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陈彬磊:钢织春茧——“深圳湾体育中心”结构轻盈之美

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“2013建筑、结构巅峰对话:结构成就建筑之美”国际会议主题报告:
 
陈彬磊:钢织春茧——“深圳湾体育中心”结构轻盈之美
 
深圳湾体育中心是2011年第26届世界大学生运动会主场馆,是日本佐藤株式会社和北京市建筑设计院有限公司共同完成的。20096月开工建设,确保2011812日大学生运动会的召开及使用,除调试运行外,建设工期不足两年。20111月份,深圳市政府召开常委会决定把深圳湾体育中心由分会场调整为主会场。
 
工程概况
人们常常说“北有鸟巢,南有春茧”。深圳湾体育中心位于深圳湾滨海休闲带中段,南山后海中心区东北角,深圳湾后海填海区内。作为2011年第26th世界大学生夏季运动会的主会场,也是深圳重点城市景观和公共活动空间。整个项目占地约30.77公顷,总建筑面积25.6万平方米。整个春茧东西长500米,南北242米。
 
大运会期间,体育中心承担足球预赛、乒乓球决赛、游泳训练等功能,同时承担赛会的开幕式。赛后体育中心主要作为全民健身场所服务于周边群众,同时承担部分国内综合赛事、专项赛事、体育训练功能及商业运营设施。体育场容纳观众2万人(固定座位),综合馆容纳观众1.3万人(其中固定座位1.0万个),游泳馆为游泳训练池,可容纳观众2千人(其中固定座位500个)。
   
结构体系
项目地下室及地上看台等是现浇钢筋混凝土框架-剪力墙结构体系,其他地方都是单层网壳。为控制成本增设树状柱,同时保证统一的构件外皮尺寸(450×700),根据受力的要求来调整钢板的厚度。
 
 竖向支撑系统包括四个部分,分别是:1)支撑网壳的31棵4分枝树形柱,其中体育场西侧看台上的8棵树形柱主干为Φ1500的钢管混凝土柱,分枝为Φ900的钢管,其余位置的树形柱主干为Φ600的4钢管柱,分枝为Φ600的钢管;2)支撑网架与网壳的V形柱(位于网架上弦环梁下),其中体育馆周边分布40个,游泳馆周边分布30个;3)观景桥两侧的桥塔立柱;4)下沉广场西立面幕墙柱。观景桥采用桁架结构(扁拱形,与上弦网壳对应),上下弦之间通过V形布置的腹杆连接。桥净跨102.8~107.3m,桁架最小高度11.2m,下弦距地最大高度30.4m。单层网壳除上述支撑体系外,周边及大树广场共分布125个落地支座,其中大树广场38个,其余位置87个。
 
结构荷载
构荷载主要是风和温度。而温度荷载主要考虑四个方面:钢构件阴阳面温差、西晒温差(太阳落山时,阳光的低角度照射)、环境温度变化、合拢温度。
节点设计
结构设计两个正方形杆件交接的时候是直角,而建筑师要求是圆角,后来我们说做一个假圆角,拿4mm的钢管把圆角倒出来了。
 
 
柱子落到混凝土上面,树状柱就跟4根筷子一样底下绑在一起而上边分开。顶端跟屋面怎么结合、分杈怎么分都是结构需要考虑的问题。实际上分杈的地方和顶的节点,都是加工出来的。在分杈的地方放了一个8公分的板,跟屋面结合的节点考虑了三种方式,销轴节点、球铰节点和相贯节点,最后采取的是相贯节点。
 
 
钢结构施工质量和安装偏差验收标准
深圳湾体育中心钢结构复杂,设计和施工都鲜有实例;除执行常规质量验收标准外,部分质量验收项目“无据可依”。为加强钢结构工程的质量管理,保证钢结构工程质量,根据相关规范、标准和设计要求,制订标准指导施工。
 
结构设计中关键技术与方法
1)超长钢结构不设缝
深圳湾体育中心530m×240m的屋盖钢结构不设缝,混凝土结构的不设缝长度也达260米。从常规的概念来讲,温度作用对结构设计必然存在较大影响。然而,通过构件的应力设计发现,对部分构件(如网壳落地端支座附近构件),温度参与的组合起控制作用,但对大部分屋面构件,温度参与的组合并不起控制作用。由于屋面采用四边形的网格结构,同时整个屋面在空间弯曲变化,因此,尽管屋盖结构长向尺度很大,仍具有良好的吸收温度变形的能力。在温度作用下,屋盖在短向有很大的伸缩变形能力,从而保证了长向的伸缩变形能力。
2复杂曲面+弯扭构件”单层网壳图纸表达
 
构件外形尺寸在图纸表达的时候只给中心的点,同时配了一个中心点的方向矢量,这个矢量是下一圆中点的连线,最后出来的东西空间是一条线,通过矢量的转角表明了空间运行轨迹,所以一方面数据量小多了,另外精度很高,因为只有一个点不用跟谁闭合。所以施工单位拿到这个数据处理就特别顺畅,整个后期加工效率精度都很高。
成本控制
从设计单位来说,包括从建筑师作为主持专业来说,最怕的就是最后跟甲方倒腾投资倒腾钱,从工程周期来看肯定是一边设计一边施工一边修改的“三边工程”。我们在每次出图的时候专门在后边留了一个说明,说明这版图纸里边还没有明确的内容,在甲方组织前期招标的时候,要配合甲方留出来相应的材料量。因为1t钢投标的时候是一个价,到工程实践时又是另一个价格。整个项目用钢量评估在175公斤/平米,这比预期多了10公斤。
配合这个项目也有好多同行问怎么理解建筑师与结构工程师的关系,我们做过一个小学校的大门,大门跨度接近30m,高度不能大于0.85m,除了净跨,这边还有一些造型的东西,这样要求结构不能超过700mm高,BCIS的I作为柱子,这就是建筑师和结构师的关系,结构师就是为建筑师寻找支点,这叫胸有大爱才有支点,这也是建筑师和结构师的关系。
 
 结构只要有大爱肯定有发现,比如说这是一个常规酒店项目,通常一个开间8~9m,还有两个标准件,中间一个核心筒,走道还是主风道的位置,两个标准件之间有一个竖井,我们后来就做了一个混凝土叉形梁,因为边梁对层高没有影响,梁的尺度、负担都降下来了,这样给整个层高和外部空间的净高都有很好的影响。  
 
  
作者: 来源: 发布时间:2013年09月04日