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老山自行车馆:飞驰中的科技
http://tech.QQ.com  2008年07月29日14:37   腾讯科技    我要评论(0)

编者注:科技奥运之光 燃亮百年梦想,百集科技奥运故事会由全国科技活动周组委会授权腾讯网首发

科技奥运故事会第二十八集

老山自行车馆:飞驰中的科技(01)

张 欣 主 讲

朋友们,今天我给大家讲的是关于老山自行车馆的故事。老山自行车馆紧邻北京长安街西侧延长线和西五环,是北京2008年奥运会的主要场馆之一。平日里,这座场馆铝合金铺就的圆顶屋面在阳光下熠熠生辉,开车行驶在五环路上,很远就能看到这座独特的建筑。这座位于石景山区的奥运场馆,用地内地势平坦开阔,南边是八角公园、石景山游乐场、击剑中心,东侧为丘陵地貌,风景优美。根据用地地形特点,在设计中采用了圆形的主体与低平的群房相结合的平面布局。33米高的碟形比赛场馆设置在用地的南侧,这样就与西面的五环路之间形成开阔的休憩广场,在五环路上有良好的视觉景观,并且便于奥运比赛时期各种人群的交通组织。与主体相连的群房由南向北延伸,对用地北面进入场馆的观众人流有着很强的引导作用。巨大的碟形场馆屋顶为自行车赛车手头盔的抽象演绎,凌驾于南北贯穿的群房平台之上,给人以气势恢宏的感觉,充分表现出体育建筑特有的性格特点和结构美感。体育馆的建筑面积为33320平方米,地上分成3层,建筑高度达33.80米。赛时可容纳观众6000人,其中3000个是临时坐席。

自行车馆地上的三层中,一层包括正对直径132米的圆盘主场馆的下方、东侧扩展成为矩形的群房及向北延伸的单层条形部分,集中了除赛场以外绝大部分管理、接待、办公、休息、技术支持、设备机房及交通辅助部分。二层是马鞍形主赛场,中间为内场及环绕内场的木制赛道。在赛场7.0米标高处设有环形的休息大厅,休息大厅周边均匀地布置了作为赛场垂直交通枢纽的楼梯、电梯、卫生间等用房。室内休息大厅与场馆外围的室外疏散平台相贯通,便于观众赛后或者紧急情况时的及时疏散。平台与群房屋顶相通,人们可以经由群房外楼梯疏散到地面广场。三层为看台区,除了6000个观众席位,还有赞助商包厢和赛事技术用房。

为满足椭圆形自行车赛道的要求,同时还要兼顾建筑功能,通过多种设计方案比较,最后老山自行车馆的钢屋架采用了轻巧、合理的双层球面网壳结构,钢结构水平投影直径达到150米、跨度133.06米。这个庞大的网壳通过24对人字柱支撑于沿周边均匀分布的24根钢筋混凝土柱顶端,人字形柱顶设置钢结构圈网,并用网壳外挑部分设置圈梁桁架,网壳采用四角链网格。这样的钢结构形式极为少见。

走进老山自行车馆,你的目光会立刻被它巨大的钢结构穹顶所吸引。置身馆内仰望穹顶,你会产生茫茫苍穹被钢架支撑的错觉。老山自行车馆的屋顶是一个弧形圆顶屋面,它的钢结构就像树木的年轮一样从里向外逐圈延伸,从中心最小的“年轮”至最外的大圈跨度达60米。钢圈之间以无数钢架联结,这些鳞次栉比的钢架连接点钢球直径就有一米之多,整个钢屋面总重达到了1400吨。这样大跨度的钢屋顶是在高空完成焊接,还是另有他法?

刚开始的时候,工程师们就如何吊装这个大屋顶曾有不同的方案。有人说干脆上脚手架,在高空完成焊接,这样就完全省去了吊装部分;也有人说可以在场外焊接完后一部分一部分吊装上去。然而这两个方案费时费力。如果采用脚手架的方案,就要从自行车馆内部进行,按照该馆的规模,要完成这项工程,馆内将完全被密密麻麻的脚手架填满。租用如此大规模的脚手架既费事成本又高,所以这个方案没有被采纳。从自行车馆二层中心到屋面最顶点的高度达到了27米,显然对于这样的高度,无论从馆内还是馆外进行吊装难度都是非常大的。

在困难面前总会有一些灵光闪现的时刻。自行车馆成弧形的形状启发了建设者们。这样的形状最合适的方法就是传统的外扩法拔杆式整体提升技术和轨道式移动空间网架型高空作业平台应用技术。简单来说就是像拎锅盖一样把它“拎”起来。说起来简单,可做起来就没那么轻松了。其实说“拎”并不确切,更准确的说法应该是“拱”,而且是从地面一步一步地往上“拱”。这个方案确定后,工程师们把焊接的工作全部移到了地面。

在自行车馆中心原点的位置,钢屋面最中心钢圈开始了焊接工作。焊接完成后,它被拔杆吊升到一定高度,这个高度正好能够保证外围第二个钢圈的焊接工作在地面进行,并且里外钢圈焊连之后形成的弧度与设计弧度完全吻合。在提升之后还要利用倒链纠正网壳的位移和扭转偏差。如此往复,最里层的拔杆被逐渐外撤,钢结构屋面在体积和重量也在不断增加的同时,整体高度也在不断升高。当最外一层钢圈焊接好后,整个屋面已经被升到离安装高度很近的位置了。

在不断的拔升过程中,钢屋面的面积和重量都在不断增加。但是所有的拔升全部采用人力绞磨动力,没有消耗工业能源。最后一次拔升的时候,整个工地的人全都参与配合,就连行政人员也加入其中。700名工人用64台绞磨机,花了四个小时,才将巨大的穹顶安装到位。搭建安装穹顶的整个过程就像我们打开一把雨伞的过程,打开这把巨型的雨伞齐聚了工程部门所有人的努力,不论是设计师的巧思,还是施工人员的辛苦,都在场馆建成的一刻变得更加有意义。

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