|
|
| |
| 科技助力奥运场馆加固改造 |
|
2006-10-17 14:52:36 来源：
|
不久前，首都体育馆改扩建工程正式动工，同2008新建奥运工程一样，改扩建工程也将落实“绿色奥运、科技奥运、人文奥运”三大理念，日前，由北京市科委资助的重大课题之一、通过专家组验收的《奥运场馆加固、改造关键技术研究》课题，为改扩建场馆工程更好地实现这三大理念奠定了坚实基础，研究成果在北京三个现有体育场馆加固、改造工程中得到应用。 现有场馆须加固改造适用赛事要求2008年北京奥运会比赛计划使用场馆37个，其中北京地区32个。在北京32个比赛场馆中，新建19个，现有场馆改扩建13个。此外，还要改造59个训练场馆，同时配套建设残奥会专用设施由于历史原因，现有场馆大多数无抗震设防，防火标准很低。北京地处8度高烈度地震区，为了确保这些场馆正常使用和抗震、防火安全，在对场馆进行改造以满足奥运会功能要求的同时，还需要对结构进行抗震加固和防火改造。奥运场馆除了奥运比赛的功能要求外，平时还用于民众的体育健身活动场地，在发生地震灾害时，还可作为民众的避难场所。因此，新奥运场馆的抗震设防要求应高于一般的民用建筑,对现有场馆进行改造，同样应满足这一要求。对于规模较大的，或具备紧急救援功能的奥运场馆，要求在遭遇高于设防烈度的地震时，也应能够满足正常的使用要求。奥运场馆结构具有大跨度、大空间、人流密集、荷载特殊的特点。现有场馆除了具有此共同特点之外，由于建造年代不同，受限于当时的技术经济条件，还有各自特点。对于鉴定评估、抗震设防标准、加固改造的技术要求高、限制条件多，既不同于一般建筑物，也不同于新建场馆，需要进行专门研究。据悉，唐山地震后我国在全国范围内普遍开展了结构抗震鉴定和加固工作，此后随着基本建设的发展，对建筑结构的加固改造已经形成了一项重要产业，包括材料、技术、设计、工法、施工机具等方面已经取得了重大进展，例如混凝土构件补强用的结构胶、高强碳纤维和玻璃纤维布材料；结构无损探伤、高压真空补缝、植筋、隔震和消能减震、结构被动控制等技术；大型公共建筑结构鉴定和加固改造综合设计、文物建筑抢救性加固设计方法等。应用上述新技术，在现有体育场馆改造中也取得了良好的效果，如南京五台山运动场、武汉体育场的加固改造就是较好的范例。该课题的研究目的是以“绿色奥运、人文奥运、科技奥运”精神为指导，提倡科技创新，针对现有运动场馆的加固改造工程中所提出的关键技术问题，如：抗震设防标准确定、结构的检测、抗震及防火能力评定、以及为适应加固改造要求所采用的新材料、新技术和新工艺等进行研究。本课题研究的意义在于，除了针对具有共性的问题外，还要针对个案处理，区别对待不同场馆，研究特殊要求，解决实际工程问题。科研成果服务于具体工程运动场馆人流密集、设备复杂、现代化程度高，对现有场馆的加固改造应做到保护环境、没有污染；以人为本，防灾安全；科技创新，经济合理。课题研究成果应落实到具体工程应用。王亚勇教授向记者介绍，该课题包括现有体育场馆抗震加固设防标准研究、体育场馆结构非破损与动力特性检测、现有体育场馆抗震鉴定与加固改造综合技术研究、隔震和消能减震技术在场馆加固改造工程中的应用研究、新型加固材料、工艺和关键节点加固技术研究、场馆的性能化防火改造设计和钢结构防火保护方法研究六个子课题，科研成果主要服务于具体工程。据悉，经过两年半时间，课题研究获得如下成果。首先，根据现有体育场馆的不同建造年代、功能要求、容纳的人员数量等基本参数，提出抗震设防标准的确定方法。可作为场馆进行抗震鉴定和加固设计的基本依据。其次，应用瞬态激励和小波分析方法，对混凝土构件进行非破损检测，提取构件动态特性。