外觀如同一顆閃亮的鉆石,還會(huì)隨著太陽在空中照射的角度變化來改變自身顏色……有“沙漠鉆石”之稱的卡塔爾教育城體育場(以下簡稱教育城體育場)于22日晚迎來它在2022年世界杯的“首秀”。
(資料圖)
和其他球迷不同,東南大學(xué)土木工程學(xué)院教授羅斌的關(guān)注點(diǎn)不在球賽。他盯著電視機(jī),不時(shí)捕捉一晃而過的體育場屋頂畫面。
教育城體育場是本次世界杯八大主場館之一,可容納4萬多名觀眾,是首個(gè)全球可持續(xù)發(fā)展評(píng)估系統(tǒng)GSAS認(rèn)證的五星級(jí)體育場。它的屋蓋鋼結(jié)構(gòu)的制作由上海建工(江蘇)鋼結(jié)構(gòu)有限公司負(fù)責(zé),羅斌和東南大學(xué)郭正興教授團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)制定屋蓋鋼結(jié)構(gòu)的建造技術(shù)方案。
“看到體育場為大家奉上精彩的賽事,我們很欣慰?!绷_斌說。
鋼屋蓋無支架施工,高效且節(jié)約
教育城體育場位于卡塔爾首都多哈附近的阿爾賴揚(yáng)教育城,由于特殊的造型設(shè)計(jì),無論白天還是黑夜,這顆“鉆石”都散發(fā)著無與倫比的美麗光澤。
支撐教育城體育場“高顏值”的,是一副堅(jiān)強(qiáng)而輕巧的身骨。羅斌說,教育城體育場采用了預(yù)應(yīng)力技術(shù)的大跨空間結(jié)構(gòu),能節(jié)省結(jié)構(gòu)用鋼量,輕盈地跨越更大的空間。
“該體育場屋蓋為環(huán)形索承網(wǎng)格結(jié)構(gòu),下部的索網(wǎng)承托著上部鋼網(wǎng)殼傳來的重力荷載,并將拉索力傳遞至周圈的外壓環(huán)和立柱,其中索網(wǎng)的預(yù)拉力使屋蓋處于最佳位置,達(dá)到低應(yīng)力的受力狀態(tài)?!绷_斌將該教育城體育場的“奧秘”和盤托出。
建筑結(jié)構(gòu)受外荷載,如重力等的影響,會(huì)造成結(jié)構(gòu)體內(nèi)有的部位受壓,有的部位受拉,如果超出一定范圍,建筑結(jié)構(gòu)就會(huì)損壞,甚至垮塌。所謂的預(yù)應(yīng)力,指的是在結(jié)構(gòu)受外荷載之前,預(yù)先通過技術(shù)措施主動(dòng)在結(jié)構(gòu)內(nèi)建立有利的應(yīng)力,以抵消或者削減外荷載的不利效應(yīng),使建筑結(jié)構(gòu)更“堅(jiān)強(qiáng)”。
教育城體育場屋蓋中的預(yù)應(yīng)力主要分布在索網(wǎng)中。羅斌介紹,國內(nèi)大型體育場的建造中,索承網(wǎng)格結(jié)構(gòu)的應(yīng)用并不鮮見。施工方往往先搭建體育場的立柱,再在看臺(tái)上搭建臨時(shí)支撐架,吊裝鋼網(wǎng)殼,最后安裝和張拉索網(wǎng),來平衡鋼屋蓋的重力荷載。所有施工完成后,拆除臨時(shí)支撐架。
“區(qū)別于傳統(tǒng)建造方式的是,我們此次在教育城體育場首先安裝立柱及柱頂?shù)囊蝗ν鈮涵h(huán),再將索網(wǎng)張拉錨固在外壓環(huán)上,然后吊裝鋼網(wǎng)殼至索網(wǎng)上。”羅斌介紹,這個(gè)技術(shù)路線可以將鋼屋蓋的重力傳遞給索網(wǎng),而外壓環(huán)又可以抵消索網(wǎng)產(chǎn)生的拉力。
精細(xì)化加工,可靠且智慧
建成后的教育城體育場場內(nèi)檐口高50米,最高最大懸挑跨度約61米。要讓這樣一座龐然大物像圖紙上規(guī)劃的一樣不走形,高度還原,挑戰(zhàn)可不小。
“一般來說,建筑結(jié)構(gòu)施工成型后,因?yàn)橐惺苤亓奢d,會(huì)發(fā)生一定程度的變形。我們要克服的挑戰(zhàn)是,將建造過程中結(jié)構(gòu)變形后的尺寸調(diào)校,最后精準(zhǔn)對(duì)標(biāo)圖紙?jiān)O(shè)計(jì)的尺寸?!绷_斌以鋼網(wǎng)殼的吊裝舉例,將鋼網(wǎng)殼吊裝至索網(wǎng)上后,由于重量的顯著增加,索網(wǎng)的位置與形狀發(fā)生很大變化,所以團(tuán)隊(duì)給索網(wǎng)安裝了下拉配重索。而下拉配重索的拉力也有講究,要?jiǎng)偤媚艿窒摼W(wǎng)殼重量對(duì)索網(wǎng)的影響,使得索網(wǎng)最終處于設(shè)計(jì)標(biāo)高。
除了新型建造方式帶來的新挑戰(zhàn),特殊的施工環(huán)境也讓建設(shè)過程必須精益求精。
“卡塔爾高溫炎熱,一般來說,材料升溫后會(huì)膨脹。現(xiàn)場的最高施工溫度會(huì)達(dá)到四十多攝氏度,這對(duì)構(gòu)件的長度會(huì)造成影響。所以我們會(huì)將所需材料構(gòu)件在多高溫度下產(chǎn)生多大的力,需要多長的索長等數(shù)據(jù),告知國內(nèi)的廠家,讓他們據(jù)此轉(zhuǎn)化成當(dāng)?shù)販囟葋砩a(chǎn),以減少因材料膨脹帶來的誤差?!绷_斌說。
鋼結(jié)構(gòu)也是整個(gè)足球場中最重要的一環(huán)。教育城體育場總用鋼量約7000噸。這7000噸鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)、制作,均來自上海建工(江蘇)鋼結(jié)構(gòu)有限公司。該公司綜合辦公室主任曹建烽介紹,鋼構(gòu)件制作工藝的多道工序使用機(jī)加工以保證鋼結(jié)構(gòu)制作精度,同時(shí)采用先進(jìn)的全站儀以及激光跟蹤技術(shù)測量構(gòu)件,并根據(jù)卡塔爾現(xiàn)場的安裝溫度,做溫差補(bǔ)償。
在構(gòu)件制作完成后,公司還進(jìn)行了預(yù)拼裝,以確?,F(xiàn)場安裝質(zhì)量?!拔覀儾捎玫念A(yù)拼裝有實(shí)體拼裝和數(shù)字化模擬拼裝兩種。前者是對(duì)一些精度要求很高的構(gòu)件,進(jìn)行實(shí)體拼裝,以模擬現(xiàn)場安裝的情形,確保安裝質(zhì)量;而后者則是對(duì)于一些龐大而重要的構(gòu)件,使用全站儀進(jìn)行取點(diǎn)掃描,再利用這些數(shù)據(jù)建立模型模擬比對(duì),判斷是否符合建筑標(biāo)準(zhǔn)。利用數(shù)字化模擬預(yù)拼裝技術(shù),可以解決實(shí)體拼裝的場地瓶頸,節(jié)省成本,提高效率。”曹建烽說。