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水立方鋼結(jié)構(gòu)全球矚目 自然之美被譽物理學(xué)杰作

一座銀光閃閃的方形建筑矗立在北京北辰西路的東側(cè)。乍看之下，人們或許不會將它與湛藍(lán)色的國家游泳中心“水立方”聯(lián)系在一起，然而細(xì)心的人們會發(fā)現(xiàn)，在陽光下熠熠生輝的竟然是用大量鋼架“編織”而成的“水分子”形狀。

沒錯，這就是國家游泳中心“水立方”的筋骨，如今，令人稱羨不已的“水分子”膜結(jié)構(gòu)外衣就是靠這些骨架支撐起來的。

水立方宛如一方由白色鋼結(jié)構(gòu)桿件相互交錯的玲瓏。在鋼筋鐵骨的鳥巢映襯下，透出柔弱的骨感美。不論是在“水立方”方案公布之初，還是竣工之時，湛藍(lán)色的膜結(jié)構(gòu)“外衣”都是人們關(guān)注的焦點，而支撐起這件華美外衣的鋼結(jié)構(gòu)卻很少為人所知。然而，就是這個不為人知的“骨架”卻成為了設(shè)計、施工單位面臨的頭號難題。

都是鋼結(jié)構(gòu)，但“水立方”和“鳥巢”卻大不相同。 “水立方”的鋼結(jié)構(gòu)最大的特點就是不規(guī)則，縱橫交錯中透著一股自然的純美。然而，正是這種自然的不規(guī)則的形態(tài)給焊接帶來了極大的困難?！八⒎健痹O(shè)計單位之一的中建國際（深圳）設(shè)計顧問有限公司總建筑師鄭方開玩笑說，“水立方”的鋼結(jié)構(gòu)是一個“三無工程”――無先例、無規(guī)范、無標(biāo)準(zhǔn)。在設(shè)計、施工時，“水立方”的鋼結(jié)構(gòu)甚至都沒有一個標(biāo)準(zhǔn)的稱謂。

水立方同樣也是全球鋼結(jié)構(gòu)專家的關(guān)注點。水立方的使用的鋼結(jié)構(gòu)被成為泡沫理論，在國外尤其實歐洲成為鋼結(jié)構(gòu)中理論的“解不開的難題”，從最初提出這種模式至今，已有數(shù)千建筑專家為之奮斗了100多年。因此，在水立方施工中遇到的種種困難在預(yù)料之中。水立方宣布將實踐“泡沫理論”后，在全球建筑業(yè)產(chǎn)生了很大的震動。在水立方建設(shè)的同時，全球研究泡沫理論的建筑學(xué)家?guī)缀醵嫉竭^施工現(xiàn)場取經(jīng)，有的甚至來過多次。這些專家都為中國人自主創(chuàng)新的能力由衷欽佩。來自德國的一位專家稱，若干年內(nèi)，水立方將是世界鋼結(jié)構(gòu)泡沫理論的教科書。

水立方的外墻和里層由上千個氣泡組成，為了實現(xiàn)這種不規(guī)則多面體空間鋼框架結(jié)構(gòu)，施工隊需要在空中把一根根鋼桿件當(dāng)成氣泡的邊棱，逐個在空中按照設(shè)計好的位置固定，再與連接邊棱的鋼球焊接，制成氣泡形狀。整個“水立方”鋼結(jié)構(gòu)共使用2萬多個桿件和1萬多個連接球。剛一開始，水立方進(jìn)行鋼結(jié)構(gòu)焊接時，施工單位開始考慮的方法也和鳥巢一樣，在地面操作臺上焊接一部分，再吊裝進(jìn)行整體焊接。但試驗了幾次以后發(fā)現(xiàn)，而要把鋼梁拼成氣泡形狀、找到鋼梁在空中的準(zhǔn)確位置非常困難。

由于水立方的組成部分都是不規(guī)則的多邊形，如果進(jìn)行平面焊接，再吊裝整體組合，多點空中定位連接的誤差不好控制，而且累加的誤差像滾雪球般越積越大，工程質(zhì)量無法保證。工程師們試了GPS定位、激光定位等很多辦法，但工程進(jìn)度總是太慢。即使在焊工們熟練之后，速度也只能提高到每天幾十根。經(jīng)過反復(fù)試驗、摸索，工程師們終于找到了解決方案――中學(xué)幾何里的“一條直線和線外一個點確定一個平面”定理可以就用于桿件定位，新方法頓時讓工程進(jìn)度猛增了3倍。這期間，“水立方”工地匯集了來自全國的頂級焊工，有來自長江三峽工程的，有焊過軍艦好手，甚至鄰居“鳥巢”的優(yōu)秀焊工也被借到了“水立方”工地。從最初的一天幾根，到幾十根，再到最高峰時的200根，2萬根桿件、將近1萬個連接球在20多個專門負(fù)責(zé)對號入座的工人傳遞下，在頂級焊工手里，像堆積木似地快速而準(zhǔn)確地拼插在一起。

(源自：Tom 專稿)
一個賽時建筑面積近8萬平米的場館，如此大規(guī)模的不規(guī)則鋼結(jié)構(gòu)施工，“水立方”的建設(shè)者們僅僅用了10個月的時間便完成了如此高技術(shù)含量的大規(guī)模作業(yè)，在世界建筑史上不能不說是一個奇跡?！斑@樣的工程，在國外實施起碼也要3至5年，只有在我們國家，才能在這么短的時間內(nèi)調(diào)動如此大規(guī)模的優(yōu)秀專業(yè)人才來集中進(jìn)行這樣作業(yè)” ，“水立方”總包單位中建一局集團(tuán)建設(shè)發(fā)展有限公司項目經(jīng)理孫洪莊說。

鋼結(jié)構(gòu)提前一個多月封頂，“水立方”鋼結(jié)構(gòu)到這時才算有了一個名字“空間多面體延性鋼架結(jié)構(gòu)”，鋼結(jié)構(gòu)作業(yè)方法也同“水立方”工程師們的建筑理論一起，被寫進(jìn)了《多面體延性鋼架結(jié)構(gòu)施工管理技術(shù)規(guī)程》。

水立方是首個進(jìn)行支撐結(jié)構(gòu)卸載的奧運工程。都說萬事開頭難，可水立方在詳盡的應(yīng)急預(yù)案、經(jīng)過多次演練的工人和結(jié)構(gòu)健康安全檢測系統(tǒng)的保證下，卸載進(jìn)行得非常順利，最終的卸載結(jié)果優(yōu)于模擬計算分析結(jié)果。在沉降幅度240毫米的理論指標(biāo)下,‘水立方’的實際沉降只有81毫米。

“水立方”鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計和施工震驚了世界，英國《衛(wèi)報》發(fā)表文章稱其為“理論物理學(xué)的杰作”。然而，最讓建設(shè)者們感到驕傲的是,在世界建筑領(lǐng)域內(nèi),從此有了中國人創(chuàng)造的標(biāo)準(zhǔn)。


(源自：Tom 專稿)