■晨报首席记者陈敏(北京4月20日电)
在25.8万平方米的建筑面积上,玩转4.2万吨钢材,将其如积木般且非常规地搭建成一个奥运会主会场,而且拥有100年以上的使用年限,能在如唐山大地震般的外力下,保持屹立不倒。这样的“鸟巢”,正如英国《泰晤士报》所指出的其建筑学价值那样:测试大量最新技术,一切努力均是为了实现将“表皮”和“建构”融为一体的新建筑梦想。
这个目前世界上规模最大、用钢量最多、技术含量最高、结构最为复杂、施工难度空前的超大型钢结构体育设施工程,从钢结构到膜结构到混凝土结构,施工中每一步,无不是一个又一个世界级建筑难题。“没有先例,没有经验,没有软件……所有的一切,只有靠我们中国人自己的智慧,只有通过自主创新来解决。”北京城建集团国家体育场工程总承包部副总工程师邱德隆说。
要建“鸟巢”先拆“鸟巢”
一项建筑的完成,简而言之为三部曲:设计、零部件加工和安装。记者仔细了解下来,在“鸟巢”的实际建筑过程中,其难度之大,完全超乎人们的想像。
第一道大难关,就来自设计。“鸟巢”之壮美,其中的关键在于它真如鸟巢般异常复杂的结构。可它最初只体现在设计单位提供的150多张图纸上。如何才能将其变成可行性的建筑实体?为此,建筑方先拆“鸟巢”,即进行大量深化设计工作。李久林主持编制了国家体育场工程施工组织设计大纲、施工组织总设计、钢结构安装施工设计等各类施工组织设计和施工方案500多项,并和他的团队用了几个月的时间,经过反复的大量分析、计算与试验研究,最终将这150余张钢结构设计图细化成了两万多张深化设计施工图纸,每一张放大100多倍。为之后“鸟巢”工程施工打下了最牢固的“第一根桩”。
其中的细化程度,难以想像。单就“鸟巢”钢结构构件深化设计部分,参与其中的同济大学钢结构研究人员陈鲁说:“‘鸟巢’钢结构有几万根不同尺寸、不同规格的钢构件,我们需要把每一根钢梁、钢柱的详细尺寸从建筑图纸中单独抽离、划分出来,计算出每一根的数据,提供给构件加工厂家,以便他们进行构件的制作和加工。”陈鲁说,为了完成这一工作,他们还专门编写了相关的设计绘图软件。
同济大学土木工程学院的工程师杨晖柱告诉记者,“鸟巢”的成功离不开之前的深化设计,这是对其理念的体现和技术的实现,对于如此独特、复杂的钢结构超大型建筑,其设计技术、技巧、工具等,在“鸟巢”之前尚无先例。单就这方面而言,如何将“鸟巢”按主次结构编制起来,在设计理论上已是个突破,而在一些针对性软件上的开发,也是中国建筑业方面的新贡献。
精益求精打造“钢筋铁骨”
“鸟巢”最让人折服的一点,就是其整个主结构,那些看似随意搭放的钢条,实际上却没有用一个螺丝钉,完全靠焊接技术将其牢牢连接在一起,且在没有一根传统建筑中必有直柱的前提下,能将整体受力问题合理解决。
其中可是大有奥秘。“鸟巢”工程中关注度最高、技术难度最大的就是钢结构施工。其最大跨度达到343米,相当于200个成年人手拉手的长度,其整体受力点主要集中在24个桁架柱上。什么样的钢能够支撑起如此大的重量和重力?这不仅是中国建筑科学家、设计家们的难题,更是世界建筑界的难题。一种完全由我国自主研发的叫做Q460的高强钢材由此诞生,在受力最大的6个桁架柱的最大受力部位肩负起如此重任,并由此实现了国家体育场全部用钢国产化。