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大型公共建筑为什么常常采用悬索结构

时间:2017年07月31日         来源:十万个为什么         作者:华霞虹

 

人们很早就开始采用悬索结构制造桥梁了。早在1000多年前,中国先民就已经用竹索和铁链来建造悬索桥,至明代时已用铁链建成霁虹桥。而蒙古包这样的帐篷则被看成是悬索结构建筑的原型。

现代悬索桥采用高强度钢索,充分利用了钢材的抗拉性能,并因桥梁的跨度大、自重小、材料省、施工方便等优点而颇受欢迎,所以是一种比较理想的大跨度结构形式,且跨度越大,经济效益就越显著。

现代悬索桥由塔架、缆索、吊杆、锚碇等组成,造桥方式一目了然:河流两岸竖起高高的塔架,塔架上端挂起缆索;缆索两端跨过塔顶后,在两岸的地面上锚固,粗大而坚韧的缆索上垂直挂下许多吊杆,用来悬吊起桥面结构。塔架已由早期的石塔改为现在的钢塔,有时也用钢筋混凝土来制造塔架,塔的下端固定在桥墩上。

目前通常用钢丝绳组成粗大的缆索。有趣的是,当桥体跨度较大(如超过750米)时,钢缆大都采用“空中编缆法”就地制作。这是由于钢缆十分沉重,如果预先编制再起重到高塔上,会给施工带来很大困难。例如建于1936年的美国旧金山金门大桥,跨度1280米,钢塔高227米。它的缆索绞合成以后的直径达到92.7厘米,总重约11000吨,要把它架到200多米的高空当然十分困难了,而用“空中编缆法”就能解决这个难题。这种方法是由美国早期著名悬索桥设计工程师罗布林发明的。

 

 

使用又粗又重的悬索,是为了有足够的承受力来吊起巨大的桥面。缆索并不是固定在高高的塔架上的,而是跨过塔架,固定在桥两侧的地面上。在桥两岸的岩石层中打凿出坑洞或隧道,然后把固定缆索的构件放人隧道后再浇实混凝土;或者在没有岩石层时灌制巨大的混凝土块,依靠其重力和摩擦力来“拉住”缆索。

像体育馆、展览馆=这样的大跨度建筑也广泛采用悬索结构,就是为了最大可能地形成室内无柱的大空间,以满足容纳飞机、大型展示和比赛场地的需要。中国悬索结构大跨度建筑的经典之作是完成于1961年的北京工人体育馆,当时是为举办第26届世界乒乓球锦标赛而建造的。建筑平面为圆形,面积40200平方米,可容纳15000名观众。屋面采用轮辐式双层悬索结构,跨度达到94米,共有144根悬索。经改造更新,该馆成为2008年北京奥运会的拳击主赛场和残奥会盲人柔道比赛场地。

 

蒙古包

 

悬索结构的建筑还能形成强烈的雕塑感。比如日本著名建筑师丹下健三设计的东京代代木国立综合体育馆,一座为两个相对错位的新月形,一座为螺旋形,像只大蜗牛。两馆均采用悬索结构,创造出了富有紧张感和灵动感的大型内部空间和独特的外部形态。该作品被誉为20世纪最美的建筑之一。

(原标题:大型公共建筑为什么常常采用悬索结构)

 

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