   李文建
康伟 张恒利 |
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我和我的祖国 |
“折扇”：原汁原味中国造
“国家体育馆工程从设计概念、施工图纸、工程建设到材料设备选用，全部是我们中国人自己独立完成的，是原汁原味的‘中国货’！”讲这番话时，北京城建集团国家体育馆工程总承包部常务副经理李文建充满了骄傲。
国家体育馆坐落在北京中轴线上，位于国家游泳中心“水立方”的北侧，其超凡脱俗的“折扇”造型在让人感受到现代高科技冲击的同时，又能领略到中国传统文化的古朴优雅。在2008年奥运会上，体操、手球、蹦床和残疾人篮球等比赛将在这里举行。
在国家体育馆施工过程中，建设者们曾遇到过不计其数的技术难关，但他们没有退缩、凭借扎实的科研能力和坚韧不拔的毅力，把这座现代化体育馆从图纸变为现实。
为了使体育馆的造型既美观又节省材料，建设者们突破性地采用了“大跨度双向张弦空间结构”钢屋架。这种结构的顶部呈波浪形，好像一把打开的中国传统折扇，其南北长144米，东西宽114米，是国内最大的双向张弦超大跨度空间结构。这种结构如同一张拉开的弓，上部刚性较大的抗弯构件（通常为拱或者杭架）好比弓的拱，下部的柔性构件（通常为钢索）恰似弓的弦。整个屋架在被“十”字形交叉的钢索牵拉下，在满足屋顶结构体系受力要求的同时，也实现了优美的几何造型。
出色的钢屋架设计出来了，但要把这重达2800吨的庞然大物安装到位又成为难题，不过这难不倒奥运场馆的建设者们。为了让整个屋架的安装平稳到位，他们采用了“累积滑移”技术，用9个“机器人”（爬行器）同时进行施工，将重2800吨的钢屋架成功滑移到位，创造了目前空间跨度最大的双向张弦钢屋架结构体系使用“机器人”滑移的新纪录。
“施工过程中，这样的问题遇到不少，我们都凭借自己的力量解决了。”李文建对记者说。据了解，在国家体育馆的施工过程中，新的科研成果层出不穷：有复杂型钢混凝土框架结构施工技术，它可以减少柱子截面面积，增加建筑空间；有尚无国家技术标准的“看台板清水混凝土一次成型”技术，这使得体育馆的内部景观典雅质朴；还有能够变废为宝的“钢渣配重回填”技术，倡导绿色能源的“屋顶大型太阳能板”等。
“我们有压力，但我们更有信心！”在距预定工期还有一年左右时间时，李文建向记者道出了建设者们的心声：“国家体育馆这把精美的‘折扇’一定会如期落成，2008年奥运会上，它将给全世界人民一个惊喜。”
“水立方”：世界标准我们定
“当钢结构安装遇到困难时，我们急得几天睡不着觉。”谈起工程建设初期的困难，北京市国有资产经营有限责任公司奥运办主任康伟眼前便浮现出那些战斗的日日夜夜。
坐落在北京中轴线上的国家游泳中心堪称世界建筑史上的奇迹,其四方形建筑体内揉进气泡结构的表象,使“水立方”凸显出无边的浪漫,而形体上的极端简洁和表现上的极端丰富又给人们带来全新的感官体验。虽然在把这些先进构想转化为现实的过程中,种种从未遇到过的技术难题一再摆在工程建设者们面前,但是凭着自主创新精神,这些困难却无法阻止工程建设者们前进的步伐。
“‘水立方’的自主创新成果有很多,在钢结构安装上,我们就有很大突破。”康伟介绍说。在最初开始安装钢结构时,建设者们采用了传统的“先拼装小单元,然后整体吊装”的办法,但在实际施工过程中人们发现,“水立方”的钢结构由三万多个不同的球形和杆型构件组成,构件之间的连接点既多又不规则,安装起来十分困难,“如果按照原有的进度,到2010年也装不完”。在困难面前,建设者们没有退缩。他们组织工程师们深入工地,与现场安装工人一起大搞科研攻关。
