國(guó)家大劇院建筑結(jié)構(gòu)分析講義

國(guó)家大劇院建筑結(jié)構(gòu)分析講義·建筑介紹

中國(guó)國(guó)家大劇院位于北京市中心天安門(mén)廣場(chǎng)西，人民大會(huì)堂西側(cè)，西長(zhǎng)安街以南，由國(guó)家大劇院主體建筑及南北兩側(cè)的水下長(zhǎng)廊、地下停車(chē)場(chǎng)、人工湖、綠地組成，總占地面積11.89萬(wàn)平方米，總建筑面積約16.5萬(wàn)平方米，其中主體建筑10.5萬(wàn)中國(guó)國(guó)家大劇院標(biāo)志平方米，地下附屬設(shè)施6萬(wàn)平方米?？偼顿Y額26.88億人民幣。大劇院外觀夜景

主體建筑由外部圍護(hù)鋼結(jié)構(gòu)殼體和內(nèi)部2091個(gè)坐席的歌劇院(含站席2398)、1859個(gè)坐席的音樂(lè)廳(含站席2017)、957個(gè)坐席的戲劇院(含站席1040)、公共大廳及配套用房組成。外部圍護(hù)鋼結(jié)構(gòu)殼體呈半橢球形，平面投影東西方向長(zhǎng)軸長(zhǎng)度為212.20米，南北方向短軸長(zhǎng)度為143.64米，建筑物高度為46.285米，基礎(chǔ)埋深的最深部分達(dá)到-32.5米。橢球形屋面主要采用鈦金屬板飾面，中部為漸開(kāi)式玻璃幕墻。橢球殼體外環(huán)繞人工湖，湖面面積達(dá)35500平方米，各種通道和入口都設(shè)在水面下。國(guó)家大劇院高46.68米，比人民大會(huì)堂略低3.32米?！そㄖ艣r順臺(tái)階下到地下5米進(jìn)入大劇院，當(dāng)然兩則也有無(wú)障礙車(chē)道人大劇院的進(jìn)入口.國(guó)家大劇院工程于2001年12月13日開(kāi)工，于2007年9月建成。國(guó)家大劇院由法國(guó)建筑師保羅·安德魯主持設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)方為法國(guó)巴黎機(jī)場(chǎng)公司。國(guó)家大劇院建筑屋面呈半橢圓形，由具有柔和的色調(diào)和光澤的鈦金屬覆蓋，前后兩側(cè)有兩個(gè)類(lèi)似三角形的玻璃幕墻切面，整個(gè)建筑漂浮于人造水面之上，行人需從一條80米長(zhǎng)的水下通道進(jìn)入演出大廳。大劇院造型新穎、前衛(wèi)，構(gòu)思獨(dú)特，是傳統(tǒng)與現(xiàn)代、浪漫與現(xiàn)實(shí)的結(jié)合。國(guó)家大劇院內(nèi)有四個(gè)劇場(chǎng)，中間為歌劇院、東側(cè)為音樂(lè)廳、西側(cè)為戲劇場(chǎng)，南門(mén)西側(cè)是小劇場(chǎng)，四個(gè)劇場(chǎng)既完全獨(dú)立又可通過(guò)空中走廊相互連通。公共大廳的地板鋪著20多種顏色不一、花紋各異的名貴石材，公共大廳天花板由名貴木材拼貼成一片片“桅帆”，木質(zhì)的紅色深淺不一，明暗相間。來(lái)自法國(guó)的著名畫(huà)家阿蘭·博尼用超過(guò)20種不同的紅色點(diǎn)染大劇院的各個(gè)部分。整個(gè)大劇院的墻面絲綢鋪設(shè)面積達(dá)到4000平方米?！そㄖ?gòu)成國(guó)家大劇院主體建筑為獨(dú)特的超橢球形鋼結(jié)構(gòu)殼體。殼體表面由鈦金屬板和超白透明玻璃共同組成，兩種材質(zhì)的巧妙拼接呈現(xiàn)出唯美的曲線，營(yíng)造了舞臺(tái)帷幕徐徐拉開(kāi)的視覺(jué)效果。

