川觀新聞?dòng)浾?nbsp;王若曄

【新聞名詞】

大跨度鋼結(jié)構(gòu)公共建筑，通常指跨度較大（一般在60米及以上），采用鋼結(jié)構(gòu)作為主要承重體系的公共建筑，廣泛應(yīng)用于需要大空間、無(wú)立柱支撐的場(chǎng)合，如體育館、展覽館、劇院、大會(huì)堂、醫(yī)院門廳、候機(jī)大廳等人員密集型公共建筑。主要特點(diǎn)是跨度大、空間利用率高、造型美觀、抗震性能好。

鳳凰山體育公園

成都大運(yùn)會(huì)之后，四川又將迎來(lái)重大體育賽事。還有100天，2025年第12屆世界運(yùn)動(dòng)會(huì)（以下簡(jiǎn)稱成都世運(yùn)會(huì)）就將在成都拉開帷幕，這是中國(guó)大陸首次舉辦該項(xiàng)全球性體育盛會(huì)。　　

場(chǎng)館是運(yùn)動(dòng)競(jìng)技、觀賽的主要載體，歷來(lái)是重大賽事的一大看點(diǎn)。大家見過(guò)的賽事場(chǎng)館多為大跨度建筑，可滿足多種功能需求和大量人群的活動(dòng)。在令人震撼而又輕巧優(yōu)美的“跨越”背后，是諸多前沿科技、理論和先進(jìn)材料的堅(jiān)實(shí)支撐。四川有啥“硬核”大跨度建筑？這些建筑如何建成？

剛與柔　

在眾多體育建筑中，鳳凰山體育公園專業(yè)足球場(chǎng)占有一席之地，這是世界首例大開口索穹頂結(jié)構(gòu)大跨度建筑?！　?/p>

站在鳳凰山體育公園內(nèi)，抬頭可見天空，建筑穹頂由561根拉索與鋼桿相互交織，像是工匠以堅(jiān)韌絲線編織的銀色“巨網(wǎng)”?？此票∪缦s翼，卻舉重若輕，向內(nèi)延伸的屋蓋最大懸挑達(dá)到了64米。穹底之下，是綠草如茵的足球場(chǎng)和可容納6萬(wàn)觀眾的坐席?！　?/p>

結(jié)構(gòu)相當(dāng)于建筑骨骼，承載了整個(gè)建筑的荷載，確保建筑能夠站立起來(lái)。而大跨度建筑規(guī)模宏大，專業(yè)難度很高，被譽(yù)為建筑王冠上的明珠?！按罂缍冉Y(jié)構(gòu)最大影響因素是自重，結(jié)構(gòu)的承載力中，有很大一部分要用來(lái)抵抗自重產(chǎn)生的荷載效應(yīng)，所以減輕自重很重要?！敝袊?guó)建筑西南設(shè)計(jì)研究院有限公司總工程師馮遠(yuǎn)說(shuō)，合理的結(jié)構(gòu)體系也很關(guān)鍵，這樣才能達(dá)到事半功倍的效果。此外，還要發(fā)揮建筑形狀的效率，利用空間結(jié)構(gòu)三維受力形式，最大程度發(fā)揮材料的特性，最終使結(jié)構(gòu)能更經(jīng)濟(jì)地跨越更大空間?！　?/p>

在鳳凰山體育公園，結(jié)構(gòu)工程師采用了經(jīng)典的馬鞍形雙曲面單層索穹頂結(jié)構(gòu)，來(lái)實(shí)現(xiàn)200米的大跨度。　　

索穹頂結(jié)構(gòu)是一種結(jié)構(gòu)效率極高、用材很省的結(jié)構(gòu)，在國(guó)內(nèi)外體育建筑多有應(yīng)用。2016年，雅安天全建成了跨度77.3米的索穹頂體育館屋蓋，是國(guó)內(nèi)首個(gè)全剛性屋面索穹頂結(jié)構(gòu)。　　

