鸟巢体育馆结构设计

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【摘 要】随着我国经济的发展和国际地位的提高,我国于2008年在北京举办夏季奥运会.作为一名中国人,感到无比的自豪和骄傲.为了更好的举办奥运会,我国建设了国家体育馆―鸟巢,“鸟巢”设计之初和深化设计的过程中,一直贯穿着节俭办奥运和可持续发展的理念,符合我国当前的国情.本研究简单介绍一下鸟巢体育馆的结构设计,方便读者更好的了解鸟巢体育馆.

【关 键 词】鸟巢体育馆；结构设计；奥运会

0.前言

2008年奥运会的举办,让全世界的人民看到了中国的文明和风采,都为中国的发展和经济面貌所震撼,当中就包括鸟巢体育馆.国家体育场位于北京奥林匹克公园中心区南部,为北京奥运会的主体育场.国家体育场的设计理念有利于发展奥林匹克精神、弘扬中华传统文化.好多读者对国家鸟巢体育馆充满了好奇,本研究就为读者揭开鸟巢体育馆的神秘面纱.

1.鸟巢体育馆的简单介绍

国家体育场位于北京奥林匹克公园中心区南部,为2008年北京奥运会的主体育场.工程总占地面积21公顷,场内观众坐席约为91000个.举行了奥运会、残奥会开闭幕式、田径比赛及足球比赛决赛.奥运会后成为北京市民参与体育活动及享受体育娱乐的大型专业场所,并成为地标性的体育建筑和奥运遗产.体育场的形态如同孕育生命的“巢”和摇篮,寄托着人类对未来的希望.设计者们把结构暴露在外,因而自然形成了建筑的外观.整个体育场结构的组件相互支撑,形成网格状的构架,外观看上去就仿若树枝织成的鸟巢,其灰色矿质般的钢网以透明的膜材料覆盖,其中包含着一个土红色的碗状体育场看台.在这里,中国传统文化中镂空的手法、陶瓷的纹路、红色的灿烂与热烈,与现代最先进的钢结构设计完美地相融在一起,它如同巨大的容器.国家体育场坐落于奥林匹克公园建筑群的位置,地势略微隆起.高低起伏的波动的基座缓和了容器的体量,而且给了它戏剧化的弧形外观.汇聚成网格状―就如同一个由树枝编织成的鸟巢.在满足奥运会体育场所有的功能和技术要求的同时,设计上并没有被那些类同的过于强调建筑技术化的大跨度结构和数码屏幕所主宰.体育场的空间效果新颖激进,但又简洁古朴,从而为2008年奥运会创造了独一无二而又史无前例的地标性建筑.2014年4月中国当代十大建筑评审委员会从中国1000多座地标建筑中,综合年代、规模、艺术性和影响力四项指标,初评出二十个建筑.北京鸟巢――国家体育场为初评入围建筑之一.

2.鸟巢体育馆的结构设计

2.1鸟巢体育馆结构设计概况

支承体育场看台的放射状混凝土框架结构与环绕它们并形成主屋盖的空间钢结构完全分离.空间钢结构由一系列门式桁架围绕着体育场内部碗状座席区旋转而成,结构组件相互支撑,形成网格状构架,组成体育场整体的“鸟巢”造型.所有的钢结构构件自然裸露在外,不加幕墙或其他外墙的粉饰,形成建筑物独有的外观特点.工程标高为45.50m,屋面呈双曲面马鞍型,东西跨度结构相对标高为66.87米,南北跨度结构相对标高为40.01米.屋盖主结构为箱型截面,上弦杆和下弦杆构件边长1.5米,上下弦杆之间为边长0.75米的箱型竖腹杆与斜腹杆交错编织,屋盖矢高为12.00米.屋盖竖向由24根钢格构柱支撑,每根钢格构柱由3根箱型截面边长1.5米的钢柱组成,使荷载通过它传递至基础.可开启屋盖由两个部分组成开启和关闭系统,矢高为7.50米,结构形式基本同主屋盖,沿着屋盖顶部的轨道运动来实现开启或关闭.钢结构上弦构架底部之间用透明的ETFE气垫膜来填充,既保证屋盖的防水要求,又保证体育场透射充足的阳光；下弦下部用半透光的、可开启的ETFE气垫膜,保证体育场内达到漫光散射的温和光照效果和改善紫外线的照射强度.工程设计有诸多亮点：钢结构外侧无装饰结构,构件交叉编织即组成建筑外造型.屋面设置大跨度可开启屋盖.屋盖采用ETFE充气膜结构.主体构件均为大截面箱型结构,杆件相交节点复杂,一个节点在三维空间汇交多根杆件.为营造“鸟巢”效果,屋面次结构节点更是复杂多变,规律性很少.单体构件体形大,无法直接运输、安装,需采取分段加工.为保证施工质量,必须确定合理的加工工艺.材料为低合金结构钢Q345,板厚分为40mm、60mm、80mm.大箱型断面,对焊接产生的应力、变形收缩值和层状撕裂都很难控制.总焊接焊条、焊丝数百吨,焊接量非常大.中心环体两端为弧形,与斜桁架相接会出现锐角相接.

