预应力弦支穹顶结构

　　官方网站10月9日讯 明天，位于北京工业大学校园内的北京工业大学体育馆将迎来“好运北京”2007年国际羽毛球邀请赛，接受第一场大赛经验。蓝天白云下的“扁平羽毛球”状的体育馆在秋高气爽中显得越发洒脱轻盈，散发出不可抗拒的迷人魅力。

　　北京工业大学体育馆主体结构形式为钢筋混凝土框架结构，屋盖为空间张弦索撑网壳结构（跨度达93米），支撑于角度等分的圆周（直径93米）上的36根钢筋混凝土圆柱上，热身馆屋盖为单层钢网壳结构，支撑于角度等分的椭圆（长轴57米、短轴41米）上的20根钢筋混凝土圆柱上，外装修以玻璃幕墙、金属幕墙和石材为主，屋面为金属屋面板和半透阳光板。

　　93米弦支穹顶结构创世界记录 每平米用钢60公斤

　　走进工大体育馆，穹顶似天宁静致远。房顶5道环向钢索和每环56根径向钢拉杆在空中编织成鱼网状——张弦穹顶结构。这种结构的上部是一个球冠顶面的单层网壳，由很多钢管组成，下部用钢索撑起来。整个穹顶的内侧直径为93米，外侧直径为98米，再加上两侧悬挑出来的两翼，总用钢量不到1200吨，相当于每平米60公斤。而“鸟巢”的用钢量每平米在400公斤左右，“水立方”每平米也有200公斤。

　　据北京工业大学副校长张爱林介绍，如果用单层网壳支撑这么大的跨度，结构就会很笨重，也会浪费很多钢材，因此在体育馆网壳下面要使用高强度的钢索进行张拉，将网壳支撑住。最终，体育馆钢结构体系采用了预应力弦支穹顶结构。

　　这一长约150米、宽约120米的钢结构还创造了世界建筑史上的纪录———世界上跨度最大的预应力弦支穹顶，最大跨度达93米。

　　巧用预应力 四两拨千斤

　　据张爱林介绍，预应力弦支穹顶结构是巧用了预应力，从而起到了四两拨千斤的效果。他解释说，预应力就是在构件中提前加力来应对钢结构本身所受到的荷载，包括屋面自身重量的荷载、风荷载、雪荷载、地震荷载作用等等。施加预应力是通过拉紧钢索来实现的，这和拉弓有异曲同工之处。当弓弦被拉紧时，弓身就会拱起，产生一个向前的力。同理，通过机器拉紧钢索会使羽毛球馆的钢网架向上拱起，从而产生和外荷载效应相反的力。

　　他说，预应力的施加使羽毛球馆拥有轻盈外观的同时“骨架”也不失坚韧和刚强，同羽毛球、艺术体操这两个观赏性和竞技都同样很强的项目所传达出的柔中带刚的体育精神不谋而合。

　　北京市设计工程研究院副院长张然说，通过这种形式，场馆钢结构每平方米用钢量不到100公斤，而普通钢结构每平方米用钢量则翻一倍还要多。

　　通风空调系统先进 9100个出风口使风速小于0.2米/秒

　　无论羽毛球比赛，还是艺术体操的带操比赛，遭遇任何不规则的气浪，羽毛球和丝带的运动轨迹都会被改变。特别是羽毛球比赛对风速的要求更高，因为国际羽联的要求为恒温26度，送风量不能超过0.2米/秒。而这个风速，几乎就是“一丝风也没有”。北工大体育场是怎么保证在流火的八月，把室内温度降至25摄氏度，风速不能超过0.2米/秒的呢？

　　张爱林道出了个中“奥妙”：采用观众席席下送风的空调设计，也就是看台内增设空调送风管道，让凉风从观众的座椅下面吹出来。每两个座位下面，有三个直径各13厘米的送风口，整个体育馆中，这样的送风口共有9100多个。

　　采用这样的设计有两个好处:首先是降低了风速。风速大小与出风管道的横截面积是成反比的，把一个出风口“分解”成了9100多个出风口，风速当然就小了；其次是避免了空调风向对场上运动员的影响。一般体育馆空调的送风管道是在屋顶，风从上面吹下来，再吹向四面的观众席，冷气在由上面转向侧面的过程中会形成一个涡旋气流，影响到羽毛球的飞行线路，现在将出风口设计在观众席下，回风口设计在两层观众席之间，就避免了涡旋气流的产生。

　　如此，羽毛球馆内比赛场地的风速可以控制在0.2米/秒以下，完全符合国际羽联的要求。除了保证运动员能发挥最佳的竞技水平，也能保证观众席的舒适度——观众席的温度在25℃至27℃之间，场内则是26℃到28℃。

　　“在北京最炎热的八月，在场内观众多达7500人的情况下，实现对场馆内风速和温度如此严格的控制，这在奥运历史上是没有过的。”张爱林副校长说。（范帆）

(责任编辑：小婧子)