巨拱怎样形成 细说奥体工程建设难点如何被破解

　　【龙虎网讯】在一块集中区域一次性建设如此庞大的体育建筑组群，其建设难度为国内所罕见。南京奥体中心各场馆不仅在功能上创造了许多全国第一、世界第一，也在建设施工中攻克了一个又一个技术难题。一系列新技术、新工艺、新材料被采用，共有6大类19项技术被列为建设部新技术示范工程。晨报记者将向您揭秘奥体场馆美丽外表下鲜为人知的技术难点。

　　巨拱之重河西如何承受？

　　世界第一斜拱原来是张弓

　　说起奥体中心的“世界第一斜拱”南京市民无人不晓。这双拱与地面呈45度斜角，跨度360米，实际弧长420米，最高点标高65米，宛如一条彩虹悬挂在体育场上空，无论跨度、高度和长度，都堪称世界第一。大拱断面是三角形变钢架，自重1400吨，由一件件单件起吊后，在高空拼装组合，整体落架成型。大拱是整个体育场的“脊梁”，拉起数十条箱形梁组成的中空马鞍形屋面罩棚，罩棚面积达32000平方米，重12000余吨。

　　不久前，大拱的结构设计者江苏省建筑设计院总工程师任家骥揭秘说，“这并不是真正意义上的拱结构，而是一个‘弓’结构”。任家骥告诉记者，因为河西地区地质条件很差，地基不能承受拱结构产生的巨大推力，于是他想到在地下埋设400米长的预应力钢索（共192根），拉住斜拱两端，抵消其产生的巨大推力。在整个结构中，大拱好比是弓，预应力钢索好比是弦，两者结合组成了一个非常稳定的结构。任总工自豪地说，根据目前的检测显示，大拱对地面产生的2万千牛推力全部被钢索平衡，即使受到最不利荷载的影响，拱的最大位移也只有2.6毫米，可谓坚不可摧。

　　大拱怎么竖起来的

　　德国600吨巨型吊机来帮忙

　　2003年底，大拱开始吊装，由于钢屋盖规模巨大，单是两条钢拱就重达2800吨，一般吊机不能胜任吊装任务，于是，建设指挥部从北京请来了一台600吨巨型履带吊机。这台在全国独一无二的“巨无霸”吊机产自德国，自重达570吨。来南京之前，它刚刚完成了国家大剧院的钢结构吊装，就立即被拆零分装到26辆大型货车上，日夜兼程，抵达南京。吊装现场，“巨无霸”吊机高悬起长达48米的主臂，在众人瞩目下，将一根钢梁轻松地吊上屋顶。

　　为了精确记录每一个节点大拱的受力情况，在吊装过程中，大拱都经过特殊的方式铺设了光纤。大拱的“体温”、周边环境的温度、风荷载、雪荷载等一丝一毫的变化都在光纤系统的监测之下。据悉，监测过程持续一年半之久。

　　怎么消除节点焊接残余应力？

　　铸钢节点好像树杈

　　为了使钢屋盖的受力更加合理，结构设计师在钢结构的连接、支座、节点、箱梁断面上都做了调整，比如应用了大量铸钢节点，不仅使施工变得更方便，还消除了节点焊接带来的残余应力。

　　据介绍，应用在主体育场钢屋盖上铸钢节点造型奇特，仿佛一根根树杈似的，最多的“树杈”上竟有11个分支。铸钢节点有8个种类，共814件，其造型各异，因属于立体空间，给木模制作和铸造带来困难，铸钢件总重为1643.3吨。单个最重达7.6吨，一个铸件上支管最多达11根。

　　体育场会塌么？

　　主场屋盖历经三次风洞试验

　　主体育场的钢屋盖是由104根钢箱梁形成的中空椭圆环状马鞍形屋面，和跨越其上的二条向外侧倾斜45度、跨度361.58米的三角形钢管桁架大拱组成。方案设计者巧妙地将倾斜的大拱和长度27米至71.332米不等的屋面悬挑箱梁组合，形成了互为支撑的可靠的结构体系。据吴总工介绍，这个钢屋盖总用钢量为12153吨，单榀主拱重量为1606吨。材料规格33种，构件数量达16565根。

