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2008年北京奧運會(huì )場(chǎng)館建設近況

作者：建筑鋼結構網(wǎng)    
時(shí)間：2009-12-22 20:25:58 [收藏]

    [提 要] 本文介紹有關(guān)2008年北京奧運會(huì )計劃新建和改建的37個(gè)場(chǎng)館中已開(kāi)工或即將開(kāi)工的新建九個(gè)場(chǎng)館及其施工概況。并因此而引起的一些值得思考的問(wèn)題。
    [關(guān)鍵詞] 2008年北京奧運會(huì )，體育場(chǎng)，體育館，游泳中心，天津體育場(chǎng)，自行車(chē)館，籃球館，羽毛球館，摔跤館，乒乓球館。
    北京2008年奧運會(huì )為20項比賽項目需要將建37座體育場(chǎng)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(yáng)和青島，2座改建在上海和秦皇島。這新建22座新場(chǎng)館和改建的15座舊場(chǎng)館，實(shí)為我國當前一件非常具有挑戰性的艱難任務(wù)。在新建場(chǎng)館確定設計方案過(guò)程中又遇到新的“磨難”，距2008年8月8日開(kāi)幕日期僅還有3年時(shí)間，時(shí)間非常迫切?，F僅就已肯定下來(lái)的并已施工或準備施工的九個(gè)場(chǎng)館做一綜述，同時(shí)對一些值得思考的問(wèn)題略談一些看法。
    一、2008年北京奧運會(huì )九個(gè)新建場(chǎng)館
    1） 國家體育場(chǎng)

    國家體育場(chǎng)建筑體形上像鳥(niǎo)巢新穎獨特，具有一定的獨創(chuàng )性（圖1，2）?？扇菁{8萬(wàn)人（奧運會(huì )期間可容納10萬(wàn)人）。平面為橢圓形,長(cháng)軸340m短軸292m。屋蓋中間原有一個(gè)146m×76m的開(kāi)口，并設計成開(kāi)合屋蓋，后幾經(jīng)優(yōu)化將開(kāi)口擴大到185.3mX127.5m,并取消了開(kāi)合屋蓋。
    整體承重結構由一系列空間剛架繞著(zhù)內環(huán)旋轉而成，這種結構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(niǎo)巢效果主桁架上弦上還設有交叉的次要構件，也采用箱形截面?？傆娩摿楷F已優(yōu)化到41875t，較前降低了12000t。由于該工程新穎而復雜，投入大量人力財力（數百萬(wàn)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(jiǎn)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(wàn)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(chēng)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)格內外均鋪設透明的ETFE充氣膜，賦以整個(gè)建筑以晶瑩剔透的外表，這種結構又稱(chēng)之為“水立方”（Water Cube）。其桿件和節點(diǎn)原設計非常復雜，很難實(shí)現，經(jīng)立項研究精心優(yōu)化后，桿件仍用傳統的方鋼管及圓鋼管，但是兩端是變截面的，而節點(diǎn)大多數為我國采用最普遍的焊接空心球節點(diǎn)。這個(gè)工程也曾組織許多單位，花費了數百萬(wàn)元經(jīng)費專(zhuān)門(mén)定項進(jìn)行科學(xué)研究。

    3） 國家體育館
    （一）原方案設計
    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計，為2008奧運會(huì )體育比賽用的場(chǎng)館，位于奧林匹克公園B區。建設用地6.7萬(wàn)m2，總建筑面積67151 m2，總座位19000個(gè)，奧運會(huì )期內將用來(lái)舉行體操、手球、排球比賽，賽后將成為多功能綜合性文體設施。
    主館的大園與附館的小園簡(jiǎn)潔連接，構成一個(gè)8字型，即代表2008年奧運會(huì )，也象征著(zhù)中國古代紅山文化的“雙連壁”，象征著(zhù)各國家、各民族的友誼和奧林匹克精神。
    體育館是由一連續的室內拱形屋頂結構覆蓋。長(cháng)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)支持的由內向外照明的多媒體墻（圖6）。

