[分享] 空间结构在31届夏季奥运场馆中的应用

发表于2019-07-26     1674人浏览     2人跟帖     总热度:422  



编者按
7月19-21日,第十九届全国现代结构工程学术研讨会在杭州胜利召开,全国现代结构工程学术研讨会自2001年在天津举办第一届以来已连续举办19届,是国内现代结构工程领域最具影响力的科研和技术交流会。本次会议中,350余名来自全国各地建筑结构领域的院士、大师、专家学者、企业和高校师生代表齐聚杭州,交流分享了现代结构最新研究成果,深入探讨了创新技术,展望了建筑结构行业发展的前景与方向。本栏目拟由天津大学刘锡良教授、全国工程勘察设计大师、华诚博远工程技术集团有限公司首席专家王立军老师、北京市建筑设计研究院有限公司朱忠义副总工程师、桂林理工大学朱万旭教授等专家学者对现代结构及构件从力学性能、设计到具体工程应用进行专业解读。
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刘锡良,男,1928年出生,河北省深州市人,1955年清华大学第一届钢结构研究生毕业。六十年来一直从事钢结构及空间结构的教学、科研及工程设计工作,现为天津大学建工学院土木系教授、博士生导师。1982年10月赴德国布伦瑞克工业大学做访问学者,后又多次出国讲学。曾任中国土木工程学会及中国钢结构协会理事、中国钢协房屋钢结构分会副理事长、空间结构分会副理事长,现为中国钢结构协会及中国建筑金属结构协会钢结构专家组资深专家,天津市土木工程学会理事、桥梁及结构分会副理事长、天津市空间结构学会理事长、天津市建设科学技术委员会委员、天津市专家协会会员等。培养硕士、博士生百余名,发表论文二百余篇,著作二十余部,其中一部是全国最早的《平板网架设计》,一部是最近的前沿学科《现代空间结构》,在全国首先研究成功焊接球节点网架及马鞍形双曲抛物面悬索结构。近年来他在国内首先带领团队和指导硕、博士生开创性地研究了一些新型结构,如张拉整体、索穹顶、弦支穹顶及张弦梁等,为建造北京奥运场馆新结构体系作出了重大贡献。
他指导设计了天津市体育馆及主持设计北京奥运老山自行车赛馆等,指导开发三个空间结构设计软件,主编和参编十余种国家及省市级规范。获国家级科研课题奖两项,省部级三项,并于1992年享有国务院特殊津贴。他曾多次参加包括国家大剧院及北京2008奥运场馆在内的大型工程的评审、鉴定及验收等工作。近年来又先后获国家级协会协会“杰出贡献奖”、“卓越贡献奖”、“特殊贡献奖”和“终身成就奖”。他是我国空间结构的开拓者和奠基人,对我国钢结构及空间结构作出重大贡献。

一、历届夏季奥运会特色场馆概述
•现代奥运会创始人/发源地:顾拜旦/雅典(1896年)
•已举办届数:31届,其中第6届、第12届、第13届由于战争原因停办
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夏季奥运会举办城市分布图
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历届夏季奥运会特色场馆信息表
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注:容纳人数均为奥运会期间的容纳人数。
•奥运场馆不仅是举办城市、国家政治、经济、文化、科技的集合体,也几乎是举办国家当时最高建造水平的象征。
•除主场馆外,部分奥运分场馆非常具有特色,其中不乏有空间结构领域的经典之作,如:罗马大小体育宫、乔治亚穹顶等等。
•由于奥运场馆投资巨大,所以奥运会后的改造、重建和再利用工作,同样值得关注。
二、特色奥运主场馆简介
2.1 特色主场馆信息表
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2.2 慕尼黑奥林匹克体育场(Munich Olympic Stadium)
•1972年慕尼黑奥运会(第20届)举办开闭幕式的主场馆。
•结构体系:总面积为748000m2预应力正交索网结构,覆盖主场馆看台天篷(34550m2)、体育馆(21750m2)、游泳馆(11900m2)、辅助建筑(5800m2)和通道(800m2)整个建筑群。
•结构特色:每个单元索网由纵横相反曲率的网索连于边索之上,形成鞍形方格网面,以便施加预应力。并在屋盖上铺设淡黄色的有机玻璃屋面。 
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慕尼黑奥林匹克体育场顶棚结构俯瞰图
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慕尼黑奥林匹克体育场屋面构造