经过现场科研攻关,建设者们找到了“安装灵感”:他们预先把一个球和一根杆组合成一个易于安装的构件,形状好像一根“火柴棍”,然后再组装这些“火柴棍”。康伟举例说:以三角形为例,如果三个边的长度确定了,那么这个三角形就确定了。同时,如果三角形两个底角的位置确定了,只要再确定最上面的角,那这个三角形在空间中的位置就确定了。这样,三维空间中的定位问题被简化成了二维平面的定位问题,施工速度也大大加快。
“从去年10月份全面采用这种新的安装方法以来,我们从原来每天安装两三个构件,到后来每天安装200多个构件,大大提高了效率。”康伟说。据了解,今年6月,水立方整体钢结构已经成功卸载,在沉降幅度240毫米的理论指标下,‘水立方’的实际沉降只有81毫米,取得了惊人的成功。让建设者们感到骄傲的是,在世界建筑领域内,从此有了中国人创造的标准。“以‘水立方’中的‘气泡’(气枕)为例,我们的气枕最小的不过1平方米,最大的要70多平方米。这些气枕在制造和安装之前,在国内和国际上都没有标准可循,但这次我们在设计、施工中通过多方面的探索,已经取得了一系列科研成果,并制定出一系列标准,填补了建筑工艺中相关空白。”康伟说。类似这一类被新创造出来的的标准成果还有很多,如多面体钢结构的施工和验收标准,新型脚手架的施工和验收标准,室内环境、结构健康安全检测标准等。
“我们有信心为奥林匹克史留下一座精彩的、流淌着中国人智慧的‘水立方’!”康伟坚定的语气,让我们看到了一种信念。
“鸟巢”:中国钢铁铸脊梁
“国家体育场钢结构的成功卸载,标志着‘鸟巢’依靠自己的力量站起来,‘鸟巢’施工中的最大难题已被我们解决。”在‘鸟巢’钢结构成功卸载后,国家体育场有限责任公司副总经理张恒利激动地对记者说。
“鸟巢”是人们对国家体育场的习惯性称呼,它的形状如同一个孕育生命的“巢”,其外罩由不规则的钢结构构件编织而成。支撑鸟巢的24根主桁架柱,既是建筑结构,又是建筑物的外观。
如何将这个特立独行的创意变成现实是一个难题:鸟巢结构设计新颖,马蹄形屋顶最大跨度达到333米,总重量达到4.2万吨,其中钢构件造型也非常奇特,有H型、T型,还有弯曲扭转型等,对这种构件安装,无论是焊接还是吊装,在国际上还从未有先例。这对于工地建设者们是一个严峻的挑战。
在施工中人们发现,由于“鸟巢”的跨度大,如果用传统低强度钢材,将使钢材断面增大,在焊接时容易出现问题,质量难以得到保证。2005年,工地建设者开始自主研发,为“鸟巢”量身定做了“Q460”钢材。“Q460”是一种低合金高强度钢材,它在受力强度达到460兆帕时才会发生塑性变形,但这种钢以前从未在国内生产过。“在半年多的时间里,我们前后进行了3次技术攻关,最终获得成功。”张恒利说。如今托起“鸟巢”最关键的“肩部”结构的,正是我们自己研发制造的“Q460”钢材,它具有良好的抗震性、抗低温性和可焊性。随着“Q460”高性能钢材的研制成功,“鸟巢”所用钢材全部实现了国产化。
张恒利介绍,为了确保工程质量,“鸟巢”项目公司和总包单位针对钢结构工程的特点建立了专项质量管理体系,并制定了工厂加工、现场拼装、现场吊装等质量控制标准,使现场每道工序、每条焊缝质量检测都有章可循,严格把关。
在“鸟巢”施工建设中,有关单位集中了国内相关专业最前沿的科技研发力量,解决了从结构设计到施工工艺中的一系列疑难课题,如《大跨度结构温度场计算方法研究》、《桁架柱复杂节点设计方法研究》、《Q460E―Z35厚板焊接技术及应用研究》、《矩形钢管永久模板混凝土斜扭柱施工技术及应用研究》等,这一大批科研成果的推出,不仅确保了“鸟巢”工程的高质量,而且填补了多项国内空白,为国内建筑业整体水平的提高积累了宝贵经验。
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