不過(guò)，國(guó)內(nèi)外的索穹頂結(jié)構(gòu)普遍用于封閉屋蓋體育館設(shè)計(jì)。由于建筑功能和觀眾視線等設(shè)計(jì)，足球場(chǎng)罩棚中部往往具有大開洞，開洞尺寸接近甚至超過(guò)結(jié)構(gòu)長(zhǎng)度或?qū)挾鹊囊话??？雌饋?lái)就好像是將封閉的體育館頂部“開個(gè)洞”，但如何實(shí)現(xiàn)建筑美觀、安全、簡(jiǎn)潔、高效，是一個(gè)復(fù)雜而龐大的工程體系。

鳳凰山體育公園在大開口索穹頂結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上首次將索穹頂結(jié)構(gòu)用于非封頂?shù)恼峙镏?，提出了大開口內(nèi)環(huán)剛性索穹頂結(jié)構(gòu)，拓展了索穹頂結(jié)構(gòu)的應(yīng)用范圍。　　

“罩棚覆蓋材料選擇上，足球場(chǎng)項(xiàng)目選擇了通透率較高的膜材，不僅可大大降低荷載，減小對(duì)主體結(jié)構(gòu)的影響，通透輕盈的屋面還有利于優(yōu)質(zhì)草坪的維護(hù)保養(yǎng)，保證觀眾的觀賽體驗(yàn)?！瘪T遠(yuǎn)說(shuō)?！　?/p>

看似單薄的穹頂，承載力卻非常高。通過(guò)對(duì)拉索施加張拉力，讓本身柔軟的拉索變得剛硬，就像繃緊的弓弦，撐起45000平方米的屋面。

力與美　

規(guī)模宏大的大跨度建筑，建立在嚴(yán)謹(jǐn)?shù)牧W(xué)原理基礎(chǔ)上，又需要充分考慮使用功能、建筑形態(tài)和建筑美學(xué)等要求，是科學(xué)和藝術(shù)的結(jié)晶?！　?/p>

“結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)與構(gòu)建會(huì)直接影響人們的體驗(yàn)，因此，理解人的需求至關(guān)重要。盡管結(jié)構(gòu)是強(qiáng)技術(shù)性的，但將人放在中心，才能真正做好結(jié)構(gòu)?！瘪T遠(yuǎn)說(shuō)。　　

在大跨度體育場(chǎng)館設(shè)計(jì)中平衡力學(xué)與建筑美學(xué)，提升城市功能與人文體驗(yàn)，“飛碟”造型的成都東安湖體育場(chǎng)是一個(gè)典型例子。體育場(chǎng)屋蓋，建筑團(tuán)隊(duì)巧妙設(shè)計(jì)了一個(gè)300米長(zhǎng)的全景高空展廳及平臺(tái)，游人站在這里，可將成都龍泉山和東安湖的山水美景盡收眼底?！?/p>

成都東安湖體育場(chǎng)

體育場(chǎng)館設(shè)置觀景平臺(tái)，在全國(guó)非常少見。相較于視野有遮擋的傳統(tǒng)場(chǎng)館，成都東安湖體育場(chǎng)在傳統(tǒng)大跨度輕型屋蓋上，設(shè)置超長(zhǎng)重型樓蓋，并預(yù)留觀光、展覽、健身、休閑、娛樂、餐飲等多種建筑功能荷載，進(jìn)一步提升大型體育場(chǎng)館的復(fù)合利用率?！　?/p>

建筑設(shè)計(jì)中，常遇到力學(xué)和美學(xué)要求“打架”的情況。在成都東安湖體育場(chǎng)觀景平臺(tái)設(shè)計(jì)中，屋蓋外圍的交叉支撐桿件，對(duì)結(jié)構(gòu)整體抗扭性能至關(guān)重要，但這些桿件卻會(huì)影響觀景平臺(tái)空間使用效果及平臺(tái)通行?！　?/p>

結(jié)構(gòu)受力與使用出現(xiàn)了矛盾，這給設(shè)計(jì)帶來(lái)了挑戰(zhàn)?！叭∠鈬徊鎿螚U能滿足觀景平臺(tái)要求，但是影響結(jié)構(gòu)的性能?！瘪T遠(yuǎn)說(shuō)，設(shè)計(jì)采取策略，利用內(nèi)部交通筒在其周邊設(shè)置斜撐桿，形成間斷錯(cuò)位布置的內(nèi)置撐桿。這種傳力轉(zhuǎn)換式平臺(tái)結(jié)構(gòu)既滿足了高空觀景空間的開闊性和平臺(tái)出入功能的通暢性需求，又能滿足結(jié)構(gòu)的受力性能。