2.2鸟巢体育馆的结构说明

鸟巢体育馆主要分为基座,屋顶,包厢三部分结构.基座与体育场的几何体合二为一,如同树根与树.行人走在平缓的格网状石板步道上,步道延续了体育场的结构肌理.步道之间的空间为体育场来宾提供了服务设施：下沉的花园,石材铺装的广场,竹林、矿质般的山地景观,以及通向基座内部的开口.从城市的地面上缓缓隆起,几乎在不易察觉中形成了体育场的基座.屋顶各个结构元素之间相互支撑,汇聚成网格状,就象编织一样,将建筑物的立面,楼梯,碗状看台和屋顶融合为一个整体.如同鸟会在它们树枝编织的鸟巢间加一些软充填物,为了使屋顶防水,体育场结构间的空隙将被透光的膜填充.由于所有的设施-餐厅,客房,商店和卫生间都是独自控制的单元,建筑外立面的整体封闭因而是非常不必要的.舒适豪华的装修布置,优质周到的配套服务,清晰良好的观看视野是国家体育场包厢品质的保障.它不仅提供了一个亲临其境的最佳观赛场所,更为社会企业和各界名流搭建一个交际、公关、答谢客户的社交平台,为企业提供一次难得的展示自身实力和尊贵地位的机会.国家体育场包厢位于体育场的四层,赛后通过改造,赛后包厢的数量为140个.“鸟巢”外形结构主要由巨大的门式钢架组成,共有24根桁架柱.主体结构设计使用年限100年,耐火等级为一级,抗震设防烈度8度,地下工程防水等级1级.工程主体建筑呈空间马鞍椭圆形,南北长333米、体的巨型空间马鞍形钢桁架编织式“鸟巢”结构,钢结构总用钢量为4.2万吨,混凝土看台分为上、中、下三层,看台混凝土结构为地下1层,地上7层的钢筋混凝土框架-剪力墙结构体系.钢结构与混凝土看台上部完全脱开,互不相连,形式上呈相互围合,基础则坐在一个相连的基础底板上.

3.结束语

鸟巢的成功设计受到了世界友人的瞩目,不单单被设计的结构所震撼,也被中国设计人才的智慧所感叹.鸟巢设计中充分体现了人文关怀,把中华传统文化的民族精神融入到了鸟巢设计理念之中.国家体育场将创造其自己的文化和人文氛围,通过吸引最好的中国国内和国际体育活动和表演艺术机构、优秀的服务和先进的管理技术,使国家体育场将成为全世界其他国家看中国的一个新窗口.通过本研究对鸟巢结构设计的介绍相信读者会更加向往北京的鸟巢,也对设计师的智慧和辛苦感到震撼,这是一个中国人感到的自豪和骄傲.[科]

【参考文献】

[1]范重.国家体育场大跨度结构设计中的新技术[A].第15届全国结构工程学术会议论文集（第Ⅰ册）[C].2006.

[2]梅季魁,陆诗亮,罗鹏.新世纪的献礼――国家体育场（2008年奥运会主体育场）建筑概念设计国际竞赛方案述评[A].第三届全国现代结构工程学术研讨会论文集[C].2003.

[3]秦长利.国家体育场（鸟巢）精密施工测量要点[A].数字测绘与GIS技术应用研讨交流会论文集[C].2008.