    二）最近確定的設計方案

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


    4） 天津奧林匹克中心體育場(chǎng)
    天津奧林匹克體育場(chǎng)位于擁有得天獨厚的自然環(huán)境的天津市西南，坐落于碧水、樹(shù)林之中。他以2008年北京奧林匹克運動(dòng)會(huì )的三大理念??“綠色奧運”、“科技奧運”、“人文奧運”為主題，將成為未來(lái)天津體育活動(dòng)的中心和基地。本體育場(chǎng)從舉辦2008年奧運會(huì )賽事開(kāi)始，有能力在此之后陸續承辦各類(lèi)國際體育大賽。同時(shí)，體育場(chǎng)四周的人工水盤(pán)與相鄰的待建綜合館和水上運動(dòng)中心相呼應。建筑與水體、綠化緊密結合，共同創(chuàng )造出符合人體尺度的宜人的建筑空間。體育場(chǎng)的外觀(guān)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。選取“晶瑩露珠”為建筑構思，以金屬和玻璃作為建筑皮膚來(lái)調整采光面積（圖10）。
    建筑底面面積為80,000m2，屋頂面積76,719m2，地上層數6層，最高點(diǎn)高度53.00m，可容納觀(guān)眾數60,000（活動(dòng)坐席20,000）人。屋頂結構采用鋼桁架懸挑結構。屋頂桁架選用V字型平行弦桁架懸挑結構，以表現運動(dòng)的動(dòng)感和輕快感（圖11）。鋼結構屋架平面呈扁長(cháng)橢圓（長(cháng)軸約471米，短軸約370米），整個(gè)平面沿長(cháng)軸對稱(chēng)，屋面桁架落地，形似露珠，內圈和外圈鋪設玻璃面板，中間部分基本為金屬板，但在V型桁架之間交替鋪設玻璃和金屬板；屋面面積為76,719m2，幾乎覆蓋全部觀(guān)眾席。屋面中心不封閉，即在運動(dòng)場(chǎng)上方留有近似橢圓形空洞，以不同曲率坡向地面，近地面時(shí)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，并非由統一的數學(xué)方程建立，經(jīng)過(guò)建筑師和結構師不斷推敲修改，逐步形成光滑的曲線(xiàn)面。目前，桁架表面所構成的曲面并非光滑的，將來(lái)由屋面板材以及檁條的高度來(lái)調整整個(gè)屋面鋼管桁架體系，整個(gè)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)向布設鋼管檁架和交叉斜撐，構成一個(gè)穩定的三維空間體系。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(wú)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(wú)縫鋼管；主桁架中間支座豎桿選用Φ762無(wú)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(xiàn)曲率均不同，各節點(diǎn)連續相貫并為剛接，重要節點(diǎn)采用鑄造工藝直接成形，既保證節點(diǎn)的幾何精度、材料性能又便于現場(chǎng)安裝。本結構方案構思巧妙，主要受力桁架按一定規律相連成網(wǎng)，布局合理，空間性能好，給人以力度感、穩定感的同時(shí)，又極富韻律，
    顯得輕巧、活潑。結構美和建筑美充分結合是結構設計美學(xué)思想的新探索。

    （二）、最后確定的設計方案
    雙層球面網(wǎng)殼結構方案（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(guò)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，人字型柱柱頂設置鋼結構圈梁，利用網(wǎng)殼外挑部分設置圈梁桁架。鋼筋混凝土柱柱頂標高+7.15m，網(wǎng)殼最高點(diǎn)標高+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)殼采用焊接球節點(diǎn)，最大桿件為Φ219×14，最大球節點(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，人字型柱及鋼結構圈梁35 kg/m2。


    6） 2008年奧運會(huì )籃球館（五棵松）

    （一）、原設計方案
    2008年奧運會(huì )籃球館位于北京海淀區五棵松，建筑面積11.9萬(wàn)m2，它是120m×120m×40.8m的方盒子式建筑，內部分為上下兩部分，上部五層為商業(yè)區，六層以下為籃球館，共十一層（圖15）。整個(gè)結構周邊設16根（每邊4根）矩形鋼管混凝土柱（1500mm×4600mm），四角設四個(gè)鋼筋混凝土角筒（12m×12m）。上層在16根柱向設8根32.4m高的桁架，六層的樓板支于桁架的腹桿上（圖16）?？臻g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。桁架采用鑄鋼節點(diǎn)。五層以上商業(yè)區內還設四個(gè)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的預應力圓鋼組成，在每個(gè)雙曲筒上方設一圓形單層網(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(dòng)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，并在四邊柱向共設八道交叉支撐（圖17）。另外一個(gè)較大的更動(dòng)是將四周外面的超大屏幕取消，省了一大筆費用。

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

    中標第一方案：華南理工大學(xué)建筑設計研究院設計(圖18)。
    場(chǎng)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10076個(gè)。屋蓋形式：原設計方案為葵花形三向網(wǎng)格的球面網(wǎng)殼，最近通過(guò)數個(gè)方案比較，最后確定為弦支穹頂方案（圖19）。

    8） 2008年奧運會(huì )摔跤館（在中國農業(yè)大學(xué)校內）

    本方案為中國農業(yè)大學(xué)體育館（2008年北京奧運會(huì )摔跤比賽館）的中標方案，是由華南理工大學(xué)建筑設計研究院設計（圖19）。
    體育館主體建筑布置在屬于校園中心區的建設用地的南端，突出體育館作為校園中心區主題建筑的統籌全局的作用，在體育館的西側形成集散廣場(chǎng)，和主校道西側原有的綠帶一起形成校園中心區的主要空間節點(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(gè)約90m×90m的矩形平面，屋面是反對稱(chēng)的折面，采用巨型門(mén)式剛架結構，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(chēng)的高低起伏的折線(xiàn)，通過(guò)硬朗的折線(xiàn)與檐口和屋脊，表現出了豐富多變的建筑輪廓線(xiàn)，也展現了摔跤比賽館的陽(yáng)剛之美。立面側窗加強了豎向線(xiàn)條的韻律，突出了比賽的紀念性形象。
    游泳中心是一個(gè)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。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(kāi)，既在立面上形成了韻律，又可以充分引入了自然光，并通過(guò)光線(xiàn)的反射，在室內形成柔和的漫射光。屋面的坡頂造型有利于迅速的排除雨水和積雪。


