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顾盼结构–顾磊的另类游记(三),结构专家聊结构

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日本是一个岛国

2002年参加国际混凝土协会fib会议后

我随技术考察团参观了多座大桥

其中

连接本州冈山县儿岛町和四国香川县坂出市的濑户大桥

令我非常震撼

  

从四国望向本州


从香川县坂出市

的与岛望向本州

从冈山县至香川县依次为

悬索桥+高架桥+斜拉桥+高架桥+斜拉桥+桁架桥+高架桥+悬索桥+悬索桥+高架桥

共6座跨海大桥和4座高架桥连贯横跨了海上5个岛屿

大桥总长度达37公里

跨海长度为 9.4 公里

为铁路公路两用桥

在四国香山县的桥头建了一座濑户大桥纪念馆

沙盘模型、施工照片

详尽记录了耗时近10年的建设历程

我在这个纪念馆第一次体验了球幕电影

座椅倾倒,向上仰躺

穹顶球幕上濑户大桥全景风光影片代入感非常强

濑户内海风景旖旎

另一座世界名桥1999年竣工主跨890m的多多罗大桥

曾是世界最长斜拉桥

后来在2008年被我国的

苏通长江大桥(主跨1088m)

和香港昂船洲大桥(主跨1018m)打破

四国岛的高速公路上

我们路过了2001年刚刚竣工的池田湖大桥

五联混凝土桥,主跨200m

乍一看这是座混凝土拱桥

但是我发现下部混凝土拱和竖杆的截面异常纤细

而桥面梁的截面要大很多

因此推断这是一座梁-拱杂交受力的桥梁

由于日语二外早还给老师了

未能看懂现场获取的资料解释

我把它贴出来,懂日语的朋友帮翻译一下吧

在四国山脉的中心

德岛县的东端

有一座村庄被列为日本三大人迹罕至之地

祖谷村(英文Iya-mura)