　　由于钢屋盖结构十分复杂，这一方案在世界上都是空白，因此，为保证大拱和钢屋盖受力平衡，吴鼎贤总工建议东南大学、同济大学用4个不同的软件对方案审计、校对、审核，并邀请国内院士、专家、博导审查7次，并且分别在澳大利亚、北京大学、同济大学进行了3次风洞试验，才得出“方案可行”的结论。

　　如何确保建筑群不下沉？

　　奥体地下共埋桩基47000根

　　众所周知，南京河西地区地质软弱，属于软土地基，为防止建筑物和环境工程等出现不均匀沉降，奥体中心共打下钻孔灌注桩、PHC管桩、深层搅拌桩、木桩四类桩共计47000余根。光是主体育场的足球场和跑道下，就打了16000根深搅桩，用以改良地基。而设计师也巧妙地运用了大平台，将原本应该放在地下室的各类暖通电力管道，挪到了7米高的大平台下面。因此，奥体中心成了国内惟一没有做地下室的体育场馆。据总工程师吴鼎贤介绍，取消地下室后，至少为工程节省了几千万元资金。

　　混凝土开裂怎么办？

　　所有建筑预应力没有缝

　　大平台为一个1300米的连续混凝土结构梁板，其温度伸缩变形量大，最大达到140毫米，为保证该结构及与之相接的各种结构和设备管道正常使用，在其与场馆相连的部分设置了3000米的变形缝，但大平台本身却是一片环向不设缝整体圆环。

　　据任总工介绍，南京奥体主体育场周长达904米，却没设一道伸缩缝；周长1315米、宽47米的连接各场馆的大平台，没有设一道伸缩缝；周长近500米的体育馆、最长达250米的游泳馆、最长达170米的网球中心、科技中心都没有设缝，这在世界范围内尚属首例。任总工解释道，因为采用了预应力技术，预应力抵消了混凝土收缩和温度应力引起的力，所以不需要再设伸缩缝来防止混凝土开裂。同时，为防止混凝土在施工和使用阶段出现开裂现象，他们还对混凝土进行了改良，采用了粉煤灰和外加剂双掺技术、部分混凝土中添加了聚丙烯纤维，取得了良好的抗裂效果。

　　体育馆里怎么制冰？

　　24公里制冷管“潜伏”冰场下

　　奥体中心的体育馆有了二块标准人工冰场，因此这里不仅能办国际体操搭台比赛、各种球类比赛，还能举办花样滑冰、短道速滑、冰球比赛。十运会的冰上项目全在南京举行，这也是全运会冰上项目首次在南方城市举行。

　　据介绍，为了制出真冰，体育馆的制冰系统还颇费了一番周折。体育馆内的两片冰场面积都很大，每片冰场大约3个篮球场那么大，怎么才能让这么大面积的地方都结上冰，而且要厚度均匀、软硬度均匀呢？原来，在冰场下埋设了密密麻麻的制冷管道，就像空调机上的氟利昂管道一样，来来回回，平均间距在20厘米左右，这些管子如果拉直，长度有24公里，足可以绕明城墙一圈。

　　场馆屋顶怎样清洗？

　　金属屋面可以自净

　　据介绍，体育场、体育馆、游泳馆、网球中心、科技中心均采用了金属复合屋面，屋面总面积超过12万平方米，其构造能满足防雨、保温、吸声、防雷、耐久、重量轻、耐变形、美观的要求。其面层外层材料主要有铝镁锰合金和铝镁合金，自净能力特好，大拱的红色面板就是这种材料制成的。设计师介绍，一场雨后，大拱上面的灰尘就会随雨水冲走，又变得鲜亮如新了。

　　作者：高利平

　　（来源：南京晨报）