    9） 2008年奧運會(huì )乒乓球館（北京大學(xué)校內）

    2008年奧運會(huì )乒乓球館坐落于北京大學(xué)校園內（圖21、22）。6000固定坐席＋2000可移動(dòng)坐席, 結構支撐跨度80m×64m。整個(gè)屋蓋結構由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(dòng)抗震球鉸支座。


    二、鋼結構重大工程中一些值得思考的問(wèn)題

    鋼材產(chǎn)量我國居世界首位，這是眾所周知的，它給我國鋼結構發(fā)展，特別是空間鋼結構帶來(lái)了極大的機遇。2008年北京奧運會(huì )、2010年上海世博會(huì )、2010年廣州亞運會(huì )，還有國內全運會(huì )、省運會(huì )等都需要建造大量鋼結構場(chǎng)館。不管奧運會(huì )還是世博會(huì )其建筑水平都代表著(zhù)一個(gè)國家的建筑科技水平，近年來(lái)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。工程設計一個(gè)接著(zhù)一個(gè)，工地開(kāi)工也是一個(gè)接著(zhù)一個(gè)，真是一片大好形勢，每個(gè)人都受到了鼓舞，但也確還有一些值得思考的問(wèn)題。
    首先：規模較大的工程都要進(jìn)行國際投標，這本是無(wú)可非議的，但往往最后總是國外方案中標，這除了說(shuō)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)導階層還是專(zhuān)家們都應認真地思考這個(gè)問(wèn)題，如何盡快扭轉這種局面，長(cháng)此下去我們國家變成國外建筑師施展才能的場(chǎng)所了。
    第二，一個(gè)建筑方案，大家有各種不同意見(jiàn)也是無(wú)可非議的，經(jīng)過(guò)專(zhuān)家評標最后選出的中標方案應當是最優(yōu)的，但往往是奇、特、怪的，引起了眾多意見(jiàn)，甚至高層次的人士聯(lián)名上書(shū)等等。如國家大劇院、鳥(niǎo)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(jiàn)紛紛，后來(lái)進(jìn)行優(yōu)化瘦身，修修改改總算收場(chǎng)?；@球館中大跨度比賽用地頂上托著(zhù)五層商業(yè)用房，顯然是不合理的，為什么這么多專(zhuān)家通過(guò)而且是中標了，后來(lái)又不得不大改動(dòng)，取消了上層建筑和超大屏幕。
    第三，工程中標后，下面緊接著(zhù)就是施工評標，由于投標條件限制一個(gè)重大工程出來(lái)后，只能幾家（往往總是這幾家）投標。實(shí)際上這少數幾家哪家都能很好地完成任務(wù)，但爭標是很激烈的，甚至采取一些不正當手段（報紙上已多次揭發(fā)出許多現象），長(cháng)此下去也使人擔憂(yōu)。
    第四，鋼結構設計總希望越復雜越好，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，說(shuō)白了才能獲得大獎，哪一個(gè)獲大獎?wù)卟恍Q(chēng)自己工程復雜，施工難度多么大，否則得不了大獎，一個(gè)結構簡(jiǎn)單施工方便的大工程少見(jiàn)了。
    第五，本來(lái)空間結構是從平面結構發(fā)展而來(lái)的，它具有一系列優(yōu)點(diǎn)，但目前出現一種提倡采用平面結構的思潮，這可能是一些建筑師的思想變化，認為空間結構桿件多、亂、不美觀(guān)、這個(gè)問(wèn)題也應當有個(gè)正確的理解。
    第六，一個(gè)標志性建筑一定要設計成飛禽走獸形的，如大鵬、天鵝、鳥(niǎo)巢等等，當然這種看法也是可以理解的，有它一定的建筑藝術(shù)價(jià)值和標準，但這種藝術(shù)效果只能從飛機上看，遠處望，走近時(shí)恐怕就看不出來(lái)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構工作的人經(jīng)常遇到的現象，有些是難以理解的，也可能解決不了，現提出來(lái)供大家思考。

    參考文獻
    1.劉錫良主編：第一至四屆全國現代結構工程學(xué)術(shù)研討會(huì )論文集．《工業(yè)建筑》增刊．
    2.中國建設報、中華建筑報及建筑時(shí)報有關(guān)文章和報道．
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