【對(duì)話】

自然帶給我許多結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的靈感

【專家名片】　　

馮遠(yuǎn)，全國(guó)工程勘察設(shè)計(jì)大師、中國(guó)建筑西南設(shè)計(jì)研究院有限公司總工程師、“國(guó)家卓越工程師團(tuán)隊(duì)”中建西南院高性能大跨度空間結(jié)構(gòu)團(tuán)隊(duì)主持，長(zhǎng)期致力于高性能大跨度空間結(jié)構(gòu)的探索，先后主持設(shè)計(jì)了成都鳳凰山足球場(chǎng)、鄭州奧林匹克體育中心、四川雅安天全體育館等項(xiàng)目工程。

記者：您設(shè)計(jì)的第一個(gè)大跨度建筑是什么？　　

馮遠(yuǎn)：是1991年的德陽(yáng)體育館，這個(gè)工程是對(duì)角線長(zhǎng)105米的雙曲馬鞍面網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)，在當(dāng)年對(duì)我們來(lái)講是個(gè)很大的挑戰(zhàn)。因?yàn)楫?dāng)時(shí)行業(yè)里對(duì)空間結(jié)構(gòu)的認(rèn)識(shí)很不夠，沒有商業(yè)軟件，設(shè)計(jì)手段和工具都極度匱乏，當(dāng)時(shí)，我們大膽采用了雙曲拋物面雙層鋼網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)，使德陽(yáng)體育館成為當(dāng)時(shí)國(guó)內(nèi)同結(jié)構(gòu)形式中跨度最大的體育館，這是我們的第一個(gè)里程碑項(xiàng)目。算起來(lái)我們團(tuán)隊(duì)大跨空間結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)之路走過(guò)了多年歷程，其間陸續(xù)做了多個(gè)項(xiàng)目，收獲了多個(gè)世界、國(guó)內(nèi)首個(gè)和第一。

記者：您從哪里汲取建筑靈感？　　

馮遠(yuǎn)：自然形態(tài)給了我很多視覺的印記，帶給我很多關(guān)于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的啟發(fā)。比如成都露天音樂公園采用的雙曲拋物面單層索網(wǎng)結(jié)構(gòu)，就是受纖細(xì)而高強(qiáng)的蜘蛛網(wǎng)特性啟發(fā)，做出富有張力的“索”結(jié)構(gòu)，采用雙曲拋物面單層索網(wǎng)結(jié)構(gòu)，屋蓋跨度90米，僅兩點(diǎn)落地的拱腳距離180米，為劇場(chǎng)提供了巨大的開敞空間，草坪由室內(nèi)自由延伸至室外，形成廣闊的廣場(chǎng)空間?！　?/p>

又比如貝殼常呈曲面形狀，作為受壓殼體，具備優(yōu)良的剛度，且由鈣質(zhì)構(gòu)成，抗壓能力極強(qiáng)，貝殼高抗壓性能啟發(fā)我們做一個(gè)大空間的“殼”結(jié)構(gòu)，對(duì)應(yīng)的項(xiàng)目是成都現(xiàn)代五項(xiàng)賽事中心游泳擊劍館的鋁合金單層網(wǎng)殼。

成都露天音樂公園

記者：大跨度建筑發(fā)展已有幾十年，結(jié)構(gòu)跨度的極限在哪里？　　

馮遠(yuǎn)：這些年，我們探索成功了一些采用新的結(jié)構(gòu)體系和新型材料的項(xiàng)目，為企業(yè)和行業(yè)技術(shù)發(fā)展提供了成功案例。我們聚焦探索各種結(jié)構(gòu)形式的適用范圍和跨度邊界，也就是針對(duì)不同的建筑形體尋找最適用的結(jié)構(gòu)型式，并且把這種結(jié)構(gòu)型式的跨度不斷增加，找到不能成立的那個(gè)跨度邊界值。我們目標(biāo)是800米跨度，實(shí)際上我們最終做到了1200米跨度?？萍及l(fā)展沒有止境，我們的探索也不會(huì)停止。

（中建西南院供圖）

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