[新聞] 揭開“鳥巢”膜結構的面紗

看板Olympics_ISG作者newline (漫長的等待與相遇)時間17年前 (2007/09/22 13:25)推噓0(0推 0噓 0→)

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揭開“鳥巢”膜結構的面紗鳥巢效果圖﹐白色部分為膜結構談起具有膜結構的奧運場館﹐我們首先想到的往往是淡藍色的“水立方”。但您是否知道﹐另一座標志性的奧運場館──國家體育場“鳥巢”也有膜結構。不同於“水立方” 全部被膜所包裹的形式﹐“鳥巢”的膜結構位於屋蓋的位置﹐為觀眾“擋風遮雨”。那麼 ﹐“鳥巢”的膜結構具有怎樣的特點﹖膜材料又是如何被安裝上去的﹖隨著參與膜結構工程的專家的介紹﹐“鳥巢”膜結構的面紗開始被慢慢揭開…… 兩層薄膜輕掩鋼骨承建“鳥巢”膜結構工程的是北京紐曼帝萊蒙膜建築技術有限公司和一家德國公司組成的聯合體﹐紐曼帝萊蒙公司的董事長廖揚給記者介紹了“鳥巢”膜結構的總體情況。據介紹﹐膜結構共分為兩層﹐最外層為屋面圍護膜﹐第二層為聲學吊頂膜。屋面圍護膜由1024個膜片組成﹐總面積約42000平方米﹐最大膜片的單元面積約250平方米﹐最小膜片為5平米﹐使用的膜材為ETFE膜。這種膜材相信大家都很熟悉﹐因為國家遊泳館“水立方”使用的正是這種材料。不同之處是“水立方”為充氣的氣囊式ETFE膜﹐ 而“鳥巢”則是單層張拉的ETFE膜。而第二層的聲學吊頂膜﹐分為下部聲學吊頂、看台聲學吊頂和內環聲學吊頂三部分﹐ 由1044個膜片組成﹐總面積約53000平米﹐使用的膜材為單層的PTFE膜。為什麼要這樣安排兩種膜的順序﹖曾經作為專家顧問參與過“鳥巢”膜結構工程論証工作的中國建築科學研究院的趙西安教授解釋說﹐ETFE膜具有超強的耐紫外線的功能﹐耐久性非常好﹐能夠抵抗風雨的侵蝕和紫外線的照射﹐所以把它放在最外層。但這層膜是透明的﹐陽光可以幾乎毫無阻攔地穿過它﹐讓觀眾長時間地暴露在陽光下顯然是不行的﹐於是就需要第二層膜──不透明的PTFE膜來起到遮擋作用。另外﹐PTFE膜還具有吸聲作用﹐可以用它來減少噪音和對周圍環境的影響。由這些不透明的膜將鋼架遮擋起來﹐也可讓觀眾更好地將注意力集中在比賽上﹐以營造更好的比賽氣氛。據了解﹐“鳥巢”的膜結構並不是覆蓋全身﹐而主要是集中在屋面的位置﹐一直延伸到其“肩部”下面一點。廖揚說﹐在原設計中﹐“鳥巢”的膜結構就不是舖到底的﹐這樣做的原因﹐一方面是可以節省費用﹐另外也使體育場內的有更好的通風條件。那麼﹐為什麼要給“鳥巢”的屋面舖上膜﹐而不是其他的材料﹖趙西安說﹐當然﹐用鋁板或玻璃板做材料也可以﹐但選用膜可以大大地減輕鳥巢的負擔﹐因為鳥巢的跨度大﹐ 用鋼量也大﹐輕質的材料可以減輕它的負擔﹐因為膜一平方米也就幾公斤的重量﹐比起采用玻璃一平方米幾十公斤的重量﹐整個體育館幾萬平方米的覆蓋面積﹐其減輕的重量是一個不小的數字。