鳥巢體育館結(jié)構(gòu)設(shè)計初探

韓立秋

【摘 要】隨著我國經(jīng)濟的發(fā)展和國際地位的提高，我國于2008年在北京舉辦夏季奧運會。作為一名中國人，感到無比的自豪和驕傲。為了更好的舉辦奧運會，我國建設(shè)了國家體育館—鳥巢，“鳥巢”設(shè)計之初和深化設(shè)計的過程中，一直貫穿著節(jié)儉辦奧運和可持續(xù)發(fā)展的理念，符合我國當前的國情。本研究簡單介紹一下鳥巢體育館的結(jié)構(gòu)設(shè)計，方便讀者更好的了解鳥巢體育館。

【關(guān)鍵詞】鳥巢體育館；結(jié)構(gòu)設(shè)計；奧運會

0.前言

2008年奧運會的舉辦，讓全世界的人民看到了中國的文明和風(fēng)采，都為中國的發(fā)展和經(jīng)濟面貌所震撼，當中就包括鳥巢體育館。國家體育場位于北京奧林匹克公園中心區(qū)南部，為北京奧運會的主體育場。國家體育場的設(shè)計理念有利于發(fā)展奧林匹克精神、弘揚中華傳統(tǒng)文化。好多讀者對國家鳥巢體育館充滿了好奇，本研究就為讀者揭開鳥巢體育館的神秘面紗。

1.鳥巢體育館的簡單介紹

國家體育場位于北京奧林匹克公園中心區(qū)南部，為2008年北京奧運會的主體育場。工程總占地面積21公頃，場內(nèi)觀眾坐席約為91000個。舉行了奧運會、殘奧會開閉幕式、田徑比賽及足球比賽決賽。奧運會后成為北京市民參與體育活動及享受體育娛樂的大型專業(yè)場所，并成為地標性的體育建筑和奧運遺產(chǎn)。體育場的形態(tài)如同孕育生命的“巢”和搖籃，寄托著人類對未來的希望。設(shè)計者們把結(jié)構(gòu)暴露在外，因而自然形成了建筑的外觀。整個體育場結(jié)構(gòu)的組件相互支撐，形成網(wǎng)格狀的構(gòu)架，外觀看上去就仿若樹枝織成的鳥巢，其灰色礦質(zhì)般的鋼網(wǎng)以透明的膜材料覆蓋，其中包含著一個土紅色的碗狀體育場看臺。在這里，中國傳統(tǒng)文化中鏤空的手法、陶瓷的紋路、紅色的燦爛與熱烈，與現(xiàn)代最先進的鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計完美地相融在一起，它如同巨大的容器。國家體育場坐落于奧林匹克公園建筑群的中央位置，地勢略微隆起。高低起伏的波動的基座緩和了容器的體量，而且給了它戲劇化的弧形外觀。匯聚成網(wǎng)格狀—就如同一個由樹枝編織成的鳥巢。在滿足奧運會體育場所有的功能和技術(shù)要求的同時，設(shè)計上并沒有被那些類同的過于強調(diào)建筑技術(shù)化的大跨度結(jié)構(gòu)和數(shù)碼屏幕所主宰。體育場的空間效果新穎激進，但又簡潔古樸，從而為2008年奧運會創(chuàng)造了獨一無二而又史無前例的地標性建筑。2014年4月中國當代十大建筑評審委員會從中國1000多座地標建筑中，綜合年代、規(guī)模、藝術(shù)性和影響力四項指標，初評出二十個建筑。北京鳥巢——國家體育場為初評入圍建筑之一。

