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2008年北京奧運(yùn)會場館建設(shè)近況

作者：建筑鋼結(jié)構(gòu)網(wǎng)    
時間：2009-12-22 20:25:58 [收藏]

    [提 要] 本文介紹有關(guān)2008年北京奧運(yùn)會計劃新建和改建的37個場館中已開工或即將開工的新建九個場館及其施工概況。并因此而引起的一些值得思考的問題。
    [關(guān)鍵詞] 2008年北京奧運(yùn)會，體育場，體育館，游泳中心，天津體育場，自行車館，籃球館，羽毛球館，摔跤館，乒乓球館。
    北京2008年奧運(yùn)會為20項比賽項目需要將建37座體育場館。其中32座在北京，19座為新建，13座為改建，另5座在外省市，3座新建在天津、沈陽和青島，2座改建在上海和秦皇島。這新建22座新場館和改建的15座舊場館，實(shí)為我國當(dāng)前一件非常具有挑戰(zhàn)性的艱難任務(wù)。在新建場館確定設(shè)計方案過程中又遇到新的“磨難”，距2008年8月8日開幕日期僅還有3年時間，時間非常迫切?，F(xiàn)僅就已肯定下來的并已施工或準(zhǔn)備施工的九個場館做一綜述，同時對一些值得思考的問題略談一些看法。
    一、2008年北京奧運(yùn)會九個新建場館
    1） 國家體育場

    國家體育場建筑體形上像鳥巢新穎獨(dú)特，具有一定的獨(dú)創(chuàng)性（圖1，2）?？扇菁{8萬人（奧運(yùn)會期間可容納10萬人）。平面為橢圓形,長軸340m短軸292m。屋蓋中間原有一個146m×76m的開口，并設(shè)計成開合屋蓋，后幾經(jīng)優(yōu)化將開口擴(kuò)大到185.3mX127.5m,并取消了開合屋蓋。
    整體承重結(jié)構(gòu)由一系列空間剛架繞著內(nèi)環(huán)旋轉(zhuǎn)而成，這種結(jié)構(gòu)布置形成一種三維空間承重體系（圖3）。每一榀剛架由高12m的屋蓋桁架和三角形桁架柱組成，均采用加肋薄壁箱形截面，為了形成鳥巢效果主桁架上弦上還設(shè)有交叉的次要構(gòu)件，也采用箱形截面。總用鋼量現(xiàn)已優(yōu)化到41875t，較前降低了12000t。由于該工程新穎而復(fù)雜，投入大量人力財力（數(shù)百萬元），組織許多單位立項進(jìn)行科學(xué)研究以保證工程的合理和安全。

    2） 國家游泳中心
    國家游泳中心建筑體形簡單，為170m x 170m x 29m方盒子狀，屋蓋厚7m，墻厚5.4m，可容納1.7萬人（圖4），外墻及屋面的填充單元是由十二面體和十四面體組合而成的異型網(wǎng)格或稱WP多面體（Weaire-phelan）（圖5），然后再按一定角度斜切成水泡狀網(wǎng)格（圖4）。既有上弦，也有下弦，中間為腹桿。網(wǎng)格內(nèi)外均鋪設(shè)透明的ETFE充氣膜，賦以整個建筑以晶瑩剔透的外表，這種結(jié)構(gòu)又稱之為“水立方”（Water Cube）。其桿件和節(jié)點(diǎn)原設(shè)計非常復(fù)雜，很難實(shí)現(xiàn)，經(jīng)立項研究精心優(yōu)化后，桿件仍用傳統(tǒng)的方鋼管及圓鋼管，但是兩端是變截面的，而節(jié)點(diǎn)大多數(shù)為我國采用最普遍的焊接空心球節(jié)點(diǎn)。這個工程也曾組織許多單位，花費(fèi)了數(shù)百萬元經(jīng)費(fèi)專門定項進(jìn)行科學(xué)研究。

