设计师揭秘绵阳九洲体育馆为何“大震不倒”

Yan

来源：经济参考报


绵阳的九洲体育馆是当地最大的安置灾民的营地。5月24日，一名防疫人员在此进行消毒作业。

    在汶川大地震中，绵阳市房屋毁坏严重。但位于绵阳南部的绵阳九洲体育馆却屹立不倒，成了绵阳市及周边受灾群众的避难场所，仅5月13日就收纳来自北部及北川县近3万人。在建筑物破损严重的绵阳，该建筑因其坚固而备受灾区群众信赖。

    “四川大地震发生后，最近一段时间，我的心情真的是既紧张又沉重。”坐在北京市建筑设计研究院A座400会议室内，身为北京市建筑设计研究院结构工程师的周笋用“紧张”、“沉重”两个词形容自己最近一段时间的复杂心绪。作为绵阳九洲体育馆的主要结构设计人之一，在地震发生后，她像牵挂自己的亲人一样牵挂着九洲体育馆的安危，当谈及处在重灾区的它不仅没有倒塌，而且“坚强”地为数万失去家园的灾民撑起了一片天时，她数度哽咽。

    结构设计克服诸多难题

    “我们这个团队对这个馆有着深厚的感情，当初我们设计时克服了太多困难，至今记忆犹新，现在看来当时的付出都是值得的，令我们感到欣慰。”提起绵阳九洲体育馆，周笋工程师的话匣子一下子就打开了。

    周笋回忆说，当时设计该馆首先需要克服的困难是有关建筑构思所带来的设计难题。因为该馆建筑屋面造型新颖独特，建筑师和甲方要求结构工程师依据中标方案的原构思展现结构的力度美，采用的结构形式空间杆件尽可能少以保证美观，而这对结构设计提出了很高的要求。

    对于为何选择这一建筑构思，周笋解释说，这一构思是建筑师提出，经绵阳市人民公投选择的。当地的群众很喜欢这个场馆，由于建筑设计师提出了彩虹造型与树叶形状的设计，有群众曾风趣地说，北京有“鸟巢”，绵阳有“树叶”。按照建筑师的构思，体育馆背靠连绵起伏的丘陵，面向斑竹堰蜿蜒流淌的河水，为了与自然起伏的地形相呼应，体育馆采用两片落地拱壳作为屋顶结构，像两道彩虹划过天空，从屋顶与观众厅之间的缝隙，可以看到建筑背后的天空和山峦。

    “为了追求彩虹飘落山间的效果，必然需要减少支撑座，而支座减少使得如何保证建筑体系的稳定性和完整性成了设计的难点。因为如果固定不好，这两道彩虹就会像两只摇篮一样，一旦发生地震，建筑本身都可能一起摇晃起来。如何克服这一难题是我们当时考虑最多的。”周笋说。

    “但这一难题并不是我们遇到的最大难题。”周笋告诉记者，在结构设计过程中，他们还遇到了一个更大的难题就是勘察报告与实际地质条件不相符，这令他们一度感到困惑和茫然，因为勘察报告标注的一些原本应该很坚硬的地方，经过打桩试验发现并非如此。经进一步测试，发现当地的岩层并不像勘察报告所描述的那么好，其实际地质状况像冲积的岩层一样，沟槽特别多。发现这一问题后他们及时与勘查设计单位进行了沟通，经过多方努力后勘察设计单位最终提供了一份更为详细、权威的勘察报告。

    目的就是要留有一定的安全储备

    “当时真是太难了，这个工程经常做到关键环节就做不下去了，曾有部分人劝说太难了不要做了。”谈及当时所面临的困境周笋皱起了双眉说。虽然困难但他们并未放弃，为了克服这些困难，他们先后准备了多套基础方案，还借鉴了日本2002年世界杯足球赛主馆的设计经验，最终，从拉杆、打桩和做墩子三个方案里确定了墩子方案。

    “墩子方案的选择也并不容易，这是设计团队反复研究后，最终决定采用的既稳妥可靠又方便施工的基础方案。”她说，为了保证墩子方案的安全性和可行性，他们团队至少演算了四五种方案，其中过程繁琐而耗时巨大，但目的就是要留有一定的安全储备，确保万无一失，防止意外情况下的连续倒塌。

    九洲体院馆的结构设计得到了业内的认可，该馆获得了全国第五届优秀建筑结构设计二等奖，这是结构专业的权威性大奖，参评该奖项对项目用钢量有着严格的要求，如果用钢量达不到要求连参评资格都没有。

    四代院总提出超前设防要求

    记者发现，九洲体育馆能够经受大地震考验绝非偶然。其中，该院四代总工程师的集体会商和提出的超前设防要求也是九洲体育馆能够做到“大震不倒”的重要原因。

    对于当时的激烈探讨场景，周笋至今仍记忆深刻。她说，绵阳当地的设防烈度只有6度，这在进行结构设计时带来了一定的“迷惑”，对于结构工程师而言，做得最多的事情就是要不断运算以测算各种结构的安全性，而对于6度设防地区而言是不需要进行地震力计算的，只需要从措施上予以保证就可以了。但由于该馆属于公共设施，当时四代结构院总工程师——胡庆昌、程懋堃、柯长华、齐五辉对此都非常重视，多次参加本工程的方案讨论，并多次提醒设计人员，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连续垮塌。

