北京奧運場館的空間結構
發布時間：2010-01-14 共2頁
當世界邁入21世紀，回顧人類發展的歷史，我們可以發現其中一個顯著的特點就是其活動空間的不斷改善與擴充。在各種交流活動中，體育比賽無疑是一種最激動人心的方式。奧林匹克體育競賽館、世界杯足球比賽場……在世界各地崛起；學術、文化、藝術與商業上的交流等活動也促使一些大城市建成了規模龐大的會議展覽中心。因此，大跨度、多功能、形狀復雜、技術要求高的現代空間結構的建筑及其新技術應運而生，并在國內外迅猛發展。
認識現代空間結構
空間結構是指結構的形態呈三維狀態，在荷載作用下具有三維受力特性并呈現空間工作的結構。例如平板網架、網殼以及懸索結構等空間結構在我國都得到了廣泛應用，已為人們所熟悉。從國內外工程實踐來看，包括奧運場館在內的大跨度建筑多數采用各種形式的空間結構體系。現代|考試|大|空間結構的形式十分豐富多彩，大體上可分為如下基本類型：
（1）鋼筋混凝土薄殼結構；
（2）空間網格結構，包括各種形式的網架結構、網殼結構；
（3）張力結構，包括各種形式的懸索結構、薄膜結構或索－膜結構；
（4）混合結構，由剛性構件和柔性索組合而成的一類結構形式，如各種形式的張弦結構、斜拉結構等。
目前空間結構向著輕量、大跨方向發展，這種發展趨勢要求必須千方百計降低結構自重。降低結構自重的途徑一方面是研制運用輕質高強度新型建筑材料，另一方面是研究開發合理的結構形式。結構受拉部位采用膜材或鋼索，受壓部分采用鋼或鋁合金構件，這樣膜、索、桿相結合使用，形成雜交結構，可望實現理想的輕量大跨結構。
新建奧運場館結構形式概覽
2008年北京奧運會使中國人前所未有地近距離感受到奧林匹克的氣息，也為中國大跨空間結構的發展提供了廣闊舞臺。經過近5年的緊張籌備與建設，如今奧運場館已成功投入使用。系統地總結這些場館建設中所采用的先進設計理念和自主創新技術，對于推動我國空間結構的進一步發展具有重要作用。
應該說，這些奧運場館建設反映了我國大跨空間結構發展的最高水平，其中所蘊含的先進設計理念，所采用的創新結構形式以及所開發的新材料、新技術、新方法，對于我國空間結構發展有十分重要的借鑒意義。
典型空間結構
仿生式網格結構——國家體育場
國家體育場的“鳥巢”建筑方案是經全球設計競賽招標，并經專家評審和公眾投票后，在13個方案中脫穎而出的。“鳥巢”的外墻面為橢圓錐面，內墻面為橢圓柱面，屋面為馬鞍形，是圓環體內側表面的一部分；屋頂內外表面相互平行，相距12m；屋面與外墻面通過半徑為8m的圓弧連接。構成的巨大橢圓體長軸332.3m，短軸296.4m，最高點高度為68.5m。體育場中央開有185.3m×127.5m 的橢圓孔。主體鋼結構由24榀格構式剛架組成，它們繞著中央橢圓孔相互交叉布置，形成復雜而規律的空間網格體系。在此基礎上，加上以隨機方式布置的次構件，最終形成了“雜亂無章”卻顯得十分自然，宛如金屬樹枝編織而成的巨大鳥巢。單純從結構角度看，將格構式剛架用于如此大的跨度并不十分理想，其梁柱連接部位及跨中部位受力均較大，導致結構用鋼量過大，也使結構永久荷載所占比例過高。因此在2004年曾對設計方案進行過一次調整，即取消了原有的可開啟屋蓋，并相應擴大了屋頂開口；這樣調整仍然保持了“鳥巢”的設計理念，但用鋼量減少了22.3％，相應也提高了結構的安全性。“鳥巢”現在建成了，它那具有震撼力的獨特建筑造型在國內外引起巨大反響。總之，這種建筑與結構渾然一體，貌似無序的自由編織而成的結構體系不僅為國家體育場提供了新穎的建筑造型，也為大跨空間結構家族增添了一個富于個性的新成員。
多面體空間網架——國家游泳中心
國家游泳中心的“水立方”建筑方案是經全球設計競賽招標，并經專家評審和公眾投票后，在10個方案中脫穎而出的。“水立方”的設計理念可以概括為“方盒子”和“水分子”兩個概念：其主體結構由一種新穎的平板網架圍成方盒子形狀，其圍護結構則由形狀、大小各異的許多ETFE薄膜氣枕組成，就像許多晶瑩剔透的“水泡泡”或“水分子”，形成的建筑形象十分新穎獨特，令人神往。此外，從奧林匹克公園總體規劃來看，“水立方”與“鳥巢”比鄰，一方一圓，一柔一剛，相互呼應，形成十分美妙的對比，體現了中國傳統文化中“天圓地方”的理念。
“水立方”的鋼結構設計方案就是以經過適當改良的W-P模型為基礎，以多面體的棱為實體構件，形成由空心多面體單元構成的空間網格體系，再以適當的角度進行平面切割，形成平板狀的網格結構，以之作為“水立方”的屋頂和墻體的承重結構。這種結構體系新穎、獨特，其不規則的復雜形體其實是由相對簡單的元素經多次重復形成的，這是空間結構形態學的杰出創新。“水立方”的圍護結構由內外兩層ETFE氣枕組成，每層氣枕包含3~4層ETFE膜。整個建筑共包含3700多個ETFE氣枕，覆蓋面積達10×104m2 ，是世界上最大的ETFE工程。其ETFE氣枕的基本單元投影平面為不規則多邊形，它們大小不一，形狀各異，最大的直徑近9m，最小的直徑則不足1m。“水立方”外層氣枕的內層膜和內層氣枕的外層膜上都鍍著密度不等的小鍍點，以控制膜的透光度，達到隔熱散光的效果。