那麼﹐這些膜是如何安裝上去的﹖ 給鳥巢裝上“窗戶” 廖揚說﹐簡單地講﹐給“鳥巢”裝膜就好象做窗戶一樣﹐先制作一個由鋁合金和不鏽鋼制成的金屬框﹐然後將膜放置到金屬框中。然後通過它與“鳥巢”主體鋼結構之間固定的邊界來銜接﹐由一套夾具系統將金屬框連接在鋼結構主體上。據介紹﹐在安裝時﹐工作人員通過垂直運輸的工具﹐比如吊車或者滑輪組﹐將制作好的膜材料打成卷﹐運送到它需要安裝的位置﹐將卷打開﹐先進行一些初步的連接﹐然後開始給膜施加預張力。施加預張力是膜結構安裝中最重要的一環﹐說白了﹐就是把膜給拉緊。這就好比鼓皮一樣﹐鼓皮是軟的﹐如果不繃緊的話﹐鼓棰一敲很容易破掉。繃的越緊﹐ 鼓就越有勁﹐膜結構也一樣。進行初步連接以後﹐工作人員就會沿著膜的四邊﹐用施力的工具﹐把它給拉過來﹐施加預張力﹐使其張的特別緊之後﹐再固定住﹐整個膜的安裝就完成了。據了解﹐為了滿足排水的需要﹐工作人員還需要在鋼結構主體上﹐圍繞安裝膜的單元格焊一圈排水天溝﹐外圍的ETFE膜和排水天溝直接相連。由於ETFE膜是透明的材料﹐不能承受很大的強度﹐所以工作人員通過給它增加輔助的支撐系統﹐比如鋼樑和索網﹐來增加它的水平鋼度﹐提高其抵抗外力的能力。設計過程優化創新 “鳥巢”膜結構在設計工作中經過了不斷的優化和創新﹐使設計更加合理﹐更能適應新的變化。廖揚說﹐在原來的設計中﹐ETFE膜在每個單元中都若幹個小鋼拱﹐將單層的ETFE膜撐起來﹐變成一個向上的凸面。聯合體對這個設計進行了研究和論証﹐認為這個上浮的弧面不符合“鳥巢”的現實情況。假如體育場的屋面全部是平的﹐這時將膜拱起的話﹐增加了坡度﹐有利於解決積水和積雪的情況。但現實的情況是﹐“鳥巢”的屋面不是平的﹐單元格的最小坡度都有9度﹐ 利用它的自然坡度已經足夠。假如此時再將膜拱起的話﹐一面的坡度雖然會增加﹐但同時另一面的坡度卻大大減小﹐對於解決積水和積雪的問題非常不利﹐有畫蛇添足之嫌。最後﹐聯合體說服業主和總包商﹐將ETFE膜由凸面的設計改為平面﹐利用其自然坡度 ﹐更好地排水和防積雪﹐而且還節省了很多費用﹐更經濟﹐也更有效。這是聯合體接觸膜結構工程之後對其做出的一個重大改進。 “鳥巢”的設計方案在經過優化之後﹐用鋼量大大減小。但同時也給膜結構的施工帶來了新的難題。因為鳥巢用鋼量減小後﹐鋼樑的厚度減小了﹐承受附加的力的能力也有所降低﹐這就要求膜結構安裝上之後﹐對鋼結構主體施加的力不能超過15千牛﹐而這非常難以做到﹐怎麼辦﹖ 工作人員想出了一個非常巧妙的辦法來解決這個問題。原來﹐膜結構的附加樑都是卡在單元格當中的﹐假如有外力的話﹐附加的樑會給主樑一個拉力或推力﹐使主樑難以承受。工作人員通過調整設計﹐在原來的基礎上延伸出一部分﹐並安裝了一些滑動的支座。這樣﹐當有外力的時候﹐附加的樑就可以移動﹐這一動﹐就將本來施加給主樑的壓力泄掉了 ﹐起到了一個類似緩沖區的作用﹐解決了這個問題。現在﹐鳥巢的膜結構已經完成了設計工作﹐馬上就要開始進行制做。明年的2、3月份 ﹐將正式開始膜結構的安裝工作。