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　　體育館的預應力弦支穹頂結(jié)構(gòu)將內(nèi)部空間“變”大了。不但空間變大了，而且北京工業(yè)大學體育館還創(chuàng)造了世界建筑史上的一個紀錄——世界上跨度最大的預應力弦支穹頂，最大跨度達93米。

　　路經(jīng)北京東四環(huán)四方橋的西北角，就可以看見一座形似扁平羽毛球狀的體育館在藍天白云的映襯下，閃耀著輕盈柔和的光芒……今天，這座北京東南區(qū)域中唯一的一座奧運場館將正式竣工。10月和12月，北京工業(yè)大學體育館將接受國際羽毛球邀請賽和藝術(shù)體操國際邀請賽這兩項測試賽的檢驗。而奧運會結(jié)束后，它將作為北京工業(yè)大學兩萬名師生和周邊居住群眾社區(qū)健身、文化活動的中心。

　　亮點一：世界跨度最大預應力弦支穹頂

　　北京工業(yè)大學體育館毗鄰東四環(huán)路，將承擔北京2008年奧運會羽毛球、藝術(shù)體操比賽項目。體育館主要包括比賽館和熱身館兩部分，比賽館高25.9米，熱身館高15.5米。從高空看去，體育館好像一個扁平的羽毛球，熱身館好似羽毛球的球冠部分，比賽館就是羽毛球的羽尾部分，輕盈而美觀。

　　走進體育館，很多人都會有一個錯覺，這個體育館內(nèi)部顯得特別的高大敞亮，難道是它的面積比其他體育館大嗎？北京工業(yè)大學副校長張愛林解釋說，其實體育館并不是面積大，而是體育館的預應力弦支穹頂結(jié)構(gòu)將內(nèi)部空間“變”大了。不但空間變大了，而且北京工業(yè)大學體育館還創(chuàng)造了世界建筑史上的一個紀錄——世界上跨度最大的預應力弦支穹頂，最大跨度達93米。

　　張愛林說，在解釋預應力之前，首先要了解奧運羽毛球館采用的鋼結(jié)構(gòu)體系——張弦穹頂結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)的上部是一個球冠頂面的單層網(wǎng)殼，由很多鋼管組成，下部用鋼索撐起來。奧運羽毛球館的跨度為93米，如果只用單層網(wǎng)殼支撐這么大的跨度，就要大大增加構(gòu)件的截面尺度，結(jié)構(gòu)就會很笨重，也會浪費很多鋼材，因此在羽毛球館單層網(wǎng)殼下面要使用高強度的鋼索進行張拉，將網(wǎng)殼支撐住。

　　預應力就是在構(gòu)件中提前加力來應對鋼結(jié)構(gòu)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。施加預應力是通過拉緊鋼索來實現(xiàn)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(chǎn)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(wǎng)架向上拱起，從而產(chǎn)生和外荷載效應相反的力。通過這種形式，場館鋼結(jié)構(gòu)每平方米用鋼量僅為100公斤，而普通鋼結(jié)構(gòu)每平方米用鋼量要300公斤。

　　預應力的施加使羽毛球館在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(shù)體操這兩個觀賞性和競技性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。

　　亮點二：觀眾席下暗藏9100個冷風口

　　一個標準重量只有5.5克的羽毛球，遭遇任何不規(guī)則的氣浪，運動軌跡都會被改變。所以羽毛球比賽的時候，要求比賽大廳內(nèi)距地面9米內(nèi)的空氣流動速度不能大于每秒0.2米，這樣，羽毛球飛行才不會受到干擾。按照常人的理解，這時候的空氣幾乎是靜止的。那么，奧運會比賽正值北京的8月，怎樣既保證把室內(nèi)溫度降到25攝氏度，又不會對比賽造成干擾呢？

　　張愛林介紹說，9100多個“藏”在觀眾座椅下的出風口把一個出風口“分解”后，這個難題就迎刃而解了。“體育館采用了觀眾席下送風的空調(diào)設(shè)計，也就是在看臺內(nèi)增設(shè)空調(diào)送風管道，讓涼風從觀眾的座椅下面吹出來。每個座位下面都有直徑13厘米的出風口，整個體育館中，這樣的出風口共有9100多個。”

　　采用這樣的設(shè)計有兩個好處。首先是降低了風速，同時避免了空調(diào)風向?qū)錾线\動員的影響。一般體育館空調(diào)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(zhuǎn)向側(cè)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，而將出風口設(shè)計在觀眾席下，回風口設(shè)計在兩層觀眾席之間，就避免了渦旋氣流的產(chǎn)生。這在奧運會歷史上是前所未有的。

　　現(xiàn)在，羽毛球館內(nèi)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(lián)的要求。除了保證運動員能發(fā)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(nèi)則是26℃到28℃。

　　亮點三：定期健康監(jiān)控永葆“青春”

　　項目的另外一個重要部分是工程結(jié)構(gòu)的健康監(jiān)控研究。張愛林說，工程結(jié)構(gòu)的全壽命過程和人的全壽命過程類似，都有嬰兒期、青少年期、壯年期、老年期。工程結(jié)構(gòu)隨著使用年限的不斷增加，會出現(xiàn)老化、損傷等情況，結(jié)構(gòu)受到損傷之后，承載力會下降，嚴重的損傷會使結(jié)構(gòu)處于病態(tài)，其安全性、適用性、耐久性就不能滿足國家標準和規(guī)范的要求。如果在這種情況下不采取措施，再遇上地震、大風等突發(fā)荷載的情況，結(jié)構(gòu)就很容易被破壞。“所以需要我們經(jīng)常維護結(jié)構(gòu)的健康，這就是結(jié)構(gòu)健康的概念。我們研究的目的就是要通過監(jiān)控和維護使結(jié)構(gòu)始終處在一個青壯年時期。”

　　張愛林解釋說，首先要監(jiān)控影響結(jié)構(gòu)安全的各個參數(shù)變化情況，比如結(jié)構(gòu)的強度、剛度、位移、振動、預應力損失以及某些地方是否出現(xiàn)裂縫等?，F(xiàn)在這些都能通過傳感器的監(jiān)控來做到。根據(jù)這些參數(shù)的變化，還要對它們進行系統(tǒng)識別，就像醫(yī)生診斷病人一樣，在了解了病人的癥狀，獲取了那些最有價值的特征參數(shù)后，對癥狀進行分析、識別，做出診斷，采取相應的措施將結(jié)構(gòu)重新調(diào)整到良好的狀態(tài)，比如有了預應力損失，就要及時補償。