鸟巢给排水案例分析

发表于2014-06-17     3032人浏览     5人跟帖     总热度:173  

鸟巢,即国家体育场,是2008年北京奥运会的主场馆,由于于独特造型又俗称“鸟巢”。体育场在奥运会期间设有10万个座位,承办该届奥运会的开、闭幕式,以及田径同足球等比赛项目。由2001年普利茨克奖获得者赫尔佐格、德梅隆与中国建筑师李兴刚等合作完成的巨型体育场设计,形态如同孕育生命的“巢”,它更像一个摇篮,寄托着人类对未来的希望。设计者们对这个国家体育场没有做任何多余的处理,只是坦率地把结构暴露在外,因而自然形成了建筑的外观。 2003年12月24日开工建设,2008年3月完工,总造价22.67亿元。作为国家标志性建筑,2008年奥运会主体育场,国家体育场结构特点十分显著。体育场为特级体育建筑,大型体育场馆。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。

鸟巢给排水案例分析-666.png

“鸟巢”屋顶膜结构材料:第一层第一层防雨的膜。“PTFE” “透明玻璃纤维结构膜”幪在屋顶最外(上)层,而将鸟巢的吱吱喳喳露出来。因此形成了2,400多块独立的屋面;也就是2,400多个小水池,他们都有自己的排水
“系统”。雨水或雪水积累后就由水泵,把积水抽到着一个分区的落水管(DOWN PIPE)。 第二层第二层屋顶是建在瓦屋顶下面的夹层,也是玻璃纤维的膜,材料是:ETFE = Ethylene Tetra Flora Ethylene但是没有结构功能。它的功能就是因为如果没有它,钢架的阴影在白天照下来,地面就像一个鸡笼子。 一直对「鸟巢」持质疑度的北京清华大学建筑系教授彭培根昨日接受本报电话访问时,直轰 「鸟巢」漏水「是当然的!」他指,当局为营造「鸟巢」像雕塑一样的「形式美」,不用防水布罩,却用2,400块独立屋顶,再各自用排水系统将水集中的下水管道,这种做法「必然会漏水」。他更预言,鸟巢使用一年后,「每天都会见到有人在屋顶修理」 “鸟巢”工程造价:「鸟巢」是国家体育场的俗称,造型如孕育生命的「巢」。「鸟巢」位于北京奥林匹克公园内, 是今年奥运会的主场馆,将承担京奥开闭幕式、田径和男足决赛等赛事。
「鸟巢」的建筑面积近廿六万平方米,场内长度三百四十米,宽三百米,「巢」内没有一根立柱,最多容纳十万观众,其中临时座席两万个。
  「鸟巢」投资预算逾三十亿元人民币,实际超过三十六亿元,一共耗用四万二千吨钢材。建设工程于二○○三年十二月开工,今年三月竣工,施工期长达四年零四个月。期间,「鸟巢」方案由「有盖」变为「无帽」,工程造价及完工日期多次有变。 “鸟巢”屋面排水设计:国家体育场屋面雨水系统的施工图设计以瘦身后重新完成的初步设计为基础,沿用了重力与虹吸组合式系统的设计原则。系统的排水能力和安全性设计一直是鸟巢设计者所关注的两大问题,也是给排水设计中最具挑战性的难点。排水能力设计主要是对汇水面积等设计参数的确定, 安全性设计则主要是对堵塞、积水荷载等问题的分析与解决。

鸟巢屋面呈马鞍形,东西高,南北低,总投影面积约58847m2。屋面结构为钢制箱形杆件,钢结构和膜结构共同围成大小不等、高低错落的1200多个不规则分块,分块之间互不连通,在降雨时这些分块就好像一个个悬挂在天空的水池。屋面边缘与立面的连接部位称为“肩部”,是顶面与立面的结构平滑过渡段,部分平面投影面积较小的肩部分块雨水不能被组织排放,因此排水系统负责组织排放836个分块的雨水,总汇水面积约58692m2。

雨水系统由重力系统、集水槽和虹吸系统三部分组成,在屋面排水天沟中设置重力雨水斗,约500m2范围内的膜单元及其围护结构内的雨水以重力排水方式接人悬吊在屋面主围护结构梁下的一个水平集水槽中,集水槽内设置虹吸式雨水斗。2或3个相近标高的集水槽内的虹吸式雨水斗由一条虹吸排水悬吊管和立管连接,立管沿建筑外围框架的指定位置的钢制立柱下降到楼板下,沿顶板敷设直到出户排人建筑物周围的雨水管道系统。

