廣州亞運(yùn)會(huì)新建場(chǎng)館外觀及結(jié)構(gòu)

趙西安

2010年廣州亞運(yùn)會(huì)新建12座運(yùn)動(dòng)場(chǎng)館，其中最大的四大新場(chǎng)館為亞運(yùn)城綜合體育館、自行車和極限運(yùn)動(dòng)館、游泳跳水館和南沙體育館。此外體育演藝中心 （NBA館）、網(wǎng)球館、籃球館等新場(chǎng)館也很有特色。

一、綜合體育館

綜合體育館是廣州亞運(yùn)會(huì)最大的新建場(chǎng)館，建筑面積達(dá)65000m2，它由臺(tái)球壁球館、體操館和歷史博物館三館一體，連為一座完整的建筑，覆蓋在連續(xù)一片、面積達(dá)39000m2的共同屋面下 （圖1～圖 4）。

綜合館的設(shè)計(jì)靈感來自體操運(yùn)動(dòng)員飛舞的彩帶，讓連續(xù)舞動(dòng)的建筑景觀曲線與珠江的流水融合為一體。它象征一艘巨船——亞運(yùn)和平之舟漂浮在碧水之上。又如兩條銀色的錦鯉銜住水清岸綠、風(fēng)景如畫的蓮花灣。大面積的金屬屋面和玻璃幕墻使建筑明朗通透，陽(yáng)光下如雙魚戲水，令人陶醉。

圖1 三館一體，雙魚戲水

圖2 創(chuàng)意來自體操運(yùn)動(dòng)員的飄帶

圖3 兩條銀色的錦鯉銜住水清岸綠的蓮花灣

圖4 流動(dòng)的曲線與水體融合在一起

1.臺(tái)球壁球館

臺(tái)球壁球館，簡(jiǎn)稱臺(tái)球館，建筑面積11993m2，長(zhǎng)230m，寬80m。內(nèi)外兩圈鋼筋混凝土柱和鋼管混凝土柱作為屋面鋼結(jié)構(gòu)的支承。屋面鋼梁連同混凝土支柱構(gòu)成大跨度排架，臺(tái)球館8榀，沿圓形平面的周邊布置；壁球館11榀，按矩形平面布置 （圖5～圖7）。

屋面大梁跨度超過70m，截面為H1100×500×18×12。為保證排架的側(cè)向穩(wěn)定和屋面的面內(nèi)穩(wěn)定，在柱頂設(shè)置了內(nèi)環(huán)梁和外加強(qiáng)桁架。內(nèi)環(huán)梁截面為箱形，1100×500×20×30； 外環(huán)桁架上弦為299×12鋼管，下弦為351×16鋼管。鋼材材質(zhì)均為345B。

此外，屋面面內(nèi)還設(shè)置了35CrMo高鉻鉬不銹鋼交叉拉桿，拉桿強(qiáng)度為650級(jí) （圖8）。

圖5 臺(tái)球館支柱和加強(qiáng)桁架布置

圖6 臺(tái)球館屋面鋼結(jié)構(gòu)

圖7 支承結(jié)構(gòu)剖面

圖8 高強(qiáng)鋼拉桿與屋面主要鋼構(gòu)件拉接

屋面大梁通過萬(wàn)向球支座與混凝土柱頂連接（圖 9）。

圖9 萬(wàn)向球形支座

2.體操館

體操館長(zhǎng)220m，寬120m，高34m。建筑面積31400m2，屋面面積22000m2。分為訓(xùn)練區(qū)和比賽區(qū)兩大部分，此外周邊還有飄帶區(qū) （圖10）。

圖10 體操館結(jié)構(gòu)平面布置

比賽區(qū)有8000座位。屋蓋采用雙向直腹桿桁架，主跨99m，矢高5m～10m，矢距比為1/20～1/10（圖12）。中央?yún)^(qū)桁架由邊緣外環(huán)立體桁架支承。比賽區(qū)外側(cè)有16m～23m的大懸挑屋面，為單層網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)。屋面空腹桁架的弦拱截面為箱形450×250×14×14。 鋼結(jié)構(gòu)分析采用 ANSYS、 MIDAS 等軟件。用鋼量6548t。

訓(xùn)練區(qū)采用正交平面桁架，桿件為箱形截面，弦桿 300×200×12×12； 腹桿 200×200×8×8（圖 13） 。

圖11 鋼結(jié)構(gòu)軸測(cè)圖

圖12 體操館鋼結(jié)構(gòu)剖面

圖13 訓(xùn)練區(qū)正交鋼管桁架

飄帶區(qū)采用單層網(wǎng)殼，最大跨度64m，主要鋼管直徑600mm，次要鋼管直徑400mm。部分地區(qū)為提高承載力和穩(wěn)定性，覆蓋了厚度5mm的鋼板作為蒙皮，參加結(jié)構(gòu)工作 （圖14、圖15）。