    根据北京市建筑设计研究院提供的绵阳九洲体育馆技委会方案讨论摘要显示，胡庆昌在技委会上明确提出了三点要求，第一，屋盖结构因落点少，且分散独立，在可能的情况下应尽量增加基础联系，以增强地震状态下基础的协同工作，西侧的两支承点基础可连为一体，边拱中间部位的两个支座也可分别连为一体。考虑拱脚支座位移的影响，仅靠计算不能反映实际支座位移对结构的影响，还需保证拱脚基础的安全性；第二，能否考虑在跨中设置通长的横向桁架，增加结构的空间性能；第三，将联系支撑通到下弦。

    程懋堃提出，受拱桥桥墩常采用斜桩来抵抗水平推力的启发，施工图设计也可以考虑采用斜桩这种方式来抵抗支座处的水平推力。同时，对支座位移引起的内力进行计算，以此为依据在基础施工图中注明支座允许位移值。

    柯长华也明确提出了三方面要求：其一，比较在拱架方向增设竖向支座，与现行方案的比较；其二，能否增设地梁，保证拱脚基础的稳定性；其三，建议在靠近拱脚附近增设支撑。

    与此同时，院总工程师齐五辉作为本项目的主管院总和审定人，对本项目设计的每一个细小的环节也都进行了认真的决策和把关，并对本项目设计组震后的工作进行了全面的指导。

    “四代院总集体参与一个项目的会商并不多见，但正是院总们的超前设防思维才确保九洲体育馆能够在超越设防烈度的情况下没有出现问题，现在它成为受灾群众的‘家’。这令我们深感欣慰。”周笋感慨地说。

    规范设计施工是建筑质量的“生命线”

    九洲体育馆经受住了地震的考验，但设计师的心情依然沉重，不时发生的余震也时刻牵挂着设计师们的心。记者看到，周笋设计师手边放着一份打印出来的四川局部地区地图，在这份地图上划着彩色的线并用红、蓝、黄等彩色圆点标注着一些城市。

    周笋告诉记者，黄色的线代表着地震发生的断裂带，彩色的圆点分别标注着汶川、绵阳、江油等城市。对于为什么标注这些城市，她解释说，不时发生的余震令她感受到空前的压力，虽然对自身设计的工程有信心，但毕竟有数万人在此安家。前一段时间，在江油发生的余震是最紧张的一次，因为这离九洲体育馆仅有40多公里。正是出于这种担忧，每次大的余震发生便会在地图上标注具体位置、震级，然后测一下与绵阳有多少距离。

    除了设计层面的周全考虑之外，规范施工也是九洲体育馆能够经受住考验的重要原因。周笋指出，规范设计、规范施工是建筑质量的“生命线”。“可以说，目前我们的抗震规范还是行之有效的，如果能够严格按照设计规范和施工规范进行设计施工，不是严重超出当地的设防烈度，建筑的质量是应该经得起考验的。”

    “当我看到很多人被埋在废墟中时，内心不仅是悲伤，更感觉自己身上责任的重大，盖结实、坚固的建筑是每个结构工程师的职责。”周笋哽咽地说。她建议对建筑市场予以进一步的规范，尤其是设计和施工层面上的规范。一方面要提高工程建筑的设防，提高工程质量；另一方面，对于标准规范要严格执行，特别是强制性的标准、安全标准。无论勘察、设计、施工、监理、竣工验收等都要严把质量关。（李佳鹏 尹乃潇 于菲）

Yan

北京减灾协会 金磊 阮水根

一、 应在业内外宣传并总结“大震不倒”项目的设计经验

2008年5月12日，四川汶川大地震使绵阳市房屋毁坏严重，而绵阳九洲体育馆屹立不倒成为绵阳市及周边灾民的避难场所，该建筑不仅以其宏伟而夺目，更因其坚固而倍受灾民的信赖。至5月13日共收纳来自北部北川县近3万人的灾民。温家宝总理亲自到九洲体育馆看望灾民，并称赞该馆的设计为国家抗震救灾做出了贡献。

据悉该体育馆是由北京市建筑设计研究院设计完成的项目，建筑总面积2.4万㎡，6000个固定座位。2003年11月开始初步设计，2004年5月施工，2005年10月竣工，项目建成后受到西南地区的一致好评，曾获全国优秀结构设计二等奖，被称作“西南第一馆”，同时还成功地举办了世界第13届拳击锦标赛。

结合奥运安全保障工作，北京减灾协会于5月14日组织专家进行了研讨。大家认为，在以往的抗震减灾工作中，较多地关注项目安全、项目质量等问题，而对项目的可靠度保证的经验总结不够，因此，这次汶川大震后各种建筑的不同后果是一面镜子，值得研究，分析为什么有的项目可以在大震中安全屹立，是谁充当了“保护神”。对九洲体育馆项目的评介专家的认识是：