    3） 國家體育館
    （一）原方案設(shè)計
    國家體育館原方案為2003年8月國際競賽第一名。由歐博邁亞(Obermeyer)與格呂克納(Glorkner)國際發(fā)展有限公司和慕尼黑奧林匹克公園有限公司合作設(shè)計，為2008奧運(yùn)會體育比賽用的場館，位于奧林匹克公園B區(qū)。建設(shè)用地6.7萬m2，總建筑面積67151 m2，總座位19000個，奧運(yùn)會期內(nèi)將用來舉行體操、手球、排球比賽，賽后將成為多功能綜合性文體設(shè)施。
    主館的大園與附館的小園簡潔連接，構(gòu)成一個8字型，即代表2008年奧運(yùn)會，也象征著中國古代紅山文化的“雙連壁”，象征著各國家、各民族的友誼和奧林匹克精神。
    體育館是由一連續(xù)的室內(nèi)拱形屋頂結(jié)構(gòu)覆蓋。長250m最大寬度140m,高46m,透明的外立面材料為玉綠色玻璃纖維板，封閉的外層安裝是有PolyLED技術(shù)支持的由內(nèi)向外照明的多媒體墻（圖6）。

    二）最近確定的設(shè)計方案

    國家體育館（圖7）在建筑空間上劃分為兩個大廳，即比賽大廳和訓(xùn)練大廳。比賽大廳空間平面尺寸為114mX144.5m，柱頂高度約35m~43m~30m，訓(xùn)練大廳空間平面尺寸為51mX63m，柱頂高度約30m~22.3m。
    屋蓋結(jié)構(gòu)為雙向張弦梁體系，梁采用箱型截面（見圖8）。
    下部結(jié)構(gòu)為框架抗震墻結(jié)構(gòu)與型鋼混凝土框架?鋼支撐相結(jié)合的混合型結(jié)構(gòu)體系（見圖9）。


    4） 天津奧林匹克中心體育場
    天津奧林匹克體育場位于擁有得天獨(dú)厚的自然環(huán)境的天津市西南，坐落于碧水、樹林之中。他以2008年北京奧林匹克運(yùn)動會的三大理念??“綠色奧運(yùn)”、“科技奧運(yùn)”、“人文奧運(yùn)”為主題，將成為未來天津體育活動的中心和基地。本體育場從舉辦2008年奧運(yùn)會賽事開始，有能力在此之后陸續(xù)承辦各類國際體育大賽。同時，體育場四周的人工水盤與相鄰的待建綜合館和水上運(yùn)動中心相呼應(yīng)。建筑與水體、綠化緊密結(jié)合，共同創(chuàng)造出符合人體尺度的宜人的建筑空間。體育場的外觀造型以具有自然形態(tài)的露珠為主題，盡可能做到與天津市優(yōu)美的自然環(huán)境相協(xié)調(diào)。選取“晶瑩露珠”為建筑構(gòu)思，以金屬和玻璃作為建筑皮膚來調(diào)整采光面積（圖10）。
    建筑底面面積為80,000m2，屋頂面積76,719m2，地上層數(shù)6層，最高點(diǎn)高度53.00m，可容納觀眾數(shù)60,000（活動坐席20,000）人。屋頂結(jié)構(gòu)采用鋼桁架懸挑結(jié)構(gòu)。屋頂桁架選用V字型平行弦桁架懸挑結(jié)構(gòu)，以表現(xiàn)運(yùn)動的動感和輕快感（圖11）。鋼結(jié)構(gòu)屋架平面呈扁長橢圓（長軸約471米，短軸約370米），整個平面沿長軸對稱，屋面桁架落地，形似露珠，內(nèi)圈和外圈鋪設(shè)玻璃面板，中間部分基本為金屬板，但在V型桁架之間交替鋪設(shè)玻璃和金屬板；屋面面積為76,719m2，幾乎覆蓋全部觀眾席。屋面中心不封閉，即在運(yùn)動場上方留有近似橢圓形空洞，以不同曲率坡向地面，近地面時收于波浪形起伏的環(huán)形鋼管桁架圈梁處，再由環(huán)向布置的92組鋼桁架柱連接到基礎(chǔ)的混凝土承臺上。露珠曲面是由896條不同圓心和半徑的圓弧模擬成，并非由統(tǒng)一的數(shù)學(xué)方程建立，經(jīng)過建筑師和結(jié)構(gòu)師不斷推敲修改，逐步形成光滑的曲線面。目前，桁架表面所構(gòu)成的曲面并非光滑的，將來由屋面板材以及檁條的高度來調(diào)整整個屋面鋼管桁架體系，整個屋頂被環(huán)梁化分為上、中、下三部分；各榀平行弦桁架呈V字型布置，徑向首尾相接，環(huán)向布設(shè)鋼管檁架和交叉斜撐，構(gòu)成一個穩(wěn)定的三維空間體系。桁架搭建在斜向支撐屋面的V字型鋼桁架柱和屋頂下部的環(huán)向圈梁的交叉點(diǎn)上，前挑出50米，其支點(diǎn)間距為14米；桁架高度在懸挑的根部約為4.5米，在端部約為2米。
    主桁架上下弦桿、支座桁架上下弦桿及環(huán)向圈梁上下弦桿選用Φ508無縫鋼管；主桁架腹桿、支座桁架腹桿以及環(huán)向圈梁腹桿選用Φ219無縫鋼管；主桁架中間支座豎桿選用Φ762無縫鋼管，最大的檁條為300×700的箱形截面。各品桁架和檁條的跨度、高度、弧線曲率均不同，各節(jié)點(diǎn)連續(xù)相貫并為剛接，重要節(jié)點(diǎn)采用鑄造工藝直接成形，既保證節(jié)點(diǎn)的幾何精度、材料性能又便于現(xiàn)場安裝。本結(jié)構(gòu)方案構(gòu)思巧妙，主要受力桁架按一定規(guī)律相連成網(wǎng)，布局合理，空間性能好，給人以力度感、穩(wěn)定感的同時，又極富韻律，
    顯得輕巧、活潑。結(jié)構(gòu)美和建筑美充分結(jié)合是結(jié)構(gòu)設(shè)計美學(xué)思想的新探索。

