是仿生式的网格结构,因为它的外形很像一个鸟儿筑好的巢。它的主体钢结构由24榀格构式钢架组成,它们绕着中央椭圆孔相互交叉布置,形成复杂而规律的空间网格体系。在此基础上,加上以随机方式布置的次构件,最终形成了“杂乱无章”却显得十分自然,宛如金属树枝编织而成的巨大鸟巢。单纯从结构角度看,将格构式钢架用于如此大的跨度并不十分理想,其梁柱连接部位及跨中部位受力均较大,这会导致结构用钢量过大,也使结构永久荷载所占比例过高。因此在2004年曾对设计方案进行过一次调整,即取消了原有的可开启屋盖,并相应扩大了屋顶开口;这样调整仍然保持了“鸟巢”的设计理念,但用钢量减少了22.3%,相应也提高了结构的安全性。“鸟巢”现在建成了,它那具有震撼力的独特建筑造型在国内外引起了巨大反响。这种建筑与结构浑然一体,貌似无序的自由编织而成的结构体系不仅为国家体育场提供了新颖的建筑造型,也为大跨空间结构家族增添了一个富于个性的新成员。
国家游泳中心的钢结构设计方案是以经过适当改良的W-P模型为基础,以多面体的棱为实体构件,形成由空心多面体单元构成的空间网格体系,再以适当的角度进行平面切割,形成平板状的网格结构,以之作为“水立方”的屋顶和墙体的承重结构。这种结构体系新颖、独特,其不规则的复杂形体其实是由相对简单的元素经多次重复形成的,这也是空间结构形态学的杰出创新。
张弦结构是近年来在空间结构方面的重要创新形式。但此前的工程中各种形式的空间张弦结构应用还比较少;此次奥运场馆建设则在这方面取得了重大突破。
国家体育馆屋盖呈波浪形,南北长144m,东西宽114m,采用双向正交张弦结构,是目前世界上跨度最大的双向张弦结构。北京工业大学体育馆(奥运会羽毛球馆)采用净跨度为93m的弦支联方型球面网壳,是目前世界上跨度最大的弦支网壳结构。北京大学体育馆(奥运会乒乓球馆)的矩形屋盖采用由中央球面网壳与两条螺旋形屋脊构成的复杂曲面造型,平面投影93.2m×72m,净跨度为80m×64m,它采用了一种较为特殊的弦支网壳结构——由一系列按辐射方向布置的张弦桁架再加上环向竖直支撑和屋面水平支撑组成,或可称之为矩形平面弦支肋环型网壳结构。