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設計師揭秘綿陽九洲體育館為何“大震不倒”

作者：鋼結構網    
時間：2009-12-22 21:00:22 [收藏]

    在汶川大地震中，綿陽市房屋毀壞嚴重。但位于綿陽南部的綿陽九洲體育館卻屹立不倒，成了綿陽市及周邊受災群眾的避難場所，僅5月13日就收納來自北部及北川縣近3萬人。在建筑物破損嚴重的綿陽，該建筑因其堅固而備受災區群眾信賴。

    “四川大地震發生后，最近一段時間，我的心情真的是既緊張又沉重。”坐在北京市建筑設計研究院A座400會議室內，身為北京市建筑設計研究院結構工程師的周筍用“緊張”、“沉重”兩個詞形容自己最近一段時間的復雜心緒。作為綿陽九洲體育館的主要結構設計人之一，在地震發生后，她像牽掛自己的親人一樣牽掛著九洲體育館的安危，當談及處在重災區的它不僅沒有倒塌，而且“堅強”地為數萬失去家園的災民撐起了一片天時，她數度哽咽。

    結構設計克服諸多難題

    “我們這個團隊對這個館有著深厚的感情，當初我們設計時克服了太多困難，至今記憶猶新，現在看來當時的付出都是值得的，令我們感到欣慰。”提起綿陽九洲體育館，周筍工程師的話匣子一下子就打開了。

    周筍回憶說，當時設計該館首先需要克服的困難是有關建筑構思所帶來的設計難題。因為該館建筑屋面造型新穎獨特，建筑師和甲方要求結構工程師依據中標方案的原構思展現結構的力度美，采用的結構形式空間桿件盡可能少以保證美觀，而這對結構設計提出了很高的要求。

    對于為何選擇這一建筑構思，周筍解釋說，這一構思是建筑師提出，經綿陽市人民公投選擇的。當地的群眾很喜歡這個場館，由于建筑設計師提出了彩虹造型與樹葉形狀的設計，有群眾曾風趣地說，北京有“鳥巢”，綿陽有“樹葉”。按照建筑師的構思，體育館背靠連綿起伏的丘陵，面向斑竹堰蜿蜒流淌的河水，為了與自然起伏的地形相呼應，體育館采用兩片落地拱殼作為屋頂結構，像兩道彩虹劃過天空，從屋頂與觀眾廳之間的縫隙，可以看到建筑背后的天空和山巒。

    “為了追求彩虹飄落山間的效果，必然需要減少支撐座，而支座減少使得如何保證建筑體系的穩定性和完整性成了設計的難點。因為如果固定不好，這兩道彩虹就會像兩只搖籃一樣，一旦發生地震，建筑本身都可能一起搖晃起來。如何克服這一難題是我們當時考慮最多的。”周筍說。

    “但這一難題并不是我們遇到的最大難題。”周筍告訴記者，在結構設計過程中，他們還遇到了一個更大的難題就是勘察報告與實際地質條件不相符，這令他們一度感到困惑和茫然，因為勘察報告標注的一些原本應該很堅硬的地方，經過打樁試驗發現并非如此。經進一步測試，發現當地的巖層并不像勘察報告所描述的那么好，其實際地質狀況像沖積的巖層一樣，溝槽特別多。發現這一問題后他們及時與勘查設計單位進行了溝通，經過多方努力后勘察設計單位最終提供了一份更為詳細、權威的勘察報告。

    目的就是要留有一定的安全儲備

    “當時真是太難了，這個工程經常做到關鍵環節就做不下去了，曾有部分人勸說太難了不要做了。”談及當時所面臨的困境周筍皺起了雙眉說。雖然困難但他們并未放棄，為了克服這些困難，他們先后準備了多套基礎方案，還借鑒了日本2002年世界杯足球賽主館的設計經驗，最終，從拉桿、打樁和做墩子三個方案里確定了墩子方案。

    “墩子方案的選擇也并不容易，這是設計團隊反復研究后，最終決定采用的既穩妥可靠又方便施工的基礎方案。”她說，為了保證墩子方案的安全性和可行性，他們團隊至少演算了四五種方案，其中過程繁瑣而耗時巨大，但目的就是要留有一定的安全儲備，確保萬無一失，防止意外情況下的連續倒塌。

    九洲體院館的結構設計得到了業內的認可，該館獲得了全國第五屆優秀建筑結構設計二等獎，這是結構專業的權威性大獎，參評該獎項對項目用鋼量有著嚴格的要求，如果用鋼量達不到要求連參評資格都沒有。