    （二）、最后確定的設(shè)計方案
    雙層球面網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)方案（圖13）。網(wǎng)殼跨度133.06m，沿周邊外挑8.238m，矢高14.69m，總投影面積約17000m2。網(wǎng)殼通過24對人字型柱支承于沿周邊均勻分布的24根鋼筋混凝土柱柱頂，人字型柱柱頂設(shè)置鋼結(jié)構(gòu)圈梁，利用網(wǎng)殼外挑部分設(shè)置圈梁桁架。鋼筋混凝土柱柱頂標(biāo)高+7.15m，網(wǎng)殼最高點(diǎn)標(biāo)高+35.49m。網(wǎng)殼采用四角錐網(wǎng)格，最大網(wǎng)格尺寸為4.96m×4.24m，厚度2.8m。
    屋面采用輕型金屬屋面板（圖14），局部為玻璃采光屋面。網(wǎng)殼采用焊接球節(jié)點(diǎn)，最大桿件為Φ219×14，最大球節(jié)點(diǎn)為D650×30，用鋼量約為95kg/m2，其中雙層球面網(wǎng)殼部分為60kg/m2，人字型柱及鋼結(jié)構(gòu)圈梁35 kg/m2。


    6） 2008年奧運(yùn)會籃球館（五棵松）

    （一）、原設(shè)計方案
    2008年奧運(yùn)會籃球館位于北京海淀區(qū)五棵松，建筑面積11.9萬m2，它是120m×120m×40.8m的方盒子式建筑，內(nèi)部分為上下兩部分，上部五層為商業(yè)區(qū)，六層以下為籃球館，共十一層（圖15）。整個結(jié)構(gòu)周邊設(shè)16根（每邊4根）矩形鋼管混凝土柱（1500mm×4600mm），四角設(shè)四個鋼筋混凝土角筒（12m×12m）。上層在16根柱向設(shè)8根32.4m高的桁架，六層的樓板支于桁架的腹桿上（圖16）。空間桁架上下弦桿為1200mm×2200mm的箱型鋼梁，腹桿為650mm×650mm～900mm×900mm的焊接方鋼管。桁架采用鑄鋼節(jié)點(diǎn)。五層以上商業(yè)區(qū)內(nèi)還設(shè)四個雙曲面束筒作為采光和通風(fēng)用，最大直徑為18m，由48根直徑為45mm的預(yù)應(yīng)力圓鋼組成，在每個雙曲筒上方設(shè)一圓形單層網(wǎng)殼的玻璃屋頂，其直徑21m，矢高3.2m。