相信不久的將來﹐我們就可以看到“鳥巢”輕披“薄紗 ”的樣子﹐而膜﹐也會讓這座充滿陽剛之氣的建築更多一份柔和。科技奧運網記者張超　　2007年8月27日﹐北京2008奧運會 “鳥巢” 53000平方米的PTFE內層膜結構開始安裝吸音膜結構。膜結構位於鋼結構上弦下部20至30厘米處﹐隻覆蓋彎曲段﹐把看台遮住。下層膜主要是一層吸音吊頂﹐通過這層膜可以保証“鳥巢”內的聲音清晰。鳥巢內外兩層膜結構　　據介紹﹐考慮到鳥巢這個龐然大物是鋼結構﹐變形系數大﹐隻能用膜給它穿外衣。鳥巢開始舖設的ETFE和PTFE膜﹐共計11萬平方米。面積超過了國家遊泳中心(水立方)。　　與水立方不同的是﹐鳥巢舖的是兩層膜。外層是用來擋雨的ETFE膜﹐ETFE膜下12米的位置﹐將舖設用於吸音的PTFE膜。鳥巢建設單位總經理譚曉春告訴記者﹐PTFE膜實際上是一層“隔音幕”﹐加上一些聲學技術的處理﹐能夠較好地解決噪音問題。同時配合鋼結構構件上設置的一些吸音材料﹐以及場內使用的電聲擴音系統﹐使“鳥巢”內部的語音清晰度指數達到0.6───這個數字完全能保証坐在場內任何角落的觀眾﹐都能清晰地聽到廣播。另外﹐此內膜可遮蔽鋼結構屋頂和屋架內的設備、管道。整個舖膜工作將於今年下半年完成。雙保險讓鳥巢不怕鳥　　鳥巢身後便是680公頃的奧林匹克森林公園﹐鳥兒難免來鳥巢串串門兒﹐賽場內外都會成為它們的光顧之地。但鳥巢頂棚的外層膜結構雖然和水立方一樣﹐能常保清潔、抵抗低溫煙火的侵蝕﹐但僅有0.25毫米厚度的膜卻也有個很大的弱點:怕鳥雀的利爪。此外﹐ 群鳥在鳥巢停留﹐糞便也是個大問題。為了拒鳥於鳥巢之外﹐在鳥巢的頂部四周﹐安上了類似於機場用的驅鳥裝置。考慮到此法攔不住一些漏網之鳥﹐在鳥巢外層膜上﹐還舖設了停鳥線﹐就是保証鳥雀有地方落﹐不致傷膜。　　另外﹐與水立方的膜一樣﹐鳥巢的膜也帶有自潔功能﹐利用雨水或安裝在鋼結構上的噴淋系統﹐灰塵、鳥糞和膜上的一些霉塊也會被一洗了之。　　鳥巢頂棚的排水措施　　鳥巢頂棚上舖設的ETFE膜有1000多塊﹐繃在鋼結構組成的空隙裡﹐組成了1000多個小屋頂。如果下大雨﹐這些小屋頂的排水就成了問題。國家體育場中方總設計師李興鋼告訴記者﹐設計人員想出讓這個龐大的鋼結構建築物取巧排水的辦法。如果遇到大雨﹐膜結構上的積水將順著邊上的天溝﹐流到隱藏在鋼結構中的120個大水槽裡﹐這時再利用已經安裝好的虹吸排水系統﹐讓雨水通過40多根預先藏到鋼樑裡的雨水立管流進排水柱﹐再進入地下蓄水池過濾凈化後再次利用。雨洪利用系統年處理雨水能力為5萬立方米。　　開閉幕式隻能用冷煙火　　據介紹﹐如果北京奧運會開閉幕式燃放禮花﹐因為膜的問題﹐將必須使用冷煙火。普通禮花燃燒的溫度在400攝氏度左右﹐即使落到膜上溫度有所降低﹐也會將膜融化。　　冷煙火燃燒時的溫度隻有270攝氏度﹐落在膜上也就100攝氏度左右﹐符合膜能扛住 100多攝氏度的性能﹐保証膜不融化。 -- ※ 發信站: 批踢踢實業坊(ptt.cc) ◆ From: 211.76.33.91