殼體外圍被水色蕩漾的人工湖環(huán)繞，湖水如同一面清澈見(jiàn)底的鏡子，波光與倒影交相輝映，共同托起這個(gè)巨大而晶瑩的建筑?！ね獠烤坝^大劇院的夜間照明.大劇院在白天外觀.大劇院建筑屋面呈半橢圓型,由鈦金屬板覆蓋,前后兩側(cè)有兩個(gè)類(lèi)似三角形的漸開(kāi)式玻璃幕墻切面,整個(gè)建筑漂浮于人造水面之上.國(guó)家大劇院主體建筑鋼結(jié)構(gòu)超橢球體殼為一個(gè)超大空間殼體，殼體是經(jīng)過(guò)精確數(shù)字計(jì)算得出的系數(shù)為2.24的超級(jí)橢球，它集建筑、材料、設(shè)備等高科技于一身，其外圍護(hù)裝飾板面積約36000m2。巨大的殼體是建筑與結(jié)構(gòu)的融合體、墻面與頂面渾然一體沒(méi)有界限。整個(gè)鋼殼體由頂環(huán)梁、鋼架構(gòu)成骨架，148榀(其中102榀不露明，46榀露明)弧形鋼架呈放射狀分布，鋼架之間由連桿、斜撐連接，殼體鋼架從外觀看似是落在水中，實(shí)際上下部是支撐在3m寬>2m高的巨大混凝土圈梁上。設(shè)計(jì)考慮到方便施工及加工周期問(wèn)題，殼體鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件盡量標(biāo)準(zhǔn)化，并易于裝配。·主體結(jié)構(gòu)

大劇院建筑屋面呈半橢圓型,由鈦金屬板覆蓋,前后兩側(cè)有兩個(gè)類(lèi)似三角形的漸開(kāi)式玻璃幕墻切面,整個(gè)建筑漂浮于人造水面之上.

