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奧運摔跤館內斂精巧落校園

作者：鋼結構網(wǎng)    
時(shí)間：2009-12-23 10:00:23 [收藏]

    坐落在中國農業(yè)大學(xué)校園內的奧運摔跤館即將完工，體育館外形別出心裁地采用了框架組合設計，使其自然地融入校園環(huán)境，但其中的能耗及鋼結構等問(wèn)題，又給設計者提出了不少難題，今天我們請總設計師和總工程師為大家解讀其中的奧妙。

    走進(jìn)中國農業(yè)大學(xué)東校區大門(mén)，向東北方走去，穿過(guò)校園中的林陰道，一座泛著(zhù)金屬光澤、造型新穎的巨大體育館便赫然眼前。這就是2008年奧運會(huì )摔跤比賽的場(chǎng)館―――中國農業(yè)大學(xué)體育館。

    　　作為這座場(chǎng)館設計團隊的領(lǐng)軍人物，華南理工大學(xué)建筑設計研究院院長(cháng)、中國工程院院士何鏡堂教授對這件作品非常滿(mǎn)意，因為從中標到最后實(shí)施，設計方案從沒(méi)有被改動(dòng)過(guò)，這在建筑設計中非常少見(jiàn)。他認為，同校園環(huán)境相協(xié)調、造型簡(jiǎn)單新穎、便于改造滿(mǎn)足賽后利用要求，是這個(gè)場(chǎng)館的主要特點(diǎn)。對此，農大體育館的另一位總設計師、華南理工大學(xué)建筑設計研究院副院長(cháng)孫一民教授進(jìn)行了深入細致的介紹。

    　　氣質(zhì)內斂的體育館

    　　談到大型體育場(chǎng)館時(shí)，人們首先想到的往往是新穎的造型、完善的內部功能等等，但卻很容易忽視場(chǎng)館同周邊環(huán)境是否協(xié)調的問(wèn)題。在這一點(diǎn)上，農大體育館的設計師們考慮得很充分，他們根據場(chǎng)館周邊的建筑和自然環(huán)境，把農大體育館設計成了一個(gè)“謙讓”的體育館，“謙讓”首先表現在場(chǎng)館的體量上。

    　　農大體育館雖是個(gè)奧運場(chǎng)館，但同時(shí)它還是一個(gè)高校體育館。農大校園狹窄，用地比較緊張，所以場(chǎng)館的體量也應當相對較小，于是場(chǎng)館的用地、體形、體量設計得都比較集中。這樣在校園環(huán)境中，人們看過(guò)去不會(huì )給人以壓迫感，又與周邊環(huán)境很協(xié)調。

    　　孫一民說(shuō)，當初參與競標的幾家單位的設計方案，對與校園環(huán)境協(xié)調考慮得較少，都是按照社會(huì )體育館方式設計的，風(fēng)格很張揚，給人以突兀之感，而這種謙讓的設計風(fēng)格則是它在競標中取勝的重要因素。

    　　在減小體量、集中用地的同時(shí)，為了和環(huán)境更加融洽，設計師們還調整了主館和副館的位置。一般來(lái)講，體量小的副館放在南面比較合適，因為這樣在滿(mǎn)足副館采光的同時(shí)不會(huì )影響主館采光，但由于體育館北面有兩棟高層建筑，如果體量大的主館放在北面，加上兩棟高大的建筑，整個(gè)格局就顯得非常局促。于是設計師們把副館放在了北面，解決了格局局促的問(wèn)題。

    　　站在即將完工的農大體育館面前，記者看到，它東面是操場(chǎng)，西面和南面是教學(xué)和辦公樓，在它們之間是寬闊的道路和綠化帶，格局自然舒適。在百年農大的校園中，充滿(mǎn)歷史感的建筑和散發(fā)著(zhù)現代氣息的體育館和諧地融為一體，設計師的理念獲得了很好的實(shí)現。

    　　普通布料做出漂亮衣服

    　　設計“謙讓”的農大體育館，外形非常吸引人的眼球。一層層的框架組合，給人以強烈的層次感，內斂而不失大體。屋頂的斜向脊線(xiàn)讓整個(gè)建筑充滿(mǎn)活力。如此新穎的造型，結構卻非常簡(jiǎn)單。農大體育館采用了工廠(chǎng)廠(chǎng)房常見(jiàn)的“門(mén)式框架結構”，使整體框架看上去就像一扇大門(mén)。不過(guò)廠(chǎng)房一般都采用相同規格的門(mén)式框架組成，而農大體育館則是用了不同規格的門(mén)式框架搭建起來(lái)的。

    　　孫一民說(shuō)，門(mén)式框架這樣設計在我國還是第一次。這些形式固定，但高低、大小不同的門(mén)式框架組合起來(lái)，便形成了一種全新的形式。對這種傳統結構的創(chuàng )新應用，一位設計師做了一個(gè)很形象的比喻：“這就像一塊普通的布料，通過(guò)精心裁剪，照樣可以做出非常漂亮的衣服?！?