    二）、最近確定的方案

    方案更動較大，將原上部五層商業(yè)全部去掉，改為雙向正交正放網(wǎng)架，支于周邊20根混凝土柱上，并在四邊柱向共設(shè)八道交叉支撐（圖17）。另外一個較大的更動是將四周外面的超大屏幕取消，省了一大筆費(fèi)用。

    7） 2008 年奧運(yùn)羽毛球比賽館（在北京工業(yè)大學(xué)內(nèi)）

    中標(biāo)第一方案：華南理工大學(xué)建筑設(shè)計研究院設(shè)計(圖18)。
    場館總建筑面積為38000?，地上面積為32800?，地下面積為5200?。主館跨度105m，高度32.43m。座席總數(shù)10076個。屋蓋形式：原設(shè)計方案為葵花形三向網(wǎng)格的球面網(wǎng)殼，最近通過數(shù)個方案比較，最后確定為弦支穹頂方案（圖19）。

    8） 2008年奧運(yùn)會摔跤館（在中國農(nóng)業(yè)大學(xué)校內(nèi)）

    本方案為中國農(nóng)業(yè)大學(xué)體育館（2008年北京奧運(yùn)會摔跤比賽館）的中標(biāo)方案，是由華南理工大學(xué)建筑設(shè)計研究院設(shè)計（圖19）。
    體育館主體建筑布置在屬于校園中心區(qū)的建設(shè)用地的南端，突出體育館作為校園中心區(qū)主題建筑的統(tǒng)籌全局的作用，在體育館的西側(cè)形成集散廣場，和主校道西側(cè)原有的綠帶一起形成校園中心區(qū)的主要空間節(jié)點(diǎn)。
    體育館主要由比賽館和游泳中心以及一部分平臺組成。比賽館是體育館的主要建筑（圖20），其平面是一個約90m×90m的矩形平面，屋面是反對稱的折面，采用巨型門式剛架結(jié)構(gòu)，形成富有韻律的造型。比賽館的東西立面的檐口是兩條反對稱的高低起伏的折線，通過硬朗的折線與檐口和屋脊，表現(xiàn)出了豐富多變的建筑輪廓線，也展現(xiàn)了摔跤比賽館的陽剛之美。立面?zhèn)却凹訌?qiáng)了豎向線條的韻律，突出了比賽的紀(jì)念性形象。
    游泳中心是一個高9m的梯形建筑。與比賽館相比，其體型較小，將其與附屬平臺一體處理，在材質(zhì)和體型上與周邊建筑形式相適應(yīng)。游泳中心西面采用斜面的玻璃造型
    屋面板和外墻板層層錯開，既在立面上形成了韻律，又可以充分引入了自然光，并通過光線的反射，在室內(nèi)形成柔和的漫射光。屋面的坡頂造型有利于迅速的排除雨水和積雪。


    9） 2008年奧運(yùn)會乒乓球館（北京大學(xué)校內(nèi)）

    2008年奧運(yùn)會乒乓球館坐落于北京大學(xué)校園內(nèi)（圖21、22）。6000固定坐席＋2000可移動坐席, 結(jié)構(gòu)支撐跨度80m×64m。整個屋蓋結(jié)構(gòu)由32榀輻射桁架、中央剛性環(huán)、中央球殼（矢高7m、跨度24 m）和下?lián)螚U、下剛性環(huán)、輻射拉索及支撐體系六部分組成。除四角外，其余支座均為可滑動抗震球鉸支座。