圖14 飄帶區(qū)鋼結(jié)構(gòu)布置和鋼板蒙皮

圖15 蒙皮鋼板和鋼桁架的連接

3.歷史博物館

歷史博物館陳列亞運(yùn)史料，平面68m×44m，高度25.4m，建筑面積2130m2。一、二層為鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，三層為鋼結(jié)構(gòu) （圖16、圖17）。

圖16 博物館豎向剖面

圖17 懸挑部分鋼結(jié)構(gòu)布置

4.金屬屋面和幕墻

綜合館周邊玻璃幕墻面積15000m2，包括構(gòu)件式幕墻、點(diǎn)支幕墻、拉索幕墻，采用藍(lán)灰色夾膠玻璃 （圖 18）。

39000 m2的屋面板為寶山鋼鐵公司生產(chǎn)的中高鉻鐵素體不銹鋼板，具有國(guó)際先進(jìn)水平，防銹性能超群，用量達(dá)400t。屋面自上而下為：不銹鋼板、防水層、保溫層、吸音層、金屬托板 （圖19～圖 21）。

圖18 拉索玻璃幕墻 （遠(yuǎn)）和點(diǎn)支幕墻 （近）

圖19 不銹鋼屋面板和不銹鋼幕墻板

圖20 不銹鋼屋面板在安裝

圖21 不銹鋼板幕墻

二、游泳跳水館

白云山和珠江是廣州的象征， “云山珠水”是亞運(yùn)游泳跳水館的主題。它作為主場(chǎng)館飄帶的延續(xù)，采用雙色螺旋的曲線造型，由40個(gè)不同的四邊形切邊組成了象征DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)。藍(lán)白二色相錯(cuò)，水云兩者交融，充分體現(xiàn)了廣州的地域特色 （圖 22、 圖 23）。

圖22 藍(lán)白相間，云山珠水

圖23 雙螺旋曲線

為了組成這一獨(dú)特的建筑外形，33榀相互交叉的輕型鋼管桁架支承整個(gè)屋面，覆蓋面積為30140m2，4500座位 （圖 24～圖 26）。

圖24 33榀立體桁架高低錯(cuò)落

圖25 交叉布置的屋面桁架

圖26 屋面桁架內(nèi)觀

33片藍(lán)白雙色鋁板，給屋面帶來輕盈活潑的動(dòng)感氛圍。本工程大量采用實(shí)體墻面，盡量少用幕墻，達(dá)到最大的節(jié)能效果。

由于優(yōu)化設(shè)計(jì)，本工程造價(jià)僅2.78億元，用水立方1/5的錢，完成水立方的全部功能。游泳館真正實(shí)現(xiàn)了又好又省的要求。

三、自行車和極限運(yùn)動(dòng)館

自行車館的平面為橢圓形，適應(yīng)跑道的形狀，同時(shí)橢球穹頂恰似運(yùn)動(dòng)員的頭盔，結(jié)合亞運(yùn)會(huì)徽五羊火炬，體現(xiàn)出本場(chǎng)館的特點(diǎn)，曲線流暢，造型舒展 （圖 27～圖 29）。

圖27 象征自行車運(yùn)動(dòng)員的頭盔

圖28 白藍(lán)波紋相間，云水一體

圖29 落地橢球穹頂，突顯亞運(yùn)五羊火炬

遮陽(yáng)擋雨的 “騎樓”是老廣州適應(yīng)熱帶氣候特點(diǎn)的建筑特色，本工程的屋面四周向外挑出“騎樓”，使觀眾更為舒適。建筑面積23710m2，屋面結(jié)構(gòu)最大跨度達(dá)147.6m （圖30、圖31）。

圖30 立面和剖面

圖31 樓面整體布置

采用單層橢球面網(wǎng)殼，局部雙層加強(qiáng) （圖32～圖34）。球殼用鋼量?jī)H1500t，整個(gè)屋面結(jié)構(gòu)總用鋼量為2800t。

圖32 由屋蓋主體網(wǎng)殼(左)和周邊加勁桁架、中央構(gòu)架（右）組成屋架整體

圖33 完整的屋蓋鋼結(jié)構(gòu)系統(tǒng)

圖34 主體網(wǎng)殼的桿件布置

鋼屋蓋外形為半橢球面，水平投影144m×120m，面積14200m2。由24根鋼筋混凝土柱支承。鋼屋蓋跨度達(dá)102m～126m。網(wǎng)殼雙向桿件D559×8～D610×12，斜撐 D325×6。由于矢高僅為 1/9～1/10，設(shè)置剛性環(huán)桁架承受水平推力，桁架弦桿D508×10～D599×14，腹桿 D325×6～D356×10。 并且在周邊設(shè)置雙層殼體加強(qiáng) （圖35、圖36）。