一座由蔓藤编织成的悬索桥连接着

被茂盛森林包围着的祖谷河两岸的陡峭山峦

据说这座桥建于1185年

60公里外的屋岛战役中战败的退兵从海边逃进山区

就地取材用蔓藤编织建了这座祖谷蔓藤桥

这样只要敌人追兵接近,他们就可以轻松地砍断蔓藤

记载中在1800年间祖谷村共有13座蔓藤桥

但大部分先后损毁

目前仅存3座

我们眼前的这座也经过了钢锚索的加固

而且每3年需要修缮1次

修缮完全采用附近自然生长的蔓藤

用于受力的蔓藤生长于海拔600m以上的山区

这种蔓藤缠绕在树干上生长

直径可达15cm,长度超过50m

非常坚固耐腐蚀

以前50m长的粗藤往往是一根天然的藤

但是现在高质量的藤越来越少

只好采用两三根细藤编织成粗藤

蔓藤采集后要经过火燎使其变软而易于弯曲

还可防止后续使用中昆虫的侵害

安装完全遵从手工操作

顺序为

桥面藤和两岸门架

栏杆和侧边藤

桥面板条

主悬藤

主悬藤的安装最为危险

悬藤从两岸自然生长的大树上垂下

另一端锚固在桥的侧边藤上

形成了非常优美的双X形状

走在晃晃悠悠的修旧如旧的古桥上

透过板条间的缝隙看着脚下的溪流

除了少许的刺激

我不禁感慨日本为保护古迹和自然环境所下的功夫

说到建筑与环境的话题

大阪中央体育馆则完美体现了

“与自然协调和融合”的设计概念

大阪中央体育馆外观看似一个山地公园

绿色的山丘实为场馆的穹顶

步步往下的入口通道和下沉庭院以及半地下式的场馆

处处绿色节能

该馆建成于1996年

包含主副两馆

主馆为跨度110m的预应力混凝土带肋球壳

上覆土0.6~1.5米

屋面负载总重约70,000吨

壳体结构采用装配整体式混凝土结构

预制的预应力混凝土梁单元和板单元拼装后

现场整浇面层和周边受拉环梁混凝土

现浇的受拉环梁内配预应力索

无独有偶

正在施工中的MAD新作衢州体育中心

也采用了场馆覆土造山的概念

其中万人体育馆的穹顶

CCDI给出的结构设计也是混凝土带肋壳

建于1997年的大阪游泳馆

则在下部支承结构中采用了预制混凝土(PC)结构

而屋面为非常轻巧透亮的马鞍形索膜结构

预制混凝土梁、柱、斜柱等构件之间的连接

是通过预应力钢丝绳或预应力钢筋施加预应力实现的

早些年这种预应力装配方式

在我国四川省体育场悬臂罩蓬上有所应用

虽然马鞍形索网

在加拿大卡尔加里滑雪馆

浙江省体育馆、伦敦奥运自行车馆等早期建筑

以及正在施工的北京冬奥会速滑馆“冰丝带”中都有应用

伦敦奥运自行车馆


冰丝带单层索网


但不同于它们的单层索网

大阪游泳馆采用了双层索网

双层索网

我随桥梁组在四国岛考察

顺路去了一座非常有特色的建筑

我震撼于它仿佛是悬浮在空中的诺亚方舟


爱媛县美术馆

由三根巨柱支承着,底层为通透的入口和大厅

阅览厅的玻璃如此大块儿

彻底打破了我脑海里玻璃2~3m分块的概念

仔细看它的外墙,圆润光滑得令人不敢相信这是铺贴的瓷砖


这是瓷砖吗?

为何还会有均匀的竖线条

是建筑师故意设计的装饰线?

技术讲解揭开了我的谜团

原来它是一座由后张预应力

将混凝土板块(panel)装配起来的预制盒子结构

工厂里按1.8m的宽度

预制了底板板块、屋面板板块和墙体板块

现场将板块(panel)拼装成盒子

然后浇筑底板现浇面层和主梁、屋面现浇面层

并张拉现浇层内的预应力索

墙面板块截面是H形

宽1.8m(即竖线条的间距)、高7m

内填保温材料

外墙面瓷砖在工厂镶嵌保证精度

墙体板块之间灌粘合混凝土

并通过后张预应力实现紧密连接

整个装配式盒子

坐落于三根型钢混凝土(SRC)巨柱上

预制装配混凝土建造

不仅保证了精度、工期和造价

还使混凝土的碱性气体提前释放

而碱性气体是艺术博物馆建设中的一个严重问题



回忆起2002年的旅行

突然发现

当时日本的预制装配混凝土(PC)技术如此炉火纯青

不论是大跨穹顶、体育馆下部看台还是架空盒子

据最新资料

日本为2020奥运会新建的体育场混凝土结构

仍然是预制装配的

而我国目前推广装配式混凝土结构(PC)

为何还存在那么多争议呢?

首先

PC适用场景

并非局限于所谓的标准化设计的剪力墙住宅

框架梁柱、斜柱、斜梁、板块等等

也许更适合预制

比如几十年前

单层工业厂房、三线地区的预应力雁形板

国外的悉尼歌剧院、亚历山大城图书馆等

悉尼歌剧院

亚历山大城

图书馆

其次

我们“拆”的思路反了

怎么能将按现浇整体设计的混凝土结构

硬生生“拆”成预制段和现浇段来“等同现浇”呢?

本应是“装”的思路

研究如何将预制构件组装成结构才是正道啊!

预制装配式混凝土结构不需要用“等同现浇”来检验

而是用节点连接技术、后浇层技术

以及预应力技术等等

来实现PC特有的结构性能

来抵御外部荷载和作用

目前普遍采用的现浇段连接方式虽然有效

但也降低了对预制构件制作质量和现场吊装精度的要求

这对建筑业向制造业的转型是不利的

如果我们广泛采用后张预应力

或预埋钢结构螺栓节点等工艺

则要求构件制造必须严丝合缝

这才是“像造汽车一样造房子”

阻碍PC发展的一个重要误区

是“装配式建筑抗震性能差”

