關(guān)于大跨度建筑的調(diào)研分析

建筑構(gòu)造（2）調(diào)研報(bào)告———對于大跨度建筑的調(diào)研分析調(diào)研內(nèi)容：結(jié)構(gòu)體系及其構(gòu)件、節(jié)點(diǎn)是處理建筑的空間和造型的最重要元素，結(jié)構(gòu)體系是可變的，具有極大的再造和重構(gòu)的可能。運(yùn)用基本構(gòu)件，才提高結(jié)構(gòu)效能的基礎(chǔ)上，按照結(jié)構(gòu)表現(xiàn)的節(jié)本方法，可以重構(gòu)出富有詩意的空間和充滿活力的造型。本次調(diào)研的目的是通過對五個(gè)曾實(shí)地參觀過的大跨度建筑進(jìn)行分析，從而加強(qiáng)對于大跨度建筑結(jié)構(gòu)的認(rèn)識。從而提升未來設(shè)計(jì)過程中對于結(jié)構(gòu)與形式美結(jié)合的能力。調(diào)研大跨度建筑：一、2008年奧運(yùn)會(huì)國家體院館（鳥巢）二、2008年奧運(yùn)會(huì)國家游泳館（水立方）三、合肥奧體中心綜合體育館四、合肥大劇院五、上?；疖囌灸险疽弧?008年奧運(yùn)會(huì)國家體院館（鳥巢）1、基本概況：中國國家體育場位于北京奧林匹克公園中心區(qū)南部。西側(cè)為200M寬的中軸線步行綠化廣場，東側(cè)為湖邊西路龍形水系及湖邊東路，北側(cè)為中一路，南側(cè)為南一路，成府路在地下穿過用地。國家體育場作為2008年北京奧運(yùn)會(huì)的主體育場，奧運(yùn)會(huì)期間，國家體育場容納觀眾坐席約為91000個(gè)，其中臨時(shí)坐席約11000。體育場主體建筑為南北長333M、東西寬298M的橢圓型，最高處高69M、最低處高40M；中間開口南北長182M、東西寬124M。主體鋼結(jié)構(gòu)形成整體的巨型大跨度鋼桁架編織式“鳥巢”結(jié)構(gòu)，體育場看臺為混凝土碗型結(jié)構(gòu)，兩部分在結(jié)構(gòu)體系上脫開。屋頂維護(hù)結(jié)構(gòu)為鋼結(jié)構(gòu)上覆蓋雙層膜結(jié)構(gòu)，即固定于鋼結(jié)構(gòu)上弦之間的透明的上層ETFE膜，和固定于鋼結(jié)構(gòu)下弦之下及內(nèi)環(huán)側(cè)壁的半透明的下層PTFE聲學(xué)吊頂。2、建筑結(jié)構(gòu)分析：國家體育場大跨度結(jié)構(gòu)是目前世界上跨度最大的體育建筑之一，“鳥巢”的立面和屋頂結(jié)構(gòu)是由一系列輻射式的鋼桁架圍繞內(nèi)環(huán)開口旋轉(zhuǎn)編織而成，次級結(jié)構(gòu)填充在輻射狀的主結(jié)構(gòu)之間。建筑頂面呈鞍形，大跨度屋蓋支撐在桁架柱之上。屋蓋結(jié)構(gòu)采用交叉平面桁架體系，主桁架圍繞屋蓋洞口環(huán)梁放射形布置，桁架在環(huán)梁近截?cái)?。由于主桁架與內(nèi)環(huán)相切，其中一些主桁架在平面外微彎，桁架柱與主桁架+立面次結(jié)構(gòu)共同形成抗側(cè)力體系。主場看臺部分采用鋼筋混凝土框架——剪力墻結(jié)構(gòu)體系，與大跨度鋼結(jié)構(gòu)完全脫開，大量采用由鋼板焊接而成的箱型構(gòu)件，構(gòu)件截面尺寸巨大，存在大量空間扭曲構(gòu)件，交叉布置的主結(jié)構(gòu)與屋面及立面的次結(jié)構(gòu)一起形成了“鳥巢”的特殊建筑造型。二、2008年奧運(yùn)會(huì)國家游泳館（水立方）1、基本概況：國家游泳中心又被稱為“水立方”（WaterCube），位于北京內(nèi)，是為2008年修建的主，也是標(biāo)志性建筑物之一。