鈦金屬板

大劇院殼體除部分為玻璃幕墻外，其它均為鈦金屬?gòu)?fù)合板裝飾總面積約30800m2，每塊尺寸約2000mm>800mm>4mm的鈦板(0.3mm鈦板+3.4mm氧化鋁+0.3mm不銹鋼)，共使用了20000多塊。鈦金屬板最外層的0.3mm“貼膜”鈦金屬是日本進(jìn)口的，并對(duì)其進(jìn)行了特殊氧化處理以經(jīng)得起將來(lái)的清洗。其特點(diǎn)為化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定常態(tài)下不易被氧化、表面金屬光澤極具質(zhì)感、自重輕、強(qiáng)度高、耐腐蝕、15年不變顏色。目前在國(guó)際上還沒(méi)有這么大面積在建筑物表面使用鈦金屬板的先例?！げ馁|(zhì)分析大劇院的多層結(jié)構(gòu)和功能廳.從滿足功能(防水、保溫、聲學(xué)、消防排煙等)及美觀效果方面出發(fā)，殼體的不同層次構(gòu)造都是經(jīng)過(guò)精心設(shè)計(jì)的，共分六層材料(從外向內(nèi)的順序)：鈦板(外裝飾)、錘紋鋁鎂合金板(防水)、16kg／m3長(zhǎng)玻璃纖維棉(保溫)、2mm鋼板(襯板)、100kg／m3K13粉末(吸音)和紅木吊頂(內(nèi)裝飾)。主要構(gòu)造為主鋼梁上的調(diào)節(jié)牛腿固定檁條及次檁一條，在次檁條上固定2mm鋼襯板及T型碼，在2mm襯板上粘貼固定長(zhǎng)玻璃纖維保溫層，其上為固定在T型碼上防水板的，T型碼上再固定三次檁條，最外層的鈦板固定在三次檁條上，2mm襯板內(nèi)層噴K13的吸音材料，在主鋼梁內(nèi)側(cè)固定鋼龍骨安裝紅木吊頂。劇場(chǎng)內(nèi)的弧形樓梯.殼體內(nèi)層的裝飾，關(guān)系到整體空間的建筑效果，因此對(duì)深紅色木質(zhì)表面的選擇也經(jīng)過(guò)了仔細(xì)推敲。為此從技術(shù)和美學(xué)的角度研究了非洲和南美的樹(shù)種，最終選定非洲巴度紅木貼皮并經(jīng)防火處理的木條(寬120mm)，板厚約13mm(0.6mm的木皮+12mm多層阻燃板)木條之間留有30mm空隙，用以解決聲學(xué)和回風(fēng)(在殼體內(nèi)側(cè)紅木吊頂與襯板之間西南和東南側(cè)為回風(fēng)口)的技術(shù)問(wèn)題。鈦板外側(cè)水平環(huán)向沿板縫設(shè)有清洗軌道，鈦板縫中布置了由下部引上的清洗水管，并在相應(yīng)位置預(yù)留了接管點(diǎn)，可直接用軟管清洗。清洗保潔人員可通過(guò)室內(nèi)歌劇院頂部的預(yù)留人孔，上達(dá)殼體玻璃與紅木吊頂內(nèi)，然后沿檢修馬道至殼體頂部的排煙窗，由排煙窗上至殼體外部，利用可沿軌道滑行的活動(dòng)梯子，進(jìn)行日常的維護(hù)和清理工作。 殼體上均勻設(shè)置了92個(gè)電動(dòng)開(kāi)啟的排煙窗，既解決了消防排煙，又能自然通風(fēng)。 設(shè)計(jì)根據(jù)古城門(mén)的門(mén)釘，沿鈦板豎向縫隙點(diǎn)綴了上萬(wàn)個(gè)裝飾蘑菇頭，其中506個(gè)是有夜間LED照明效果的蘑菇燈。并通過(guò)蘑菇頭做防雷系統(tǒng)與鋼構(gòu)件連接，直到接地。玻璃