制作了三根钢筋混凝土梁试件，在试验室完成试验。还进行现场检测试验，对六栋楼房的钢筋混凝土楼板进行检测，以楼板的一阶自振频率评估其损伤的指标。通过上述试验研究，验证了瞬态激励和小波分析方法的可行性。在此基础上，编写了瞬态激励—小波分析技术要点。第三，提出了综合抗震能力的评定方法、抗震加固基本原则和分析方法；开展框架节点加固试验研究；将研究成果用于三个典型运动场馆加固改造工程。第四，研究了适用于大跨空间结构的隔震及消能减震技术，对比研究国内外各类隔震和减震阻尼器产品性能及适用性，优化选型和设置，达到场馆抗震设防目标和使用功能要求。在现有体育场馆加固改造设计中采用了消能减震技术：在工人体育馆屋面系统设置粘滞阻尼器、在首都体育馆和奥体中心主体育场的看台部分设置软钢阻尼器。此外，在北京的某超限高层建筑结构中，成功采用了隔震橡胶垫与消能减震阻尼器的组合应用技术，可供大型体育场馆参考。第五，开发研究以高强钢绞线—聚合物砂浆面层为代表的“约束钢筋混凝土”补强新材料和新工艺，进行了混凝土梁、柱、墙、节点以及砖墙的补强加固承载力和耐火试验研究，提出相应的设计计算方法。在工人体育馆加固改造工程中，三层看台斜梁设计采用高强钢绞线—聚合物砂浆面层加固。其他场馆采用粘钢、碳纤维片对钢筋混凝土构件加固，梁、柱节点采用粘钢加固使塑性铰外延，具有良好的效果。第六，进行奥运场馆火灾模拟，提出火灾场景模拟分析与结构计算一体化的仿真方法，模拟火灾中场馆的温度场，验算构件的耐火强度以及在常规荷载和温度荷载共同作用下的效应。建立了奥运场馆性能化防火设计的计算机系统，编写了奥运改建场馆性能化防火改造设计导则。对钢结构薄型防火涂料进行试验研究，提出工程实用方法。课题取得多项创新性成果 据悉，改建后的首都体育馆空间将更加开阔，设施更加先进，功能更加完备，环境更加舒适，不仅可以满足2008年奥运排球项目的训练和比赛，还能满足其他大型活动要求。而这些目标的实现与科研成果在工程中的应用密切相关。在北京工人体育馆、首都体育馆和奥体中心主体育场加固改造工程中，已设计完成拟采用本课题的成果有：对场馆看台钢筋混凝土框架结构、挑棚和屋面钢结构以及二者连接部分构造进行了非破损检测、鉴定。如采用粘钢、碳纤维片和扩大截面法，对钢筋混凝土构件进行加固，采用粘钢板和角钢对梁、柱节点加固。对工人体育馆三层看台斜梁采用高强钢绞线-聚合物砂浆面层加固；由于使用需要，工人体育馆屋面要增加20吨悬吊荷载，在原有轮辐式悬索屋面结构与新增悬吊承载体系之间设置粘滞阻尼器、在首都体育馆和奥体中心主体育场看台部分设置软钢阻尼器，达到大震下抗倒塌要求；根据工人体育馆现有资料，其性能化消防改造设计内容包括比赛大厅防排烟系统改造、馆内疏散路径合理性分析，疏散宽度及疏散距离的量化分析等几个方面。目前，工体、奥体的加固设计已完成，拟采用科研成果，施工还在招标中。课题成果得到了国内著名专家认同，在近日举行的《奥运场馆加固、改造关键技术研究》验收会上，陈肇元院士等专家组成员认为，课题以“绿色奥运、人文奥运、科技奥运”精神为指导，针对现有运动场馆加固改造工程中抗震设防标准确定、结构检测、抗震及防火能力评定，以及为适应加固改造要求所采用新材料、新技术和新工艺等关键技术问题，选题具有十分重大的理论和实际意义。课题研究在以下几方面取得创新性成果。首先，在理论上解决了现有场馆为满足规定使用年限和功能要求，进行加固、改造设防标准。其次，对高强钢绞线—聚合物砂浆面层加固原理、采用阻尼器消能减震技术进行系统试验研究，提出适用于体育场馆加固改造方法。第三，提出场馆火灾灾场模拟及火荷载与结构荷载一体化计算方法。第四，编制了体育场馆结构加固构造设计图集。
|
|