    　　農大體育館的每一榀門(mén)式框架都有一個(gè)脊，而且每一榀框架的脊的位置都是錯開(kāi)的。這些錯位的脊連接起來(lái)，最后在體育館的屋頂組成了一個(gè)“Z”字形的屋脊。這條“Z”字形屋脊除了讓體育館更有力感外，看上去，就好像兩個(gè)摔跤的人正在角力，不經(jīng)意間，便呼應了奧運摔跤館的主題。

    　　采用技術(shù)成熟的門(mén)式框架結構作為結構形式，還可以使施工難度大大降低，讓工程質(zhì)量獲得更高保證。而且，利用框架大小和高低差制造出來(lái)的天窗和側窗，為賽后使用降低能耗打下了基礎。

    　　天然采光節能降耗

    　　體育場(chǎng)館都是耗能大戶(hù)，對此，孫一民深有感觸。他說(shuō)，在上世紀七八十年代，我們國家的體育館沒(méi)有天然采光，所有體育館大部分時(shí)間都不開(kāi)燈，里面伸手不見(jiàn)五指，照明完全依靠燈光提供，耗能巨大。

    　　現在，農大體育館的天窗使室內采光效果非常好，賽后學(xué)校使用場(chǎng)館進(jìn)行教學(xué)活動(dòng)時(shí)，白天不用開(kāi)燈，可完全依靠自然光滿(mǎn)足使用。孫一民強調說(shuō)，天然采光的想法一直是他們所堅持的，由于一直堅持天然采光的理念，才引出了天窗采光的建筑形式。

    　　天窗的設計除了可以采光，還能夠增強室內對流通風(fēng)，有效降低溫度，減少空調使用。但自然通風(fēng)畢竟不能完全替代空調的作用，好在設計師想出了其他辦法減少空調耗能。

    　　由于農大體育館設有8000個(gè)座席，如果只設置一套空調系統的話(huà)，滿(mǎn)足奧運會(huì )的需求沒(méi)有問(wèn)題。但在賽后學(xué)校的長(cháng)期使用中，觀(guān)眾數量很少能達到8000人，屆時(shí)開(kāi)動(dòng)滿(mǎn)足8000人需要的空調，無(wú)疑會(huì )造成巨大浪費。

    　　為此，設計師們在體育館上下兩個(gè)區域，分別設置了2套空調系統，如果觀(guān)眾人數不多，就只開(kāi)下面的空調；如果觀(guān)眾幾乎滿(mǎn)員，則兩套系統同時(shí)開(kāi)，有效避免能源浪費。

    　　為了讓場(chǎng)館設計更加合理，有效節能，設計師們還使用了CFD技術(shù)輔助設計。CFD是“計算流體力學(xué)”的英文縮寫(xiě)，它使用計算機軟件模擬分析建筑中的溫度、風(fēng)速等條件。設計師們根據初步設定的屋頂高度、座席數量、出入口和通風(fēng)口的數量和分布情況等條件，在計算機中建立了場(chǎng)館模型，從模型中可以直觀(guān)地看到風(fēng)速、溫度等情況，分析人員會(huì )將結果反饋給設計者，如果與設計目標有差異，設計者就會(huì )調整設計方案，達到目標要求。

    　　靈活設計方便賽后利用

    　　正如孫一民開(kāi)始所說(shuō)的，農大體育館是一座奧運場(chǎng)館，同時(shí)也是一座高校體育館，在完成了奧運比賽任務(wù)后，還面臨著(zhù)長(cháng)期的賽后利用問(wèn)題。設計者充分考慮到了這點(diǎn)，為它的賽后改造埋好了伏筆。

    　　具有賽事管理功能的副館，在賽后一般是沒(méi)用的，所以?shī)W運大綱要求，功能用房盡量使用臨時(shí)建筑。但是校方希望賽后能夠在功能用房的位置建一個(gè)新的游泳館。對此，設計者的做法是將賽事的功能用房在賽后轉化成游泳館?，F在，游泳館的泳池已經(jīng)挖好，泳池將填上土，用輕質(zhì)隔墻隔開(kāi)房間就能供賽時(shí)使用了。在賽后，這些隔墻將被拆除，挖出游泳池中的填土，將其改造成為游泳館。出于長(cháng)久使用的考慮，游泳館將使用抗腐蝕能力強的混凝土結構，以便很好應對游泳館內的空氣濕度、氯氣、消毒液等物質(zhì)的腐蝕。

