93米弦支穹頂結構創記錄 9100個出風口送微風

    明天，位于北京工業大學校園內的北京工業大學體育館將迎來“好運北京”2007年國際羽毛球邀請賽，接受第一場大賽經驗。藍天白云下的“扁平羽毛球”狀的體育館在秋高氣爽中顯得越發灑脫輕盈，散發出不可抗拒的迷人魅力。

　　北京工業大學體育館主體結構形式為鋼筋混凝土框架結構，屋蓋為空間張弦索撐網殼結構（跨度達93米），支撐于角度等分的圓周（直徑93米）上的36根鋼筋混凝土圓柱上，熱身館屋蓋為單層鋼網殼結構，支撐于角度等分的橢圓（長軸57米、短軸41米）上的20根鋼筋混凝土圓柱上，外裝修以玻璃幕墻、金屬幕墻和石材為主，屋面為金屬屋面板和半透陽光板。
 

　　93米弦支穹頂結構創世界記錄 每平米用鋼60公斤

　　走進工大體育館，穹頂似天寧靜致遠。房頂5道環向鋼索和每環56根徑向鋼拉桿在空中編織成魚網狀??張弦穹頂結構。這種結構的上部是一個球冠頂面的單層網殼，由很多鋼管組成，下部用鋼索撐起來。整個穹頂的內側直徑為93米，外側直徑為98米，再加上兩側懸挑出來的兩翼，總用鋼量不到1200噸，相當于每平米60公斤。而“鳥巢”的用鋼量每平米在400公斤左右，“水立方”每平米也有200公斤。

　　據北京工業大學副校長張愛林介紹，如果用單層網殼支撐這么大的跨度，結構就會很笨重，也會浪費很多鋼材，因此在體育館網殼下面要使用高強度的鋼索進行張拉，將網殼支撐住。最終，體育館鋼結構體系采用了預應力弦支穹頂結構。

　　這一長約150米、寬約120米的鋼結構還創造了世界建筑史上的紀錄???世界上跨度最大的預應力弦支穹頂，最大跨度達93米。

　　巧用預應力 四兩撥千斤

　　據張愛林介紹，預應力弦支穹頂結構是巧用了預應力，從而起到了四兩撥千斤的效果。他解釋說，預應力就是在構件中提前加力來應對鋼結構本身所受到的荷載，包括屋面自身重量的荷載、風荷載、雪荷載、地震荷載作用等等。施加預應力是通過拉緊鋼索來實現的，這和拉弓有異曲同工之處。當弓弦被拉緊時，弓身就會拱起，產生一個向前的力。同理，通過機器拉緊鋼索會使羽毛球館的鋼網架向上拱起，從而產生和外荷載效應相反的力。

　　他說，預應力的施加使羽毛球館擁有輕盈外觀的同時“骨架”也不失堅韌和剛強，同羽毛球、藝術體操這兩個觀賞性和競技都同樣很強的項目所傳達出的柔中帶剛的體育精神不謀而合。

　　北京市設計工程研究院副院長張然說，通過這種形式，場館鋼結構每平方米用鋼量不到100公斤，而普通鋼結構每平方米用鋼量則翻一倍還要多。

　　通風空調系統先進 9100個出風口使風速小于0.2米/秒

　　無論羽毛球比賽，還是藝術體操的帶操比賽，遭遇任何不規則的氣浪，羽毛球和絲帶的運動軌跡都會被改變。特別是羽毛球比賽對風速的要求更高，因為國際羽聯的要求為恒溫26度，送風量不能超過0.2米/秒。而這個風速，幾乎就是“一絲風也沒有”。北工大體育場是怎么保證在流火的八月，把室內溫度降至25攝氏度，風速不能超過0.2米/秒的呢？

　　張愛林道出了個中“奧妙”：采用觀眾席席下送風的空調設計，也就是看臺內增設空調送風管道，讓涼風從觀眾的座椅下面吹出來。每兩個座位下面，有三個直徑各13厘米的送風口，整個體育館中，這樣的送風口共有9100多個。

　　采用這樣的設計有兩個好處:首先是降低了風速。風速大小與出風管道的橫截面積是成反比的，把一個出風口“分解”成了9100多個出風口，風速當然就小了；其次是避免了空調風向對場上運動員的影響。一般體育館空調的送風管道是在屋頂，風從上面吹下來，再吹向四面的觀眾席，冷氣在由上面轉向側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，現在將出風口設計在觀眾席下，回風口設計在兩層觀眾席之間，就避免了渦旋氣流的產生。

　　如此，羽毛球館內比賽場地的風速可以控制在0.2米/秒以下，完全符合國際羽聯的要求。除了保證運動員能發揮最佳的競技水平，也能保證觀眾席的舒適度??觀眾席的溫度在25℃至27℃之間，場內則是26℃到28℃。

　　“在北京最炎熱的八月，在場內觀眾多達7500人的情況下，實現對場館內風速和溫度如此嚴格的控制，這在奧運歷史上是沒有過的�！睆垚哿指毙ｉL說。