結(jié)構(gòu)分析采用MIDAS、ANSYS軟件。

屋面面層自上而下為：金屬屋面板，屋面鋼架，保溫層，防水層，吸音層，金屬托板。采光天窗為PVC板。

跑道鋪300年樹齡的進(jìn)口實(shí)木板，性能優(yōu)于北京老山自行車館。

圖35 屋蓋鋼結(jié)構(gòu)安裝

圖36 鋼屋架內(nèi)觀和300年實(shí)木跑道

四、南沙體育館

南沙體育館進(jìn)行武術(shù)和手球比賽，建筑風(fēng)格體現(xiàn)武術(shù) “陰陽(yáng)俱合、天人合一”的精神境界。平面接近于太極，由中心的圓形部分和周邊的螺旋部分組成 （圖37～圖40）。外圍螺旋殼9片，分為南北兩組。

圖37 南沙體育館的平面像一個(gè)太極

圖38 體現(xiàn)天人合一的武術(shù)最高境界

南沙體育館的太極形平面可分為中心圓形和外周螺旋形兩大部分 （圖41）。

中心圓形部分是比賽大廳，8000座。跨度為96m的圓頂是由中心圓和邊環(huán)兩個(gè)整體張弦穹頂聯(lián)合而成 （圖42）。屋頂上分布大面積PVC采光天窗和電動(dòng)遮陽(yáng)簾。

圖39 藍(lán)色的海螺

圖40 開敞亮麗的室內(nèi)空間

圖41 屋蓋的中心圓形部分和周邊螺旋形部分

圖42 兩重整體張弦穹頂

屋面鋼結(jié)構(gòu)分為三部分：

1.中部圓形張弦結(jié)構(gòu)

幅射形布置18榀張弦梁，上弦箱形250mm×10mm，支座處加厚至14mm。下弦D5×109拉索。中央拉力環(huán)4根D5×91拉索。拉索強(qiáng)度1670MPa。

2.中部環(huán)形張弦結(jié)構(gòu)

輻射形布置36榀張弦梁，上弦箱形400mm×12mm，支座初加厚至16mm。

下弦 D5×127拉索。 環(huán)索 4根 D5×187。拉索強(qiáng)度1670MPa。

3.外圍結(jié)構(gòu)

9個(gè)獨(dú)立單元，鋼框架。上端鉸接于鋼筋混凝土圈梁上，下端支承在鋼筋混凝土平臺(tái)上。

鋼結(jié)構(gòu)分析采用3D3S、STRAND7軟件。設(shè)計(jì)中考慮抗震7度設(shè)防，8度抗震措施。溫度變化考慮正負(fù)30度。

五、體育演藝中心

體育演藝中心集體育、演藝、文化娛樂為一體，是一個(gè)建筑面積達(dá)13.4萬(wàn)m2的大型公共建筑（圖43）。地下一層，地上四層，高度34.5m。平面147m×124m，屋面主桁架跨度達(dá)104m （圖44）。

圖43 體育演藝中心 （NBA館）

圖44 剖面，可以看到跨度為104m的桁架

主體為鋼筋混凝土框架剪力墻結(jié)構(gòu)，屋面布置了10榀主桁架和2榀次桁架。主桁架高度13m。

金屬屋面做法是 （圖45）：

圖45 主館屋面金屬板以下各層作法

鋼結(jié)構(gòu)采用TN-LB薄型防火涂料，耐火時(shí)間：柱3小時(shí)；梁和桁架2小時(shí)。

六、小結(jié)

這次廣州亞運(yùn)會(huì)新建場(chǎng)館形式新穎，構(gòu)思巧妙，在建筑藝術(shù)上是非常成功的；鋼結(jié)構(gòu)采用許多新的結(jié)構(gòu)體系，滿足了復(fù)雜建筑外形的要求，技術(shù)達(dá)到了一個(gè)新高度；金屬屋面和玻璃幕墻也采用了新材料、新工藝、新技術(shù)。這些工程的完工表明，我國(guó)大型公共建筑設(shè)計(jì)和施工水平又一次得到提升。

尤其值得稱道的是，與北京奧運(yùn)會(huì)工程相比，廣州亞運(yùn)工程真正做到了又好又省錢，綜合館造價(jià)僅3.3億，自行車館為3.6億，而游泳館的造價(jià)只是水立方的1/5，為2.78億元。根據(jù)試比賽的結(jié)果，它們的使用質(zhì)量都達(dá)到或超過了相應(yīng)奧運(yùn)場(chǎng)館的水平。