2.鳥巢體育館的結(jié)構(gòu)設(shè)計

2.1鳥巢體育館結(jié)構(gòu)設(shè)計概況

支承體育場看臺的放射狀混凝土框架結(jié)構(gòu)與環(huán)繞它們并形成主屋蓋的空間鋼結(jié)構(gòu)完全分離?？臻g鋼結(jié)構(gòu)由一系列門式桁架圍繞著體育場內(nèi)部碗狀座席區(qū)旋轉(zhuǎn)而成，結(jié)構(gòu)組件相互支撐，形成網(wǎng)格狀構(gòu)架，組成體育場整體的“鳥巢”造型。所有的鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件自然裸露在外，不加幕墻或其他外墻的粉飾，形成建筑物獨有的外觀特點。工程標高為45.50m，屋面呈雙曲面馬鞍型，東西跨度結(jié)構(gòu)相對標高為66.87米，南北跨度結(jié)構(gòu)相對標高為40.01米。屋蓋主結(jié)構(gòu)為箱型截面，上弦桿和下弦桿構(gòu)件邊長1.5米，上下弦桿之間為邊長0.75米的箱型豎腹桿與斜腹桿交錯編織，屋蓋矢高為12.00米。屋蓋豎向由24根鋼格構(gòu)柱支撐，每根鋼格構(gòu)柱由3根箱型截面邊長1.5米的鋼柱組成，使荷載通過它傳遞至基礎(chǔ)?？砷_啟屋蓋由兩個部分組成開啟和關(guān)閉系統(tǒng)，矢高為7.50米，結(jié)構(gòu)形式基本同主屋蓋，沿著屋蓋頂部的軌道運動來實現(xiàn)開啟或關(guān)閉。鋼結(jié)構(gòu)上弦構(gòu)架底部之間用透明的ETFE氣墊膜來填充，既保證屋蓋的防水要求，又保證體育場透射充足的陽光；下弦下部用半透光的、可開啟的ETFE氣墊膜，保證體育場內(nèi)達到漫光散射的溫和光照效果和改善紫外線的照射強度。工程設(shè)計有諸多亮點：鋼結(jié)構(gòu)外側(cè)無裝飾結(jié)構(gòu)，構(gòu)件交叉編織即組成建筑外造型。屋面設(shè)置大跨度可開啟屋蓋。屋蓋采用ETFE充氣膜結(jié)構(gòu)。主體構(gòu)件均為大截面箱型結(jié)構(gòu)，桿件相交節(jié)點復(fù)雜，一個節(jié)點在三維空間匯交多根桿件。為營造“鳥巢”效果，屋面次結(jié)構(gòu)節(jié)點更是復(fù)雜多變，規(guī)律性很少。單體構(gòu)件體形大，無法直接運輸、安裝，需采取分段加工。為保證施工質(zhì)量，必須確定合理的加工工藝。材料為低合金結(jié)構(gòu)鋼Q345，板厚分為40mm、60mm、80mm。大箱型斷面，對焊接產(chǎn)生的應(yīng)力、變形收縮值和層狀撕裂都很難控制?？偤附雍笚l、焊絲數(shù)百噸，焊接量非常大。中心環(huán)體兩端為弧形，與斜桁架相接會出現(xiàn)銳角相接。

2.2鳥巢體育館的結(jié)構(gòu)說明

鳥巢體育館主要分為基座，屋頂，包廂三部分結(jié)構(gòu)?；c體育場的幾何體合二為一，如同樹根與樹。行人走在平緩的格網(wǎng)狀石板步道上，步道延續(xù)了體育場的結(jié)構(gòu)肌理。步道之間的空間為體育場來賓提供了服務(wù)設(shè)施：下沉的花園，石材鋪裝的廣場，竹林、礦質(zhì)般的山地景觀，以及通向基座內(nèi)部的開口。從城市的地面上緩緩隆起，幾乎在不易察覺中形成了體育場的基座。屋頂各個結(jié)構(gòu)元素之間相互支撐，匯聚成網(wǎng)格狀，就象編織一樣，將建筑物的立面，樓梯，碗狀看臺和屋頂融合為一個整體。如同鳥會在它們樹枝編織的鳥巢間加一些軟充填物，為了使屋頂防水，體育場結(jié)構(gòu)間的空隙將被透光的膜填充。由于所有的設(shè)施-餐廳，客房，商店和衛(wèi)生間都是獨自控制的單元，建筑外立面的整體封閉因而是非常不必要的。舒適豪華的裝修布置，優(yōu)質(zhì)周到的配套服務(wù)，清晰良好的觀看視野是國家體育場包廂品質(zhì)的保障。它不僅提供了一個親臨其境的最佳觀賽場所，更為社會企業(yè)和各界名流搭建一個交際、公關(guān)、答謝客戶的社交平臺，為企業(yè)提供一次難得的展示自身實力和尊貴地位的機會。國家體育場包廂位于體育場的四層，賽后通過改造，賽后包廂的數(shù)量為140個?！傍B巢”外形結(jié)構(gòu)主要由巨大的門式鋼架組成，共有24根桁架柱。主體結(jié)構(gòu)設(shè)計使用年限100年，耐火等級為一級，抗震設(shè)防烈度8度，地下工程防水等級1級。工程主體建筑呈空間馬鞍橢圓形，南北長333米、體的巨型空間馬鞍形鋼桁架編織式“鳥巢”結(jié)構(gòu)，鋼結(jié)構(gòu)總用鋼量為4.2萬噸，混凝土看臺分為上、中、下三層，看臺混凝土結(jié)構(gòu)為地下1層，地上7層的鋼筋混凝土框架-剪力墻結(jié)構(gòu)體系。鋼結(jié)構(gòu)與混凝土看臺上部完全脫開，互不相連，形式上呈相互圍合，基礎(chǔ)則坐在一個相連的基礎(chǔ)底板上。

3.結(jié)束語

鳥巢的成功設(shè)計受到了世界友人的矚目，不單單被設(shè)計的結(jié)構(gòu)所震撼，也被中國設(shè)計人才的智慧所感嘆。鳥巢設(shè)計中充分體現(xiàn)了人文關(guān)懷，把中華傳統(tǒng)文化的民族精神融入到了鳥巢設(shè)計理念之中。國家體育場將創(chuàng)造其自己的文化和人文氛圍，通過吸引最好的中國國內(nèi)和國際體育活動和表演藝術(shù)機構(gòu)、優(yōu)秀的服務(wù)和先進的管理技術(shù)，使國家體育場將成為全世界其他國家看中國的一個新窗口。通過本研究對鳥巢結(jié)構(gòu)設(shè)計的介紹相信讀者會更加向往北京的鳥巢，也對設(shè)計師的智慧和辛苦感到震撼，這是一個中國人感到的自豪和驕傲。 [科]

【參考文獻】

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