認識現代空間結構
空間結構是指結構的形態呈三維狀態，在荷載作用下具有三維受力特性并呈現空間工作的結構。例如平板網架、網殼以及懸索結構等空間結構在我國都得到了廣泛應用，已為人們所熟悉。從國內外工程實踐來看，包括奧運場館在內的大跨度建筑多數采用各種形式的空間結構體系。現代|考試|大|空間結構的形式十分豐富多彩，大體上可分為如下基本類型：
（1）鋼筋混凝土薄殼結構；
（2）空間網格結構，包括各種形式的網架結構、網殼結構；
（3）張力結構，包括各種形式的懸索結構、薄膜結構或索－膜結構；
（4）混合結構，由剛性構件和柔性索組合而成的一類結構形式，如各種形式的張弦結構、斜拉結構等。
目前空間結構向著輕量、大跨方向發展，這種發展趨勢要求必須千方百計降低結構自重。降低結構自重的途徑一方面是研制運用輕質高強度新型建筑材料，另一方面是研究開發合理的結構形式。結構受拉部位采用膜材或鋼索，受壓部分采用鋼或鋁合金構件，這樣膜、索、桿相結合使用，形成雜交結構，可望實現理想的輕量大跨結構。
新建奧運場館結構形式概覽
2008年北京奧運會使中國人前所未有地近距離感受到奧林匹克的氣息，也為中國大跨空間結構的發展提供了廣闊舞臺。經過近5年的緊張籌備與建設，如今奧運場館已成功投入使用。系統地總結這些場館建設中所采用的先進設計理念和自主創新技術，對于推動我國空間結構的進一步發展具有重要作用。
應該說，這些奧運場館建設反映了我國大跨空間結構發展的最高水平，其中所蘊含的先進設計理念，所采用的創新結構形式以及所開發的新材料、新技術、新方法，對于我國空間結構發展有十分重要的借鑒意義。
典型空間結構
仿生式網格結構——國家體育場
國家體育場的“鳥巢”建筑方案是經全球設計競賽招標，并經專家評審和公眾投票后，在13個方案中脫穎而出的。“鳥巢”的外墻面為橢圓錐面，內墻面為橢圓柱面，屋面為馬鞍形，是圓環體內側表面的一部分；屋頂內外表面相互平行，相距12m；屋面與外墻面通過半徑為8m的圓弧連接。構成的巨大橢圓體長軸332.3m，短軸296.4m，最高點高度為68.5m。體育場中央開有185.3m×127.5m 的橢圓孔。主體鋼結構由24榀格構式剛架組成，它們繞著中央橢圓孔相互交叉布置，形成復雜而規律的空間網格體系。在此基礎上，加上以隨機方式布置的次構件，最終形成了“雜亂無章”卻顯得十分自然，宛如金屬樹枝編織而成的巨大鳥巢。單純從結構角度看，將格構式剛架用于如此大的跨度并不十分理想，其梁柱連接部位及跨中部位受力均較大，導致結構用鋼量過大，也使結構永久荷載所占比例過高。因此在2004年曾對設計方案進行過一次調整，即取消了原有的可開啟屋蓋，并相應擴大了屋頂開口；這樣調整仍然保持了“鳥巢”的設計理念，但用鋼量減少了22.3％，相應也提高了結構的安全性。“鳥巢”現在建成了，它那具有震撼力的獨特建筑造型在國內外引起巨大反響。總之，這種建筑與結構渾然一體，貌似無序的自由編織而成的結構體系不僅為國家體育場提供了新穎的建筑造型，也為大跨空間結構家族增添了一個富于個性的新成員。
多面體空間網架——國家游泳中心
國家游泳中心的“水立方”建筑方案是經全球設計競賽招標，并經專家評審和公眾投票后，在10個方案中脫穎而出的。“水立方”的設計理念可以概括為“方盒子”和“水分子”兩個概念：其主體結構由一種新穎的平板網架圍成方盒子形狀，其圍護結構則由形狀、大小各異的許多ETFE薄膜氣枕組成，就像許多晶瑩剔透的“水泡泡”或“水分子”，形成的建筑形象十分新穎獨特，令人神往。此外，從奧林匹克公園總體規劃來看，“水立方”與“鳥巢”比鄰，一方一圓，一柔一剛，相互呼應，形成十分美妙的對比，體現了中國傳統文化中“天圓地方”的理念。
“水立方”的鋼結構設計方案就是以經過適當改良的W-P模型為基礎，以多面體的棱為實體構件，形成由空心多面體單元構成的空間網格體系，再以適當的角度進行平面切割，形成平板狀的網格結構，以之作為“水立方”的屋頂和墻體的承重結構。這種結構體系新穎、獨特，其不規則的復雜形體其實是由相對簡單的元素經多次重復形成的，這是空間結構形態學的杰出創新。“水立方”的圍護結構由內外兩層ETFE氣枕組成，每層氣枕包含3~4層ETFE膜。整個建筑共包含3700多個ETFE氣枕，覆蓋面積達10×104m2 ，是世界上最大的ETFE工程。其ETFE氣枕的基本單元投影平面為不規則多邊形，它們大小不一，形狀各異，最大的直徑近9m，最小的直徑則不足1m。“水立方”外層氣枕的內層膜和內層氣枕的外層膜上都鍍著密度不等的小鍍點，以控制膜的透光度，達到隔熱散光的效果。