    四代院總提出超前設防要求

    記者發現，九洲體育館能夠經受大地震考驗絕非偶然。其中，該院四代總工程師的集體會商和提出的超前設防要求也是九洲體育館能夠做到“大震不倒”的重要原因。

    對于當時的激烈探討場景，周筍至今仍記憶深刻。她說，綿陽當地的設防烈度只有6度，這在進行結構設計時帶來了一定的“迷惑”，對于結構工程師而言，做得最多的事情就是要不斷運算以測算各種結構的安全性，而對于6度設防地區而言是不需要進行地震力計算的，只需要從措施上予以保證就可以了。但由于該館屬于公共設施，當時四代結構院總工程師??胡慶昌、程懋?、柯長華、齊五輝對此都非常重視，多次參加本工程的方案討論，并多次提醒設計人員，因本工程支座非常少，一定要防止大震下因支座失效而引起連續垮塌。

    根據北京市建筑設計研究院提供的綿陽九洲體育館技委會方案討論摘要顯示，胡慶昌在技委會上明確提出了三點要求，第一，屋蓋結構因落點少，且分散獨立，在可能的情況下應盡量增加基礎聯系，以增強地震狀態下基礎的協同工作，西側的兩支承點基礎可連為一體，邊拱中間部位的兩個支座也可分別連為一體。考慮拱腳支座位移的影響，僅靠計算不能反映實際支座位移對結構的影響，還需保證拱腳基礎的安全性；第二，能否考慮在跨中設置通長的橫向桁架，增加結構的空間性能；第三，將聯系支撐通到下弦。

    程懋?提出，受拱橋橋墩常采用斜樁來抵抗水平推力的啟發，施工圖設計也可以考慮采用斜樁這種方式來抵抗支座處的水平推力。同時，對支座位移引起的內力進行計算，以此為依據在基礎施工圖中注明支座允許位移值。

    柯長華也明確提出了三方面要求：其一，比較在拱架方向增設豎向支座，與現行方案的比較；其二，能否增設地梁，保證拱腳基礎的穩定性；其三，建議在靠近拱腳附近增設支撐。

    與此同時，院總工程師齊五輝作為本項目的主管院總和審定人，對本項目設計的每一個細小的環節也都進行了認真的決策和把關，并對本項目設計組震后的工作進行了全面的指導。

    “四代院總集體參與一個項目的會商并不多見，但正是院總們的超前設防思維才確保九洲體育館能夠在超越設防烈度的情況下沒有出現問題，現在它成為受災群眾的‘家’。這令我們深感欣慰。”周筍感慨地說。

    規范設計施工是建筑質量的“生命線”

    九洲體育館經受住了地震的考驗，但設計師的心情依然沉重，不時發生的余震也時刻牽掛著設計師們的心。記者看到，周筍設計師手邊放著一份打印出來的四川局部地區地圖，在這份地圖上劃著彩色的線并用紅、藍、黃等彩色圓點標注著一些城市。

    周筍告訴記者，黃色的線代表著地震發生的斷裂帶，彩色的圓點分別標注著汶川、綿陽、江油等城市。對于為什么標注這些城市，她解釋說，不時發生的余震令她感受到空前的壓力，雖然對自身設計的工程有信心，但畢竟有數萬人在此安家。前一段時間，在江油發生的余震是最緊張的一次，因為這離九洲體育館僅有40多公里。正是出于這種擔憂，每次大的余震發生便會在地圖上標注具體位置、震級，然后測一下與綿陽有多少距離。

    除了設計層面的周全考慮之外，規范施工也是九洲體育館能夠經受住考驗的重要原因。周筍指出，規范設計、規范施工是建筑質量的“生命線”。“可以說，目前我們的抗震規范還是行之有效的，如果能夠嚴格按照設計規范和施工規范進行設計施工，不是嚴重超出當地的設防烈度，建筑的質量是應該經得起考驗的。”

    “當我看到很多人被埋在廢墟中時，內心不僅是悲傷，更感覺自己身上責任的重大，蓋結實、堅固的建筑是每個結構工程師的職責。”周筍哽咽地說。她建議對建筑市場予以進一步的規范，尤其是設計和施工層面上的規范。一方面要提高工程建筑的設防，提高工程質量；另一方面，對于標準規范要嚴格執行，特別是強制性的標準、安全標準。無論勘察、設計、施工、監理、竣工驗收等都要嚴把質量關。
    綿陽的九洲體育館是當地最大的安置災民的營地。5月24日，一名防疫人員在此進行消毒作業。
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