它的設(shè)計(jì)方案，是經(jīng)全球設(shè)計(jì)競賽產(chǎn)生的“水的立方”（[H2O]3）方案。其與(俗稱)分列于北端的兩側(cè)，共同形成相對完整的北京形象。國家游泳中心62950平方米，總建筑面積65000-80000㎡，其中地下部分的建筑面積不少于15000㎡，長寬高分別為177m×177m×30m。賽后將成為多功能的大型水上運(yùn)動(dòng)中心，既可以舉辦大型的國際國內(nèi)水上比賽，又能為公眾提供水上娛樂、運(yùn)動(dòng)、休閑和健身服務(wù)等。國家游泳中心內(nèi)具有永久座椅4000個(gè)，奧運(yùn)期間座椅總數(shù)為13000個(gè)。中心內(nèi)包括游泳池、跳水池、熱身池、嬉水樂園、餐飲、電影院、娛樂、私人俱樂部等。2、建筑結(jié)構(gòu)分析：對于水立方而言，內(nèi)在的浪漫是靠自由的結(jié)構(gòu)形式和ETFE氣泡的外表營造的。Arup的工程師精彩地實(shí)現(xiàn)了規(guī)則與自由間的關(guān)系，非常契合整個(gè)建筑的方式。規(guī)則是建筑被人接受而且易于建造的保證，自由水立方需要的結(jié)果。把一個(gè)基本單元體作為一個(gè)幾何單元，在空間中相互拼合，以每個(gè)邊線作為鋼桿件，形成空間鋼框架體系，這就是結(jié)構(gòu)體系的基本規(guī)則。如果這種體系沒有邊界，它將是一種統(tǒng)一單元無限重復(fù)的空間格構(gòu)框架。將這種格構(gòu)框架在空間上設(shè)定一個(gè)角度，然后用建筑所要求的各個(gè)界面去切割，由于角度的作用，每一個(gè)作為結(jié)構(gòu)幾何單元的十二面體與界面相切的位置不同，會(huì)呈現(xiàn)不同形狀的切面。所以在外立面上便得到了一種自然狀態(tài)的若干多邊形形成的圖案。國家游泳中心空間結(jié)構(gòu)的形成過程用二維平面來代表三維空間。第一步是構(gòu)造一個(gè)空間鋼桁架的單個(gè)單元。這個(gè)單個(gè)單元可在兩個(gè)方向上重復(fù)以形成大面積的空間鋼桁架結(jié)構(gòu)。最后一步是把屋頂及墻體周邊不需要的桿件清理掉。最后就形成了一個(gè)不僅具有高重復(fù)性而且具有高效率的空間鋼結(jié)構(gòu)桁架。三、合肥奧體中心綜合體育館1、基本概況：安徽合肥體育中心建造在安徽省合肥政務(wù)文化新區(qū)南部。用地在習(xí)友路以南，潛山路以西，是政務(wù)文化新區(qū)中央綠化帶的南端點(diǎn)。該中心占地面積32.63公頃，總建筑面積18.35萬㎡，是一個(gè)擁有6萬坐席主體育場、8000坐席綜合體育館、3000坐席游泳跳水館、運(yùn)動(dòng)中心等得文化體育公園。當(dāng)中的綜合體育館按甲級體育館標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，能夠舉辦全國性綜合比賽和單項(xiàng)國際比賽。比賽場地為70×40M，可滿足搭設(shè)體操臺要求。根據(jù)總體布局的調(diào)整要求將訓(xùn)練館結(jié)合起來一體布置?？紤]賽后的使用便利，訓(xùn)練館布置在東側(cè)，與比賽場地練習(xí)方便，輔助用房與比賽廳集中設(shè)置，提高使用效率。體育看臺調(diào)整為三面布置，分傷心啊3層，觀眾席位約8000個(gè)（含約1170個(gè)活動(dòng)坐席），其中貴賓席80個(gè)位于看臺中央，記者席60個(gè)，位于貴賓席右側(cè)，2層為觀眾休息和集散廳。除了比賽外，還能充分適應(yīng)大型文藝演出的需要。