分開(kāi)屋蓋體育建筑的應(yīng)用研究

分開(kāi)屋蓋體育建筑的應(yīng)用研究

組合屋頂結(jié)構(gòu)是一種能夠在短時(shí)間內(nèi)打開(kāi)或關(guān)閉的結(jié)構(gòu)形式，以滿(mǎn)足室內(nèi)和室外建筑的使用要求。伴隨著我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展和各級(jí)各類(lèi)體育比賽的舉行,人們對(duì)于這種建筑類(lèi)型的認(rèn)識(shí)逐漸深入,各地的建設(shè)需求日益增多,因此在方案設(shè)計(jì)階段之前進(jìn)行建筑策劃對(duì)于方案的合理性具有重要的指導(dǎo)意義。1愈合屋蓋結(jié)構(gòu)開(kāi)合結(jié)構(gòu)在體育建筑中的應(yīng)用可以追溯到古羅馬時(shí)期的大競(jìng)技場(chǎng),當(dāng)時(shí)在觀眾席上方使用織物材料的臨時(shí)遮陽(yáng)措施,可以被認(rèn)為是開(kāi)合屋蓋的雛形。隨著現(xiàn)代體育事業(yè)的興起和發(fā)展,人們對(duì)體育比賽觀看舒適性的要求日益提高,這是促進(jìn)開(kāi)合屋蓋體育建筑發(fā)展的根本動(dòng)因。開(kāi)合屋蓋體育建筑能夠創(chuàng)造復(fù)歸自然的運(yùn)動(dòng)環(huán)境,保證諸如世界杯、奧運(yùn)會(huì)開(kāi)幕式和比賽等大型體育娛樂(lè)活動(dòng)的如期舉行,而且為體育場(chǎng)館的多功能使用提供了條件。世界上許多發(fā)達(dá)國(guó)家在新建和改建的體育場(chǎng)中有相當(dāng)一部分采用了開(kāi)合屋蓋結(jié)構(gòu),如美國(guó)匹茲堡公民體育場(chǎng)(PittsburghCivicArena,1999年更名為MellonArena)(圖1)、加拿大多倫多天空穹頂(Skydome)(圖2)等。在我國(guó)建成的首個(gè)大型開(kāi)合屋蓋體育場(chǎng)是素有“南鳥(niǎo)巢”之稱(chēng)的江蘇省南通體育中心體育場(chǎng)(圖3)。體育場(chǎng)總建筑面積為48000m2,可容納32244名觀眾。屋蓋為球面網(wǎng)殼,移動(dòng)部分是兩片月牙形的網(wǎng)殼,能夠通過(guò)鋼索的牽引沿球面屋蓋滑動(dòng)。另一個(gè)比較有代表性的開(kāi)合屋蓋體育建筑是上海旗忠森林體育城網(wǎng)球中心(圖4)。主場(chǎng)館建筑面積30649m2,可容納15000名觀眾。其屋頂?shù)拈_(kāi)閉方式類(lèi)似于照相機(jī)快門(mén)的開(kāi)啟方式,8片屋蓋移動(dòng)部分的開(kāi)啟過(guò)程模仿上海市花白玉蘭的開(kāi)花形態(tài)。目前,國(guó)際上已經(jīng)建成的開(kāi)合屋蓋體育建筑有200多座,主要集中在歐美、日本等發(fā)達(dá)國(guó)家和地區(qū),因此他們對(duì)于開(kāi)合屋蓋結(jié)構(gòu)的建造經(jīng)驗(yàn)更加豐富,理論方面的研究也更加先進(jìn)。但應(yīng)該看到,開(kāi)合屋蓋的建筑理論研究仍處在初期階段,世界上還沒(méi)有制定任何關(guān)于這種結(jié)構(gòu)的國(guó)家或者地方的設(shè)計(jì)規(guī)范。僅有一些設(shè)計(jì)方針可以作為參考。我國(guó)開(kāi)合屋蓋體育設(shè)施的建設(shè)和研究正處于起步階段,國(guó)內(nèi)目前已經(jīng)建成的一些開(kāi)合屋蓋體育建筑設(shè)計(jì)項(xiàng)目以小型體育設(shè)施的改造為主,大型開(kāi)合屋蓋體育建筑數(shù)目屈指可數(shù)。