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拉索节点构造图
2.3 国家体育场(鸟巢)(The National Stadium)
•2008年北京奥运会(第29届)举办开闭幕式及田径比赛的主场馆。
•结构体系:屋盖平面为椭圆形340m×292m,开口185.3m×127.5m。主体承重结构是由一系列门式刚架绕着内环旋转而成的三维空间承重体系。
•结构特色:每一榀刚架由高12m的屋盖桁架和三角形桁架柱组成,为了形成“鸟巢”效果,主桁架上弦还设有交叉的次要构件。同时在钢屋盖表面铺设880个ETFE膜材单元,总覆盖面积约4.5万m2。
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国家体育场外景
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国家体育场钢屋盖施工现场
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国家体育场屋盖局部图
2.4 马拉卡纳体育场(Maracana Stadium)
•2016年里约热内卢奥运会(第31届)举办开闭幕式及足球比赛的主场馆。
•巴西最负盛名的体育场,巴西足球文化的象征。
•结构体系:建筑尺寸长318m,高度37m。曾是世界最大的足球场,可容乃观众20万人,2010年改造后可容纳观众80000人。屋盖采用索膜结构,具有两圈环索,钢桁架悬挑69m,覆盖住了所有看台席位,同时在屋顶安装了1500块太阳能光伏板。 
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马拉卡纳体育场外景
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马拉卡纳体育场内景
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马拉卡纳体育场屋盖施工图
三、特色奥运分场馆简介
3.1 特色分场馆信息表
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3.2 罗马小体育宫(The Palazzetto dello Sport)
•1960年写罗马奥运会(第17届)的篮球、拳击及摔跤等项目的比赛场馆。
•由意大利著名建筑师维塔罗齐和结构工程师耐维尔共同设计。
•结构体系:屋盖为跨度为59m的现浇钢筋混凝土薄壳,并由36个预制的 “Y”形柱支撑。
结构特色:穹顶造型优美流畅,富有韵律感,结构受力明确合理。
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罗马小体育宫外景 
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罗马小体育宫穹顶内景
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“Y”形柱施工现场
3.3 代代木国立综合体育馆(Yoyogi National Stadium)
•1964年东京奥运会(第18届)的的比赛场馆。由日本建筑大师丹下健三和结构大师坪井善胜共同设计,结构大师川口卫参与结构设计。
•结构体系:第一、二体育馆均为悬索结构,跨度分别为126m和65m。
•结构特点:创造性地将工字钢(H型钢)作为一种半刚性悬索使用,并在其上布置预应力稳定索,后铺设金属板作为屋面。
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代代木国立综合体育馆俯瞰图
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第一体育馆结构布置图
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第一体育馆内景
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第二体育馆结构布置图
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第二体育馆内景
3.4 圣乔治宫体育场(Palau Sant Jordi)
•1992年巴塞罗那奥运会(第25届)的体操、手球、排球等项目的比赛场馆。
•由日本建筑大师矶崎新和结构大师川口卫共同设计。
•结构体系:屋盖为双层钢网壳结构,平面尺寸128m×106m,高度45m。
•结构特色:采用川口卫先生创造的攀达穹顶(Panta Dome)工法顶升技术,快速高效简捷。沿着三列铰(合叶)线折叠,在此折叠状态进行穹顶的组装,之后进行整体顶升,实现穹顶的最终状态后使之固定。
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圣乔治宫体育馆外景
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圣乔治宫体育馆内景
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运用攀达穹顶工法顶升
3.5 乔治亚穹顶(Georgia Dome)
•1996年亚特兰大奥运会(第26届)的体操、篮球等项目的比赛场馆。
•结构体系:双曲抛物面型张拉整体索穹顶。
•结构特色:索穹顶屋盖平面为椭圆形,跨度为192m×240m。屋面采用PTFE膜材,整体结构具有自重极轻、用钢量极少(不到30kg/m2)、承载力高、采光好、造型美观等特点。
•由于经济原因及限制邻近场馆运营等因素,于2017年11月20日爆破拆除。
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乔治亚穹顶外景
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乔治亚穹顶内景
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乔治亚穹顶爆破图
四、改造或重建奥运场馆简介
4.1 改造或重建场馆简介
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4.2 柏林奥林匹克体育场(Berlin Olympic Stadium)
•1936年柏林奥运会(第11届)举办开闭幕式的主场馆。
•改造前结构体系:屋面挑蓬采用螺栓球节点平板网架,并铺设半透明膜材。
•改造后结构体系:屋面挑蓬沿用直径25cm的细钢柱支撑,上部结构改为钢桁架,跨度为68m,且上下均覆盖半透明的膜结构,钢桁架顶部铺设玻璃结构,增强采光的效果,也与膜结构的颜色形成对比衬托。
•结构特色:改造工程继承原结构简洁轻巧的优点,与新型建筑材料结合。 
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原柏林奥林匹克体育场俯瞰图
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现柏林奥林匹克体育场俯瞰图
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挑蓬改造图
4.3 温布利奥林匹克体育场(Wembley Olympic Stadium)
•1948年伦敦奥运会(第11届)举办开闭幕式、田径及足球的比赛场馆。
•重建前结构体系:钢筋混凝土结构因门口白色“双塔”而著名。
•重建后结构体系:由巨大的索拱体系和空间桁架屋盖体系及开合屋盖组成。
•结构特色:索拱支承着北侧屋盖及60%的南侧屋盖,屋盖采用空间桁架结构,南北屋盖之间用四榀180m跨的多边张弦桁架支承。重建后的温布利体育场是专业世界上最顶级的足球场之一,是英国足球文化的象征。
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原温布利奥林匹克体育场外景
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现温布利球场外景
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现温布利球场内景
4.4 卢日尼基体育场(Luzhniki Stadium)
•1980年莫斯科奥运会(第22届)举办开闭幕式、田径及足球的比赛场馆。
•原名为中央列宁体育场,位于俄罗斯莫斯科市中心,是莫斯科的地标建筑。
•改造后结构体系:屋盖为空间钢桁架体系,并覆盖25mm厚的多层PC板材。
•改造重点:为了2018年俄罗斯世界杯,做了规模最大的修缮。保留了原场馆的外立面,内部75%的设施都进行了翻新,看台和屋盖相应内移,并安装专业转播设备,转变成世界上最大的专业足球场之一。 
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原卢日尼基体育场俯瞰图
现卢日尼基体育场外景
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现卢日尼基体育场看台剖面
五、总结与展望
•奥运会场馆作为每个国家的标致性工程,是当时的科技、经济、文化的集合体,具有非常深远的影响力。
•百年奥运的历史,也是空间结构的发展历史。
• 与建筑美学结合,与新技术、新材料结合,绿色、智能化
•希望能有更多优秀的青年结构工程师参与到场馆的建设,提供更加丰富的创造力。
2020年奥运会再次回到东京,希望建造出更多更优秀的奥运场馆。

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 发表于2019-07-26   |  只看该作者       筑龙币+20

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空间结构在31届夏季奥运场馆中的应用

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