2、建筑結(jié)構(gòu)分析合肥綜合體育館最大的造型特點(diǎn)就是空間這面多，從底部平臺的基座到上部玻璃和金屬幕墻，再到類似F117戰(zhàn)機(jī)一樣的折面屋頂，幾乎所有建筑的表面都是由三角面形成的不規(guī)則空間面。整個(gè)建筑采用了混凝土結(jié)構(gòu)、立體崗結(jié)構(gòu)桁架、局部鋼網(wǎng)架等結(jié)構(gòu)形式。在確定屋蓋鋼結(jié)構(gòu)形式后，采用了魚骨形態(tài)桁架系統(tǒng)。在圍護(hù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)中，由于綜合體育館的幕墻體系也是三維形態(tài)的，有些幕墻部分也傾斜如屋蓋了，因此該設(shè)計(jì)中幕墻的結(jié)構(gòu)支撐體系也十分重要，采用了鋼結(jié)構(gòu)桁架與鋼柱相結(jié)合的方式，為幕墻提供可靠的結(jié)構(gòu)支撐。通過建立這樣一個(gè)結(jié)構(gòu)骨骼使建筑的表皮既能反映建筑師的造型需要，又能體現(xiàn)安全與功能。四、合肥大劇院1、基本概況：合肥大劇院位于政務(wù)文化新區(qū)科技綠軸西側(cè)，西至路，北臨東流路，南接，建筑面積60000平方米，主要由歌劇廳、音樂廳、多功能廳等部分組成。合肥大劇院位于人工湖畔,平面為橢圓形,整體為被平行分割成若干片的橢球體,各片端部或弓形落地,或飛檐翹起?？偨ㄖ娣e約57281㎡,其中,地上約44299㎡,地下約13982㎡。建筑物包含中間一個(gè)1600座的主劇場,兩邊為一個(gè)1000座的音樂廳和一個(gè)500座的小劇場以及門廳和輔助用房。主劇場臺倉深度為13.5m,其余部分一般為地下一層,深度6m,主要為設(shè)備用房和車庫；上部各層分布有入口大廳、各劇場和化妝間、排練廳、辦公室等；屋面為鋼結(jié)構(gòu),呈橢球形覆蓋在下部的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)上,采用若干片相互平行的拱形桁架,屋面曲線流暢飄逸。2、建筑結(jié)構(gòu)分析：對于合肥大劇院而言，由于劇場觀眾廳、舞臺臺倉、小劇場與音樂廳等形成了多個(gè)內(nèi)部空曠的大空腔,成為多處開大洞的復(fù)雜平面結(jié)構(gòu),而且有多處錯(cuò)層,結(jié)構(gòu)的各部分之間聯(lián)系很弱。為改善抗震性能,采用鋼筋混凝土框架-剪力墻結(jié)構(gòu)。框架提供了靈活寬敞的空間布局,剪力墻主要布置在上下貫通的大空間的周圍和樓電梯間等處。同時(shí),剪力墻布置考慮了平面結(jié)構(gòu)剛度的均勻性,形成空間剛度相對均勻的結(jié)構(gòu)體。其次，對于屋面結(jié)構(gòu)來講，橢球形屋面長軸約178m,短軸約145m,沿長軸方向劃分為相互平行的長條形片狀。各條塊之間有高差相互錯(cuò)開,互相基本沒有聯(lián)系,因此其結(jié)構(gòu)布置相互獨(dú)立,豎向構(gòu)件和支撐系統(tǒng)各自完善。前區(qū)和劇場上方跨度較大,采用平面鋼桁架,桁架沿長條狀屋面的長向布置,沿垂直方向另設(shè)置桁架形成平面穩(wěn)定體系。屋面構(gòu)件均鉸支于混凝土柱上,形成排架結(jié)構(gòu),由于屋頂高低起伏,下部混凝土樓面也高低各不同。因此,排架柱長短各不相同,剛度也各不相同。長條形屋面雙向剛度相差很大,柱高也較小,利用排架柱自身即可提供足夠的側(cè)向剛度。五、上?；疖囌灸险?、基本概況：鐵路上海南站位于西南部，距徐家匯城市副中心約5公里。南站屋和車站南北廣場占地60公頃，東起柳州路，西至桂林南路，北靠，南抵龍吳路。南站主站屋設(shè)計(jì)為巨大圓形鋼結(jié)構(gòu)，高47米，圓頂直徑200多米，總面積5萬多平方米。