2空間與技術(shù)策劃相結(jié)合的基本技術(shù)開(kāi)合屋蓋體育建筑策劃可以分為目標(biāo)設(shè)定、外部條件調(diào)查、內(nèi)部條件調(diào)查、空間構(gòu)想、技術(shù)構(gòu)想和經(jīng)濟(jì)策劃幾個(gè)步驟進(jìn)行。目標(biāo)設(shè)定主要確定建筑的用途、目標(biāo)、規(guī)模和性質(zhì),為建筑策劃提供基本的依據(jù)。外部條件調(diào)查的內(nèi)容包括社會(huì)環(huán)境、人文環(huán)境、自然環(huán)境、規(guī)劃設(shè)計(jì)條件和基礎(chǔ)設(shè)施條件等;內(nèi)部條件調(diào)查的內(nèi)容包括使用者、使用方式和功能要求等?？臻g構(gòu)想是在對(duì)外部和內(nèi)部條件進(jìn)行調(diào)查的基礎(chǔ)上,對(duì)建筑的空間內(nèi)容、平立剖面、流線、空間成長(zhǎng)、感觀環(huán)境和空間形式等內(nèi)容進(jìn)行初步設(shè)想。技術(shù)構(gòu)想指結(jié)合建筑的空間形式和使用要求選擇合理的開(kāi)合方式、結(jié)構(gòu)形式、構(gòu)造方式、材料和設(shè)備等。經(jīng)濟(jì)策劃是根據(jù)上述的分析內(nèi)容進(jìn)行投資估算、增值、盈利、回報(bào)率等的計(jì)算。在上述的步驟當(dāng)中,目標(biāo)設(shè)定是策劃的基礎(chǔ),對(duì)外部和內(nèi)部條件的充分考慮是為構(gòu)想提供了基本條件?？臻g構(gòu)想與技術(shù)構(gòu)想是平行發(fā)展、不可分割的兩部分。經(jīng)濟(jì)策劃對(duì)空間和技術(shù)構(gòu)想進(jìn)行評(píng)價(jià),進(jìn)而促進(jìn)構(gòu)想的改進(jìn)。3開(kāi)元樓地板體育設(shè)計(jì)的要點(diǎn)3.1基地及控制條件在進(jìn)行開(kāi)合方式的選擇時(shí),要綜合考慮結(jié)構(gòu)的功能和目的、環(huán)境條件、基地條件、管理和控制的條件。應(yīng)盡量避免復(fù)雜的開(kāi)合方式,尤其是開(kāi)合方式或驅(qū)動(dòng)裝置可能因?yàn)槟骋粋€(gè)部分的失效或損壞而導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)發(fā)生危險(xiǎn)的,更應(yīng)予以避免。3.2屋頂使用狀況應(yīng)被細(xì)分在開(kāi)合屋蓋的設(shè)計(jì)中,應(yīng)該對(duì)屋蓋在不同使用狀況下的開(kāi)合情況加以分類(lèi)。特別是當(dāng)屋蓋處于半開(kāi)狀態(tài)下時(shí),屋蓋的位置情況應(yīng)被加以細(xì)分,因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案、開(kāi)合控制與管理方案都是基于使用狀況的分類(lèi)而制定的。對(duì)一個(gè)多功能體育場(chǎng)的開(kāi)合屋蓋結(jié)構(gòu)來(lái)說(shuō),屋蓋應(yīng)同時(shí)滿(mǎn)足場(chǎng)地的露天需要和觀眾席的舒適需要。3.3自然因素:體育比賽的影響在選擇安全的開(kāi)合系統(tǒng)和適合的屋蓋方案時(shí),應(yīng)綜合考慮風(fēng)、光、熱、聲等自然因素對(duì)于體育比賽的影響。