    二、鋼結(jié)構(gòu)重大工程中一些值得思考的問題

    鋼材產(chǎn)量我國居世界首位，這是眾所周知的，它給我國鋼結(jié)構(gòu)發(fā)展，特別是空間鋼結(jié)構(gòu)帶來了極大的機(jī)遇。2008年北京奧運(yùn)會、2010年上海世博會、2010年廣州亞運(yùn)會，還有國內(nèi)全運(yùn)會、省運(yùn)會等都需要建造大量鋼結(jié)構(gòu)場館。不管奧運(yùn)會還是世博會其建筑水平都代表著一個國家的建筑科技水平，近年來全國舉國上下各界人士都在努力做好這項工作，以提高我國在世界上的地位。工程設(shè)計一個接著一個，工地開工也是一個接著一個，真是一片大好形勢，每個人都受到了鼓舞，但也確還有一些值得思考的問題。
    首先：規(guī)模較大的工程都要進(jìn)行國際投標(biāo)，這本是無可非議的，但往往最后總是國外方案中標(biāo)，這除了說明國外建筑師水平比我們高，還有什么其它理由呢？如果真的是這樣，那我們不管領(lǐng)導(dǎo)階層還是專家們都應(yīng)認(rèn)真地思考這個問題，如何盡快扭轉(zhuǎn)這種局面，長此下去我們國家變成國外建筑師施展才能的場所了。
    第二，一個建筑方案，大家有各種不同意見也是無可非議的，經(jīng)過專家評標(biāo)最后選出的中標(biāo)方案應(yīng)當(dāng)是最優(yōu)的，但往往是奇、特、怪的，引起了眾多意見，甚至高層次的人士聯(lián)名上書等等。如國家大劇院、鳥巢、中央影視大樓，五棵松籃球館等重大工程一出臺大家意見紛紛，后來進(jìn)行優(yōu)化瘦身，修修改改總算收場。籃球館中大跨度比賽用地頂上托著五層商業(yè)用房，顯然是不合理的，為什么這么多專家通過而且是中標(biāo)了，后來又不得不大改動，取消了上層建筑和超大屏幕。
    第三，工程中標(biāo)后，下面緊接著就是施工評標(biāo)，由于投標(biāo)條件限制一個重大工程出來后，只能幾家（往往總是這幾家）投標(biāo)。實(shí)際上這少數(shù)幾家哪家都能很好地完成任務(wù)，但爭標(biāo)是很激烈的，甚至采取一些不正當(dāng)手段（報紙上已多次揭發(fā)出許多現(xiàn)象），長此下去也使人擔(dān)憂。
    第四，鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計總希望越復(fù)雜越好，反正我能計算，施工也是難度越大越好，這樣才能顯得實(shí)力大、能力強(qiáng)，說白了才能獲得大獎，哪一個獲大獎?wù)卟恍Q自己工程復(fù)雜，施工難度多么大，否則得不了大獎，一個結(jié)構(gòu)簡單施工方便的大工程少見了。
    第五，本來空間結(jié)構(gòu)是從平面結(jié)構(gòu)發(fā)展而來的，它具有一系列優(yōu)點(diǎn)，但目前出現(xiàn)一種提倡采用平面結(jié)構(gòu)的思潮，這可能是一些建筑師的思想變化，認(rèn)為空間結(jié)構(gòu)桿件多、亂、不美觀、這個問題也應(yīng)當(dāng)有個正確的理解。
    第六，一個標(biāo)志性建筑一定要設(shè)計成飛禽走獸形的，如大鵬、天鵝、鳥巢等等，當(dāng)然這種看法也是可以理解的，有它一定的建筑藝術(shù)價值和標(biāo)準(zhǔn)，但這種藝術(shù)效果只能從飛機(jī)上看，遠(yuǎn)處望，走近時恐怕就看不出來了。另外還有一種思潮，屋面不曲不行（如波浪形），柱子不斜不好等等都值得思考。
    凡此種種，都是作為一名從事結(jié)構(gòu)工作的人經(jīng)常遇到的現(xiàn)象，有些是難以理解的，也可能解決不了，現(xiàn)提出來供大家思考。

    參考文獻(xiàn)
    1.劉錫良主編：第一至四屆全國現(xiàn)代結(jié)構(gòu)工程學(xué)術(shù)研討會論文集．《工業(yè)建筑》增刊．
    2.中國建設(shè)報、中華建筑報及建筑時報有關(guān)文章和報道．
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