工大体育馆将在北京奥运会期间举办羽毛球和艺术体操比赛  黎晗 摄

工大实验室不但承担了羽毛球馆穹顶的检测任务，北大体育馆和国家体育馆的检测也在这里完成  工大供图

    站在北京工业大学主办公楼楼顶俯瞰工大体育馆，主场馆还覆盖着渔网般纵横交错的钢管，旁边的热身馆已经开始外层钢结构铺装。走进施工中的主场馆，踩在未来的北京奥运会羽毛球比赛场地上，仰望直径93米跨度的穹顶，脚手架中，动静之间，天圆地方。

    2005年6月开工至今，这个位于北京工业大学东南角的北京奥运会比赛场馆不声不响地完成了世界上最大的穹顶钢结构建设——

    去过北京天文馆的人，都会被大堂中间斗转星移的设计所震撼。走进工大体育馆，穹顶似天，笼盖四野，无意中，让人觉得安宁。

    在这种氛围中，记者看到了这样一组数据:内层直径93米、外层直径98米的穹顶，再加上两侧悬挑出来的两翼，其用钢量不到1200吨，相当于每平方米100公斤。

    这不由得让人提出疑问:羽球馆的弦支穹顶结构到底结实不结实？

    其实，无论在国内外，弦支穹顶结构的理论都已得到过验证，并收到了相当理想的效果。国际空间结构协会主席、日本的川口卫教授有个得意之作，就是他设计过一个弦支穹顶结构的场馆。后来，天津开发区的一个体育馆也尝试了这种造型。而工大体育馆，要挑战的是需要5道环索、直径为93米的庞然大物。这么大的穹顶结构，靠什么来支撑？

    巧用预应力 四两拨千斤

    随着民众将关注的目光转移到羽球馆，“预应力”一词越来越多地进入人们的视野。北工大副校长张爱林说，“预应力”就是在构件中提前加力来应对钢结构本身所受到的荷载，包括屋面自身重量的荷载、风荷载、雪荷载、地震荷载作用等。而弦支穹顶结构，主要采用的就是预应力体系，这种特殊的结构使得屋面竖向荷载转为拉力。

    这样说可能还是比较难理解。如果您手边有一张弓，将它垂直放在桌子上，弓弦贴紧桌面。然后在水平面上转180度。弓背所形成的形状就是羽球馆的穹顶。由于弓弦拉起了弓背的两端，给它一个向上的力来和自身重力相抵消，这个向上的力，就是预应力。1200吨的穹顶，就是依靠这四两拨千斤的预应力支撑起来的。

    早在2002年，工大就做过类似的预应力体系实验。当年，工大正忙于两个申请，一个是申请在校内兴建一座奥运会比赛场馆，一个是学科带头人张爱林正在申请预应力钢结构体系的国家基金项目。工大体育馆预应力钢结构体系优化设计，是北京市科委奥运专项资助项目。最终工大的两个愿望都得以实现。招标时，华南理工大学建筑设计院的设计牢牢抓住了评委的眼球，也正对了工大的“胃口”。二话不说，预应力体系融入弦支穹顶结构，工大体育馆定将以“轻”取胜。

    现在仍在工大读书的博士研究生刘学春仍旧很清楚地记得去年春夏间的那个实验。2006年4月中旬，一个比例为1比10的穹顶模型在实验室里开建，一个模型就搭了一个半月。随后，刘学春跟着张爱林教授、再加上六七名同学钻进了实验室，开始了繁复的动力静力实验，验证理论计算，进行安全性测试。

    实验开始前，刘学春和同学们先要将重要节点和构件接上“传感器”，再连接到试验现场的两台计算机上。别看只有5道环索，因为中间有索和钢管相连，牵一发而动全身，每一步微小的调整都需要慎之又慎。之后分三次加重，动力静力实验还要穿插进行。一轮测试下来，至少要一个星期。

    在测试期间，刘学春紧盯着这个未来的“工大体育馆穹顶”，比较数据之间微小的差值，全天都泡在实验场。刘学春回忆，当时每天早上8点就进场开始实验，经常晚上12点才出来，两个月下来，盒饭吃了1000多块钱的。

    模型实验不仅证明了体育馆的安全性和稳定性。而且表明，取“轻”也能达到更好的效果。