特新技术为“水立方”保驾护航

本报讯（记者牟兰） ２００６年年底，国家游泳中心“水立方”的外层膜结构封闭完成，充满魔幻色彩的水蓝色建筑外观整体亮相在我们眼前，在冬日蓝天的映衬下更是显得格外美丽。这座具有梦幻般容貌的建筑物长、宽均约为１７７米，高约３１米，建筑面积达８万多平方米，ＥＴＦＥ气枕覆盖面积约１０万平方米，由三千多个气枕构成，其中，一些气枕跨度达到１０米，是世界上覆盖面积最大、技术难度较高的膜结构工程。由于其结构形式新颖独特，施工中采用了多项自主创新成果以及全新有效的管理办法，为它能够真正地站在世人面前提供了有力的保证。近日，记者有幸采访到了国家游泳中心项目经理部总工程师陈蕾，她告诉记者，在“水立方”施工过程中，不光采用了建设部推广应用的１０项新技术，一些特新技术的应用更是为工程的进展保驾护航。 　　 混凝土搅拌站驻站延伸管理 　　 陈总工告诉记者，为了保证现场混凝土的质量，“水立方”工程对混凝土搅拌站实行了驻站延伸管理。首先对商品混凝土搅拌站进行延伸质量管理，从混凝土各种强度等级的配合比设计、粉煤灰取代水泥量、各种原材料来源、进场，到混凝土的生产、供应过程全程进行监督，并且具体责任落实到人，确保搅拌站为该工程提供合格的商品混凝土。其次，当施工现场拟进行混凝土施工时，驻搅拌站人员会同搅拌站管理人员提前２～４小时对搅拌站的准备工作进行检查，自行检查无误后，再请驻站监理进行核查，确认后方可允许搅拌站开盘，同时通知施工现场做好准备，以便全过程进行监督管理。驻站延伸管理则要求驻站人员必须具有对混凝土原材料、搅拌、出场等相关的经验；驻站工作时间配合施工现场的混凝土施工时间，并由有经验的人员带队；监督采取检查资料、签字、拍照、记录等方法，并及时向驻站监理反应情况。 　　 钢结构综合技术 　　 国家游泳中心屋面及其支撑墙体结构为新型多面体空间钢架结构，整个结构外形为立方体，钢结构高度达３０．５８７６ｍ，外墙的围合厚度为３４７２ｍｍ，内墙为３４７２ｍｍ和５８７６ｍｍ两种，屋面结构为７２１１ｍ。内外表面弦杆为矩形钢管，内部腹杆为圆钢管，内部腹层节点采用焊接球节点，表面弦层节点采用焊接半球节点，边框角线节点以边框为母杆的相贯连接节点，由此形成复杂的空间结构体系。 　　据陈总工介绍，钢结构的特新技术贯穿整个钢结构深化设计、加工制作、安装、焊接和卸载的全过程。钢结构的深化设计主要包括材料及构件类型的归并、杆件与节点的归并、节点深化、安装分区、施工全过程模拟分析及构件加工详图６个方面。ＣＡＭ的制造技术在该工程中大量应用。因为所有内部球节点与杆件均为相贯关系，表面弦亦存在一些方管及矩形管相贯，所以必须利用ＣＡＭ技术，方能保证杆件与板材的优化下料、钢管相贯节点下料及杆件与节点的计算机辅助加工。在该工程中钢材的材质为Ｑ３４５Ｃ、Ｑ４２０Ｃ，均属于国内少见。钢板焊接也为厚钢板焊接技术，大于４０ｍｍ厚的钢板，全部采用焊接球节点，最厚达６０ｍｍ。钢结构屋盖被两道内墙分割成跨度分别为４０ｍ、５０ｍ、１３７ｍ的大跨度钢结构，陈总工说，针对这个工程杆件众多、定位复杂，钢结构屋盖下的混凝土结构标高变化非常多，所以经多方分析最后确定采用了小拼单元＋散拼的安装方法，此方法虽然高空工作量大，但是精度高，最适合该工程钢结构的设计特点。另外，由于游泳馆内潮湿环境，所以对钢结构的防腐及防火涂料的选择、涂装来说是一项巨大的考验。本工程经过消防性能化分析，确定主钢结构只做防腐，其方案为环氧富锌底漆＋环氧云铁中间漆＋丙稀酸聚硅氧烷或氟碳面漆；主钢结构下钢管柱先做防腐，再做防火。钢结构在施工全过程中及竣工后的使用过程中都采取了健康监测的技术。 　　 屋面及墙面ＥＴＦＥ装配系统综合技术 　　 “水立方”美丽的外表让记者不禁想起小时候玩的吹肥皂泡的游戏，咕噜咕噜咕噜……一个个肥皂泡紧密相连。陈总工告诉记者，其实，水立方的外墙和顶棚就是由成千个这样的气泡组成的，其漂亮的外立面效果便是由ＥＴＦＥ膜结构来实现的，与室内的水面交相辉映。 　　国家游泳中心是惟一一个完全由膜结构来进行全封闭的大型公共建筑，无论对设计还是施工、使用都是一个极大的挑战。施工前期先后要针对膜结构的材料性能、声学、光学、热工学等方面进行原型测试，确定了膜材选型及膜结构的深化设计。然后在加工制作中，陈总工介绍到，膜结构是由三千多个气枕组成，气枕是由若干个一定幅宽的ＥＴＦＥ膜材经过裁剪、热合组装而成的，对于每个气枕而言，无论是表面层还是中间层，它都要存在几条热合缝，一个完整的立面或平面的所有气枕的热合缝都是朝着同一个方向并在同一条直线上，这是该工程中最大的技术特点之一。因为所有气枕均具有不可替代性，所以每个气枕都具有一个独一无二的编号。膜材到加工厂后，向电脑输入整理所有的气枕加工信息，通过微机分析、放样，在ＥＴＦＥ激光绘图自动膜加工仪器上进行统一裁剪，最后经过大型密封滑板焊接设备，热合成型组装成为气枕。在现场施工时，首先要保证每组充气系统的气密性。其次在安装过程中，还要对包装折叠、锐角收头等原因产生的皱褶进行热烤或通过调整气阀来消除。 　　国家游泳中心是国内首次采用ＥＴＦＥ膜结构，也是国际上建筑面积最大、功能要求最复杂的膜结构系统。经过对钢结构、膜结构的科研攻关、自主创新和建设实施，使其最终按计划完成了各项工作，达到预定目标。 　 “水立方”按照工期计划，在２００７年底全面建成之后，将与“鸟巢”国家体育场在北京市中轴线北端的两侧形成一方一圆的均衡对称，并且交相辉映，成为迎接奥运会的第二大标志性建筑物。