玻璃幕墻通過(guò)鋁合金梁(轉(zhuǎn)接件)與主鋼架牛腿連接。國(guó)家大劇院玻璃幕墻與鋼結(jié)構(gòu)連接與普通幕墻不同，它的轉(zhuǎn)連接是用螺栓連接(一般其他工程為焊接)，轉(zhuǎn)接件本身即為裝飾件，無(wú)需再單獨(dú)裝飾鋁扣板?！そ饘倬W(wǎng)建筑師利用金屬網(wǎng)的通透性，使簡(jiǎn)單厚重的建筑結(jié)構(gòu)在視覺(jué)上形成為多維空間，輕盈簡(jiǎn)捷又不失空間的縱深感站在殼體的公共空間內(nèi)，人們可以看到弧形的金屬網(wǎng)從高處垂下，將歌劇院與殼體公共空間分隔開(kāi)來(lái)隱隱透出淡黃色人們可以透過(guò)金屬網(wǎng)看到歌劇院環(huán)廊內(nèi)人們活動(dòng)的場(chǎng)景，若隱若現(xiàn)，朦朧而神秘，激發(fā)人們的好奇、想象和思索。建筑師充分利用了金屬網(wǎng)的特點(diǎn)來(lái)提升室內(nèi)的裝飾效果。金屬網(wǎng)構(gòu)造其縱向采用5根φ2mm不銹鋼繩索間距77mm，橫向用φ3.5mm鋁鍍金色單纖絲桿，間距11mm透過(guò)歌劇院的金屬網(wǎng)看外景·GRG裝飾板GRG是以天然改良石膏為凝膠材料，以玻璃纖維為增強(qiáng)材料加細(xì)集料和水制成的預(yù)制式新型裝飾板材。其特點(diǎn)是可隨意造型可完全發(fā)揮建筑師的想象力，滿足藝術(shù)的追求。它們具備不變形、質(zhì)量輕、強(qiáng)度高、防火環(huán)保、聲音效果好板材表面光潔細(xì)膩等特點(diǎn)。建筑師充分利用其特點(diǎn)在大劇院內(nèi)許多部位應(yīng)用了這種材料。板與結(jié)構(gòu)墻連接方式：預(yù)制板四周及中間為了加強(qiáng)板的強(qiáng)度及預(yù)埋件需要都設(shè)置了加強(qiáng)肋，在四周每邊預(yù)埋鋼板板通過(guò)轉(zhuǎn)接件與結(jié)構(gòu)墻固定的角鋼連接?！な膰?guó)家大劇院室內(nèi)、外裝修使用的石材有幾大特點(diǎn)：品種多、全部國(guó)產(chǎn)稀有品種規(guī)格偏大。又如大劇院以蘭花草手法處理的建筑符號(hào)貫穿于整個(gè)裝修內(nèi)，在柜臺(tái)(售票、咖啡、服務(wù)等柜臺(tái))_石材裝飾板上也充分體現(xiàn)出來(lái)，具體做法先將太白青石材磨光后用1mm鋼板做成蘭花草圖案的模具鋪在磨光石材上進(jìn)行燒毛處理，這樣處理后石材板上未做燒毛處理的是黑亮色蘭花草葉效果頗具藝術(shù)感?！に囆g(shù)燈具建筑的照明已被越來(lái)越多的建筑師所重視，它已成為建筑創(chuàng)作中不可缺少的重要環(huán)節(jié)，一個(gè)好的建筑師在建筑創(chuàng)作中就應(yīng)把選用何種建筑裝飾材料、建筑風(fēng)格和需要何種照明放在一起綜合考慮。在國(guó)家大劇院設(shè)計(jì)中，無(wú)論是室外還是室內(nèi)，建筑師親自參與了光源及燈具的設(shè)計(jì)，把燈具視為工程設(shè)計(jì)的一種建筑裝飾材料，從傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方式跳出來(lái)，用一種新的思路重新審視燈具與建筑的完美結(jié)合方式。建筑師最大的愿望，是讓燈具變成一件雕塑品，產(chǎn)生視覺(jué)美感，創(chuàng)造優(yōu)美的藝術(shù)效果。歌劇院里燈光璀璨·公共區(qū)域 設(shè)計(jì)手法一建筑符號(hào)國(guó)家大劇院運(yùn)用設(shè)計(jì)符號(hào)學(xué)理論，對(duì)建筑中的造型、色彩、材料進(jìn)行了巧妙的應(yīng)用。橄欖廳墻面石材之間磨砂玻璃上的不銹鋼鏡面蘭花草與上部深色蘭花草欄板相互映襯通過(guò)水下長(zhǎng)廊就進(jìn)入橄欖廳·水下長(zhǎng)廊入口大劇院南部入口與北部入口“水下走廊”一起延伸至地下6m之處，觀眾通過(guò)水下長(zhǎng)廊進(jìn)入大劇院。