特別是屋蓋的位置和方向、高度、開(kāi)合方向等應(yīng)從氣象學(xué)角度加以考慮,例如太陽(yáng)位置對(duì)設(shè)計(jì)的影響。3.4加強(qiáng)開(kāi)屋場(chǎng)區(qū)管理在開(kāi)合屋蓋體育建筑中,安全管理和屋蓋開(kāi)合的控制計(jì)劃也是設(shè)計(jì)中被考慮的重要方面。首先,屋蓋的開(kāi)合控制要精確、安全和平滑。其次,維修和管理應(yīng)能使開(kāi)合屋蓋總能在最佳條件下工作。作為重要的安全管理設(shè)施,控制室的位置應(yīng)該能夠看到體育場(chǎng)地和全部觀眾席。另外,檢查屋蓋開(kāi)合情況的控制室,包括監(jiān)控設(shè)施和氣象條件探測(cè)裝置也是必要設(shè)置的。4開(kāi)屋蓋設(shè)計(jì)要素開(kāi)合屋蓋本身是體現(xiàn)體育建筑功能適應(yīng)性的一種手段,開(kāi)合屋蓋為體育建筑提供了全天候的使用保障,然而與一般體育建筑相比,開(kāi)合屋蓋結(jié)構(gòu)的造價(jià)非常昂貴,往往數(shù)倍于普通體育場(chǎng)館。功能適應(yīng)性的提高是否值得付出巨額的投資代價(jià),這是一個(gè)需要慎重思考的問(wèn)題。在建設(shè)前期進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析,充分考慮建成之后的使用效率和經(jīng)濟(jì)效益,并對(duì)建成之后的經(jīng)營(yíng)管理方式進(jìn)行有效的預(yù)測(cè),是提高投資效率,避免不必要浪費(fèi)的有效手段。在場(chǎng)地選型方面,開(kāi)合屋蓋體育建筑的場(chǎng)地通常能夠滿(mǎn)足多種體育比賽項(xiàng)目的要求,一般通過(guò)座席的變化實(shí)現(xiàn)不同場(chǎng)地之間的轉(zhuǎn)換。例如日本福岡穹頂能夠容納52000名觀眾,在設(shè)計(jì)中其使用功能被分為三種:體育比賽功能、會(huì)議功能和展覽功能。在屋蓋設(shè)計(jì)方面,開(kāi)合度、開(kāi)合方式的選擇和開(kāi)合時(shí)間的確定是影響開(kāi)合屋蓋經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)的三個(gè)關(guān)鍵要素。開(kāi)合度是指屋蓋開(kāi)口面積在整體屋蓋面積中所占的比例。開(kāi)口面積越大,空間的開(kāi)敞度就越高,但移動(dòng)屋蓋部分的面積就越大,相應(yīng)支撐結(jié)構(gòu)的荷載就越大。開(kāi)合方式可以分為平行移動(dòng)式、折疊式和旋轉(zhuǎn)式等多種類(lèi)型,其中平行移動(dòng)方式相對(duì)簡(jiǎn)便宜行,旋轉(zhuǎn)式次之,折疊式最為復(fù)雜。由于開(kāi)合方式復(fù)雜,折疊過(guò)程容易受到外界大風(fēng)的干擾,其使用效果受到一定的影響。2002年建成的大分體育場(chǎng)采用了剛性部分在整體球面上平行滑動(dòng)的開(kāi)合方式,并為了減小結(jié)構(gòu)跨度在開(kāi)口部位保留了部分桁架,整體建筑的安全性和經(jīng)濟(jì)性因此大大提高。開(kāi)合所需的時(shí)間取決于特殊條件下開(kāi)合所需要的時(shí)間及開(kāi)啟管理所需要的適合的時(shí)間。根據(jù)已經(jīng)建成的一些開(kāi)合屋蓋體育場(chǎng)的數(shù)據(jù),開(kāi)啟時(shí)間除小松穹頂為10min,蒙特利爾奧林匹克體育場(chǎng)為45min以