鸟巢的屋面彼此独立的分块单元数量多,式样不规则,面积不等,膜结构表面低于钢梁上表面950mm,平均有10%的坡度。顶面的大部分区域分块由多边形布局形式的钢结构围合,但在肩部区域,分块单元跨跃顶面和立面,对雨水而言没有明确的围合边界。

《建筑给水排水设计规范》中规定雨水汇水面积应按屋面水平投影面积计算,高出屋面的侧墙,应附加其最大受雨面正投影的一半作为有效汇水面积计算。但“规范”给出的计算方法却不能直接用于图1所示的屋面形式,其原因有:(1)顶面汇水单元的侧壁面积计算中“最大受雨面”计算过于复杂。“最大受雨面”指在不同风向条件下,钢结构侧壁能产生的最大受雨面积,按这个原则,每个分块单元虽然能找到各自的“最大受雨面”,但不同单元的最大受雨面朝向却不一致,表明不同单元的最大受雨面并不源于同一风向条件。将836个分块各自最大受雨面累计,所得计算侧壁汇水面积与实际降雨的侧壁汇水面积之间误差偏大且无规律,不同分块组合之间的误差对虹吸系统排水流量的确定产生影响。降雨中所有的分块单元侧壁实际组合形成的“最大受雨面”计算又过于复杂,难以完成;(2)肩部区域按平面投影面积计算与实际情况相比误差过大。肩部雨水斗受安装所限,只能设置在膜与钢结构连接处的天沟内可能设置的最低位置(图1所示的雨水斗安装位置),于是雨水很可能从膜表面直接滑向地面,平面投影面积上的大部分雨水没有条件到达雨水斗设置点。所以有钢梁围合的顶面单元和肩部可以汇水的单元汇水面积采用不同的计算方法确定。

有钢梁围合的顶面单元汇水面积顶面单元汇水面积组成如由下式计算:
F=F1+F2+F3
式中F—设计汇水面积,m2;
F1—膜及天沟平面水平投影面积,m2;
F2—有效梁侧壁计算面积,m2;
F3—梁上表面投影面积,m2。

计算F1采用“ 规范”中给出的方法,F2采用单元侧壁表面积的1/4简化计算,F3的计算以梁上表面中心为分界,两侧的雨水分别计入两侧的分块。

肩部单元的水平投影面积计算原理

肩部是钢结构从平面向立面的平滑过渡段, 天沟亦跟随钢结构的变化在空间弯扭。固定在天沟上的膜被张拉索张紧绷起,两条张拉索之间形成空间表面。一系列以两条张拉索为边界的空间表面组合形成肩部膜结构的空间曲面。由图3中膜A的空间关系可知,降落在膜顶面上的雨水的一部分将沿着膜空间曲面不断变化的坡度方向流动并进人天沟被雨水系统收集,另一部分则会沿膜表面直接滑落,不能进人雨水系统。因此对于肩部单元雨水系统存在一条空间分水线,分水线一侧是有效的汇水面积,另一侧则无法收集。

当然,除了汇水面积的确定,鸟巢屋顶的积水荷载的分析计算、水流特性的分析计算也是非常具有难度的课题。鸟巢顺利完工的背后是无数工程设计、施工人员的辛勤劳动与奉献,同时,也代表了我们国家的建筑施工的高超水平。


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  • 发表于 2014-06-17     很赞 感谢分享

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  • 奖励于 2014-06-17 13:43:39

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点评   gir8927665  发表于  1楼   2014-06-17  鸟巢,即国家体育场,是2008年北京奥运会的主场馆,由于于独特造型又俗称“鸟巢”。体育场在奥运会期间设有10万个座位,承办该届奥运会的开、闭幕式,以...
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3

点评   shineqi  发表于  2楼   2014-06-17  
点评   gir8927665  发表于  1楼   2014-06-17  鸟巢,即国家体育场,是2008年北京奥运会的主场馆,由于于独特造型又俗称“鸟巢”。体育场在奥运会期间设有10万个座位,承办该届奥运会的开、闭幕式,以...
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 发表于2014-07-02   |  只看该作者      

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 发表于2014-07-02   |  只看该作者      

5

嗯,不错,先学习下

 发表于2014-07-03   |  只看该作者      

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谢谢楼主分享!

gir8927665

北京 海淀区 | 建筑电气

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