北側(cè)主入口為80米長(zhǎng)的水下長(zhǎng)廊。南側(cè)入口和其它通道也均設(shè)在水下。觀眾進(jìn)入大劇院時(shí)會(huì)發(fā)現(xiàn)他們的頭頂之上是一片淺淺的水面。在入口處設(shè)有售票廳，水下長(zhǎng)廊的兩邊設(shè)有藝術(shù)展示、藝術(shù)品商店等服務(wù)場(chǎng)所。國(guó)家大劇院北入口與北京地鐵1號(hào)線天安門(mén)西站相連，并有能容納1000輛機(jī)動(dòng)車(chē)和1500輛自行車(chē)的地下停車(chē)場(chǎng)。根據(jù)安德魯?shù)脑O(shè)計(jì)大劇院從長(zhǎng)安街后退了70米，空出70米全部變成綠地?！じ鑴≡海航饘倬W(wǎng)包出“稻草屋”歌劇院內(nèi)部也用這樣的金屬網(wǎng)包裹著，但看上去卻不覺(jué)得有金碧輝煌的冰冷，聲音穿過(guò)金屬網(wǎng)后再反射回來(lái)，形成“自然聲”，這樣就形成了視覺(jué)的弧形和聽(tīng)覺(jué)空間的多邊形，做到了建筑聲學(xué)和劇場(chǎng)美學(xué)的完美結(jié)合。即使在沒(méi)有麥克風(fēng)的條件下，舞臺(tái)上的聲音，臺(tái)下各個(gè)角落的觀眾都能聽(tīng)到。觀眾廳后墻是回聲的主要發(fā)源地，在后墻做了足夠的寬頻帶吸聲材料，為了與觀眾廳裝修風(fēng)格協(xié)調(diào)具體構(gòu)造，紫紅色絲布后面為玻璃絲棉吸聲材料大劇院主廳十分寬廣：金屬網(wǎng)裝飾墻面歌劇院觀眾廳內(nèi)墻面裝修采網(wǎng)格狀金屬網(wǎng)裝飾其橫向?yàn)棣?.5mm不銹鋼鋼絲鉸線(緯線)間距6mm縱向?yàn)棣?.5mm鋁合金棍(經(jīng)線)間距8mm從設(shè)計(jì)方面主要考慮二點(diǎn)聲學(xué)及裝飾效果·音樂(lè)廳：建筑和聲學(xué)的完美結(jié)合音樂(lè)廳吊頂 音樂(lè)廳觀眾廳的平面形狀是稍有弧度的鞋盒型，它可提供豐滿而渾厚的音質(zhì)。觀眾座席圍繞演奏臺(tái)布置，即樂(lè)隊(duì)和伴唱演員在中間，觀眾在周?chē)?，在空間上形成對(duì)演奏臺(tái)中心的圍合。這樣的布局最大限度保證了觀眾聽(tīng)到均勻的自然聲。觀眾廳周邊以扁而寬的橢圓形柱廊環(huán)繞，在柱子背后有耦合空間，可提供晚期的混響時(shí)間。觀眾廳的高度和形狀確保了有足夠的體積，因而混響時(shí)間自然可得到滿足。完美的天花板音樂(lè)廳的天花板像形狀不規(guī)則的白色浮雕像一片起伏的沙丘，又似海浪沖刷的海灘，有利于聲音的擴(kuò)散。為了達(dá)到聲效的完美，在頂棚的下面還懸掛了一面由清華大學(xué)學(xué)生親手用玻璃纖維混凝土做得龜背形狀的集中式反聲板，它的作用是將聲音向四面八方散射。GRC墻板GRC是由抗堿玻璃纖維、石英砂和高強(qiáng)水泥按一定配比，使用模具(噴射)制作，一體成型。其特點(diǎn)與GRG類(lèi)似：質(zhì)量輕、防火環(huán)保、聲音效果好，使用壽命長(zhǎng)、安裝方面等特點(diǎn)。板的圖案樣式與具體構(gòu)造同前GRG墻板類(lèi)似。音樂(lè)廳的墻面與吊頂在材質(zhì)方面達(dá)到了整體統(tǒng)一，同時(shí)較硬材質(zhì)的材料在低頻維持較長(zhǎng)的混響，且GRC起伏的墻面對(duì)音樂(lè)廳的演奏聲音起到漫反射的作用，既兼顧了功能，又兼顧了美觀。

MLS聲學(xué)墻

樂(lè)隊(duì)演奏臺(tái)周?chē)膲κ锹晫W(xué)墻，即按照數(shù)學(xué)理論精確地計(jì)算出來(lái)的墻面凹凸形狀，縮寫(xiě)術(shù)語(yǔ)稱(chēng)為“MLS”，原意為“MathematicsLengthSequence”，此墻的作用是，高度擴(kuò)散反射，它可使樂(lè)師們有良好的相互聽(tīng)聞，讓聲音均勻、柔和地反射、擴(kuò)散保證坐在每個(gè)位置的觀眾，都能聽(tīng)到同樣優(yōu)質(zhì)的聲音。凹凸墻體的構(gòu)造為