这源于预制混凝土结构

在唐山大地震等一系列地震中的震害表现

预制空心楼板的破坏让人记忆犹新


唐山地震


北邻地震

但是这些抗震问题

在随后的研究和工程实践中得到了妥善的解决

fib2002会议的PCI特刊就刊登了

新西兰帕克(Robert Park)教授

预制混凝土建筑抗震设计和施工

以及美国学者用于

地震区的后张预应力连接预制混凝土自复位墙的研究

我国预制装配混凝土结构的抗震难题

被大量进城的农民工带来的廉价人工成本

所成就的现浇混凝土体系迎刃而解了

这不是装配和现浇技术上孰优孰劣的问题

而是装配式的技术成本和现浇的人工成本的博弈

目前两者的博弈正处焦灼状态

但从人口红利的消失和老龄化的大趋势来看

终点的胜利者一定是装配式技术



日本是一个多地震的国家

它的减震和隔震技术及其相关产品非常发达

据说日本结构设计同行面对繁多的减隔震产品

甚至都患上了选择综合症

fib2002会议组织参观了大阪市中央公会堂基础隔震措施


大阪市中央公会堂

落成于1918年大阪市中央公会堂是一座钢-砖混合结构



框架柱和梁为钢结构,承重墙则是35-80cm厚的砖砌体嵌于建筑的边柱和边梁之间


(谁说砖砌体与钢结构不能搭配?)



一层大厅的型钢梁跨度达到了16.4m,梁高1260mm

柱和梁都采用了型钢混凝土(SRC)

混凝土的配筋采用的是小直径的钢丝网

(直径4.6mm~6.0mm)

而非纵筋和箍筋组成的箍筋笼

1995年

大阪市政府为了使其能够满足现代使用功能

决定采用基础隔震系统永久地保护这座历史建筑

应用了铅芯橡胶支座

高阻尼橡胶支座和旋圈钢棒阻尼器

由于阻尼支座变形吸收了大量的地震能量

上部结构的地震力和位移大幅减小

使主体结构的加固作业降到最低

最大程度地保留了建筑的原貌

从而保全了她的历史和文化价值

总共62个隔震支座的安装

使结构的特征周期从0.5秒增加到2.2~3.2秒

等效阻尼比达到20~30%

2016年

我在东京还参观一座高位隔震的超高层建筑


住友地产东京六本木Grand Tower

这座40层、226.95m高的建筑隔震层设在25层


走进它的隔震层感觉超级震撼

熟悉东京的朋友帮我查到了这个项目的日文信息

想去参观可看按图索骥

日本的抗震设计理念是深入到民众骨子里的

建筑师和业主并不排斥为抗震而设置的结构构件

在街头随处可见斜撑显露在建筑立面上

2002年的这次日本之旅缘于一次国际学术会议

也给我打开了国际交流的一扇门

从此我一直保持着积极提交论文参加国际会议的习惯

国际学术会议约提前1年征集论文摘要

摘要经国际专家评审录用后提交正式论文

会议一般包含

开闭幕式、颁奖

大会主题(特邀)报告、平行分组报告

开幕式


颁奖

大会主题

(特邀)报告


平行分组报告

有些会议还提供参会学者张贴(post)研究展板的场所

会中或会后通常会安排地标性项目或在建工地的技术考察

大会晚宴(Gala Diner)常常安排得富有举办国情调

会场还会布置赞助商的宣传咨询台

常有企业在会场附近另租个场地举办推广活动

非常方便地请到来自世界各国的专家学者莅临

国际会议的茶歇和酒会是谈天交友的环节

举办方会安排演奏、拍照等活动来助兴

2002年数码相机和手机尚不普及

现场的一拍得(Polaroid)摄影广受欢迎

咔嚓一下就得到一张照片

国际会议上的中国学者异国相聚拍下了珍贵的合影

当年我曾惊叹濑户大桥的千米级悬索桥

竟然能通时速120公里的高铁

而今据报道

2020年11月30日

连(云港)镇(江)高铁联调联试顺利结束

其中五峰山长江大桥主跨1092m悬索桥的铁路

设计时速已达250公里

近二十年来我国土木工程取得了长足进步

许多世界工程记录不断被我国的建设奇迹所打破

未完待续

文字/顾磊

配图/顾磊

排版/Akane


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预告│顾盼结构——顾磊的另类游记

顾盼结构——顾磊的另类游记(之一)

顾盼结构——顾磊的另类游记(二)



来源:钢结构博物馆,作者:顾磊,如有侵权请联系我们。


小编那么拼,点个 在看 再走呗!

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作者: ganggouren

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