建筑整體結(jié)構(gòu)，氣勢磅礴。南來北往的可從主體的架空部分穿行而過，意寓"車輪滾滾，與時(shí)俱進(jìn)"。主站屋為南北貫通、低出、高架候車。大致分為三層：中層與地面同高，為站臺層，設(shè)有13條鐵軌和6個(gè)上站臺，另有通道與南北廣場相連，還設(shè)有貴賓候車室、車站公安派出所等；上層為出發(fā)層，設(shè)有周長為800米的高架環(huán)形出發(fā)平臺、可同時(shí)容納一萬余人候車的大空間候車區(qū)、檢票通道等；下層為到達(dá)層，設(shè)有旅客出站地道、南北地下?lián)Q乘大廳、一號線、三號線、即將建設(shè)的輕軌L1線、部分長途和專線等，在站內(nèi)實(shí)現(xiàn)。南站南北廣場平面設(shè)計(jì)為園林綠地和旅游集散地，南北廣場地下設(shè)計(jì)二層商鋪、道路和仃車場，總建筑面積為12萬平方米。2、建筑結(jié)構(gòu)分析：在上?；疖囌灸险镜慕Y(jié)構(gòu)表現(xiàn)方式上，把握鋼結(jié)構(gòu)與混凝土構(gòu)件的形態(tài)表達(dá)并賦予美感，充分展現(xiàn)上海南站建筑的結(jié)構(gòu)表現(xiàn)力。屋面采用大跨度鋼結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)體系采用內(nèi)外兩圈柱子及中心內(nèi)壓環(huán)支撐起圓形屋蓋的形式，最大跨度為152M，最大懸挑長度為24M；在上海南站中，建筑師選用了屋面透明材料，無論是在室內(nèi)還是室外，均能顯現(xiàn)出南站鋼結(jié)構(gòu)優(yōu)美的斷面輪廓、拉索體系；在屋面構(gòu)造的配合下，結(jié)構(gòu)骨架與建筑表皮完美結(jié)合，充分展示出與眾不同的結(jié)構(gòu)美感。結(jié)構(gòu)構(gòu)件方面，主梁為兩次分岔的Y形，在各主梁之間布置交叉的拉索，此外，柱子與主梁采用叉形支座連接，連接支座采用鋼件，形態(tài)新穎獨(dú)特。六、結(jié)束語通過對五個(gè)不同類型的大跨度建筑進(jìn)行調(diào)研之后，我覺得在今后的設(shè)計(jì)過程當(dāng)中應(yīng)當(dāng)多注意建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)。一個(gè)完整并且優(yōu)秀的建筑設(shè)計(jì)不僅需要合理的功能，引人注目的形式，而且還需要一個(gè)能支撐住整個(gè)建筑的結(jié)構(gòu)形式。在平日的建筑設(shè)計(jì)過程中，指導(dǎo)老師會(huì)講一些關(guān)于結(jié)構(gòu)的知識，然而我們并沒有太注重這些，我們腦子里裝的就似乎空間和形式。只會(huì)去想塑造一個(gè)豐富多變的空間和炫目的形式。然而在傳統(tǒng)的概念下對傳統(tǒng)的建筑結(jié)構(gòu)重新認(rèn)識和思考，是建筑形式、建筑空間、結(jié)構(gòu)構(gòu)件的再造與重構(gòu)的融合。技術(shù)非但不會(huì)束縛創(chuàng)作，反而提供了總要的創(chuàng)作源泉和靈感。以上的五個(gè)大跨度建筑中，結(jié)構(gòu)的形式并不會(huì)使得參觀者感覺鋼鐵的冰冷，相反的，充滿韻律的鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件的巧妙處理使得鋼結(jié)構(gòu)下的大跨度建筑顯得美感十足。對于結(jié)構(gòu)的巧妙運(yùn)用，不得不提到的建筑師就是卡拉特拉瓦，他的作品中注重自由的流動(dòng)、組織構(gòu)成的形式及結(jié)構(gòu)自身的