1、该项目的建筑师在设计中正确地树立了城市公共建筑除满足必要的功能外，安全防灾也是建筑必须考虑的设计理念，这样既使使九洲体育馆成为一个坚固的避难场所，又规划设计了建筑外围的大面积广场，使公众在面对灾难有了较广阔的避难疏散空间；

2、成功决策7度设防设计。北京市建筑设计研究院早在1976年唐山大地震后便积极投身抗震防灾研究，这项设计考虑到九洲体育馆是人员聚集的公共建筑，多位结构总工程师当年在院技委会上一致认为，该地区虽在设计上是6度设防地区，但在构造上要保障安全度，为此做出了构造按7度设计的重要决定；

3、该项目最重要的是实施了结构安全设计。该院近年来始终将安全设计视为结构设计的第一要素。因此，将体育馆设计成屋盖为斜置柱面形，平面由圆弧线拟合成树叶状，其长轴为165m，短轴为105m，属目前国内最大拱形体育馆。其主要受力结构为四榀落地的倾斜巨型格构拱架，拱架间由平面桁架联系，平面桁架间设置支撑桁架和支撑杆件，结构形成一个空间体系，在边跨中间结合机电设备竖井增加了节点，从而提高了建筑整体抗震能力。

二、强化城乡建设安全减灾关键环节的有关建议

为了适应灾后重建的需要，为了城乡建设安全减灾，为了安全奥运保障，结合上述九洲体育馆大震未倒的初步分析，我们提出四点建议：

1、中小学（含托幼）、医院要成为城乡建设的“特别保护区”

今年“国际减灾日”的主题是“防灾减灾重点在医院及弱势群体”，但从目前地震灾区反馈的受损情况看，中小学及医院的建筑跨塌尤其明显：都江堰市中医医院病房楼、都江堰市聚源中学教学楼、梁平县文化镇小学教学楼、都江堰向峨乡中学主教学楼均垮塌；北川县北川中学六至七层主教学楼塌陷；绵竹市遵道镇欢欢幼儿园发生整体垮塌……这里先不追究大灾中学校、医院损毁严重的各种因素，而仅从建筑上考虑并建议国家应尽快做出硬性规定：中小学（含托幼）、医院等建设项目要成为该城乡的“特别保护区”，其硬件设施建设要真正落实“安全第一”的原则，其具体措施是必须保证国家甲级设计施工单位去完成，绝不可因资金短缺压价而放任不管；

2、要强化和加快受损建筑的安全检测及风险评估

“5•12”大震已造成灾区数十万间房屋损坏，虽也有现存建筑物，但从防止余震与次生灾害以及灾害救助应急预案的要求和对恢复重建的支持入手，必须加快组织力量对受损各类建筑进行安全检测与风险评估，为此，我们建议：住房城乡建设部要依据有关规定，借助其规划、设计、施工、管理上的综合优势，在“大安全观”的指导下，及时主动参与城乡建筑的受灾风险评估。评估中，要研究与引入建筑项目的安全设计思想、有效的抗震设计措施及相关细部作法，出台适宜灾区的抗震烈度标准和鉴定断层带分布、为救灾、恢复重建和推进城乡防灾减灾综合规划奠定技术与数据基础；

3、要全面启动城乡综合减灾规划编制，将不设防的农村住宅纳入其中

客观说，全国大中城市真正编制城市综合减灾规划的寥寥无几，按2007年10月实施的“国家十一五综合减灾规划”要求也有较大差距，对照“5•12”大震的考验，更暴露出各地城乡减灾规划上的漏洞。为此建议：

（1）借“5•12”大震，应严格要求各省（市）在原有城市总体规划基础上，编研城乡综合减灾规划，其中一定要包括新农村建设的抗震防灾对策；

（2）借“5•12”大震垮塌的绝大多数是民房的事例，启动我国农村住宅设防实施对策研究等项目，建立“平安农村”的模式，切不可再让农村不设防局面延续下去；

4、要进一步强化对“奥运工程”的综合减灾管理

面对每一次“灾事”，正确的态度是能从错综复杂的局面中找到有用的要素，发现自身安全建设中的弱项。为此，我们建议：利用距奥运开幕不到80天的时间，针对奥运建设现状，持续强化安全减灾的综合管理，提高防灾减灾意识和水平；推进安保与防灾减灾一体化的应急管理模式，实施志愿者的安全文化和灾难心理教育；启动舆论与宣传手段，介绍北京有效的安保措施，讲述发生在历届奥运会上的不测；从建筑设计角度对“安全奥运”场馆建设再作一次“拉网式”的隐患排查，以杜绝可能事故的发生。

文章来源: 中国网

725z

作为一位有25年设计生涯的结构师，向同行周笋致敬，向北京市建筑设计研究院四位泰斗级人物胡庆昌、程懋堃、柯长华、齐五辉致敬。