    　　賽后，原來(lái)的運動(dòng)員用房也將改造為一個(gè)可以容納3個(gè)籃球場(chǎng)的熱身館。這是因為，如果能夠滿(mǎn)足籃球項目的熱身需要，其他如排球、羽毛球等項目的熱身需求，也就全部滿(mǎn)足了。并且，農大體育館的主場(chǎng)地是按照40×70米的規格來(lái)做的，這種規模的場(chǎng)地甚至可以滿(mǎn)足室內的5人制足球比賽需要，使場(chǎng)館的適應面大大增加。

    　　 總工程師:精確計算解決鋼結構安裝難題

    中國農業(yè)大學(xué)體育館由于在設計中基本采用了成熟技術(shù)，所以場(chǎng)館施工的進(jìn)展一直有條不紊，馬上就要竣工交付使用。但這并不意味著(zhù)整個(gè)過(guò)程一帆風(fēng)順。

    　　中國農業(yè)大學(xué)體育館總工程師高建文坦言，中國農業(yè)大學(xué)體育館的鋼結構跨度較大，達到78米，由11榀桁架組成。桁架先在地面拼裝，整體就位后再進(jìn)行分段吊裝、空中組對，然后進(jìn)行高空焊接。在吊裝過(guò)程中，鋼結構桁架的撓度控制是施工過(guò)程中的主要技術(shù)難點(diǎn)。而應對這個(gè)難題，精確的計算發(fā)揮了重要作用。

    　　撓度，簡(jiǎn)單說(shuō)就是下垂問(wèn)題。舉個(gè)例子，假如我們用手托起一張紙，會(huì )發(fā)現紙的兩側自然下垂，這種現象就是下?lián)?。同樣，由于鋼桁架本身是一個(gè)偏于彈性的東西，當被吊到高空之后，也會(huì )有下?lián)犀F象發(fā)生，這種變形對施工控制精度提出了很高要求。

    　　對此，工程建設者們的做法是“預起拱”，也就是在吊裝前給鋼桁架施加一個(gè)反向的力，使其與下垂的力量相抵消。首先，他們通過(guò)嚴格計算，算出在吊裝過(guò)程中，鋼桁架將要下垂的合理數值。然后，在鋼桁架加工焊接時(shí)，使原本是“直”的桿件向上翹起，翹起的這個(gè)數值同先前計算出的下垂數值一樣。這樣，在吊裝過(guò)程中，利用鋼桁架本身下垂的特性，使原本翹起的部分逐漸恢復到正常狀態(tài)，從而達到使用要求。

    　　“預起拱”的方法解決了鋼桁架吊裝過(guò)程中的下垂問(wèn)題，但這并不意味著(zhù)萬(wàn)事大吉。除此之外，對于鋼結構支撐點(diǎn)分布的計算是安裝中的另一個(gè)重要工作。在安裝鋼結構時(shí)，整個(gè)場(chǎng)館內全部搭滿(mǎn)了腳手架為鋼結構提供支撐。據介紹，中國農業(yè)大學(xué)體育館的鋼結構只有500多噸，但腳手架的重量就達到了1000噸。但是，既然起支撐作用的腳手架搭滿(mǎn)整個(gè)場(chǎng)館，為何還要專(zhuān)門(mén)計算支撐點(diǎn)的分布？高建文介紹說(shuō)，腳手架呈網(wǎng)格狀，中間有很多空隙。所以腳手架和鋼結構的接觸并非面對面，而是點(diǎn)對面，因此這些點(diǎn)必須要確定好。對點(diǎn)的位置計算是通過(guò)計算機進(jìn)行的，經(jīng)過(guò)計算之后的準確點(diǎn)位，就可以為鋼結構提供準確而有力的支撐。

    　　很多人都看過(guò)國家體育場(chǎng)“鳥(niǎo)巢”鋼結構在完工后的整體卸載實(shí)況，而中國農業(yè)大學(xué)體育館鋼結構采取的卻是一邊安裝、一邊卸載。卸載方式是，第一次卸載鋼桁架有4榀，卸載時(shí)，第一榀降5公分，第二榀降2.5公分，后面兩榀不降。第二次卸載時(shí)，鋼桁架數量也是4榀，但原先的第三榀鋼桁架這次成了第一榀，其他3榀依次向后順延，并按照上次的幅度進(jìn)行卸載。這樣不斷地依次卸載，最后完成全部鋼結構的卸載。對為什么每次都是降前兩榀桁架而后兩榀不降的問(wèn)題，高建文解釋說(shuō)，每榀桁架之間都是由焊死的橫桿連接，如果將剛性的橫桿全部都降掉，很容易使橫桿的焊縫產(chǎn)生變形。而逐步卸載，卻能讓連接的橫桿逐步適應這個(gè)力。而且這種分段安裝、分段卸載的施工方式可以提高效率，有效節省工期。


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