钢结构
分   会
考察调研 | 协会会员 | 定点企业
金属屋面 | 业界专家 | 金      奖
专
题
产 品 | 会 议
专 访 | 热 点
资
讯
新 闻 | 法规标准
展 会 | 工程招标
会 员
中 心
找工程 | 卖产品
黄   页 | 资料库
企
业
钢结构品牌
第 一 品 牌
钢结构问吧 钢结构博客
您现在的位置：钢结构网首页 > 钢构资讯 > 钢结构技术资料 > 关于国家体育场的设计

关于国家体育场的设计

作者：建筑钢结构网    
时间：2009-12-22 20:46:58 [收藏]

    国家体育场处在北京的南北中轴线向北延伸到奥林匹克公园中心区的位置，上午的时候朱院长把整个公园的情况已经介绍了。
    在公园里面有几个重要的场馆，我们所说的三个比较重要的场馆：国家体育场、国家游泳中心以及国家体育馆，国家体育场里面体积最庞大，也是最重要的场馆。从北京中轴线的南侧向北看到的情景，可以看到水立方和鸟巢在中轴线的两侧。
    这是国家体育场的总平面，可以看到占地是不规则的性准，东侧就是人工水系，西面就是中轴线上的景观达到，之后再西侧就是水立方。在鸟巢整个设计里面有两个最主要的组成部分，一部分是我们现在看到的建筑的主体，也就是隆起来的建筑主体，这是一个南北长333米，东西宽298米的椭圆形。另外一部分就是布满整个建筑用地的基座，这个基座把整个基地铺满，形成从四围向中间隆起的局面，把四面八方的观众引导到中间最高的主体。在中间的基座下面容纳了体育场各种复杂的功能，比如说贵宾、媒体、运动员、安保人员、内部管理人员等等。在基座里面同时还容纳了一些为体育场赛后运营所需要的商业空间，有接近三万平米的商业空间，这也在基座里面。
    在基座以上就是建筑的主体，这主要是作为观众的出入口。这可以看出来下面基座和主体的关系。这是国家体育场07年4月份的情况，可以看到建筑主体基本上完成，周边的基座下面的设施正在施工的情况，可以看到左侧还是一个大的深坑，这里面就是预留的商业空间位置。
    这是国家体育场剖面图，上面是东西剖面，下面是南北剖面，从剖面图上可以看到体育场建筑主体构成的关系。里面有一个看台，我们叫碗型看台，东西方向高起来，南北方向低下去的形状。看台后面的空间叫集散大厅，这是作为观众集散停留的空间，集散大厅和看台是由混凝土结构支撑的，在集散大厅之外是支撑体育场的屋顶，以及把集散大厅包裹起来，这个是由钢结构造成的，这也就是我们看到的体育场外观。
    钢结构和前面提到的支撑看台的混凝土结构两者在结合上是相互脱离的，当然也可以从剖面图深看到基座和覆盖的地下空间。这是体育场的屋顶平面图，这个屋顶平面可以看到外轮廓是椭圆形，内部中间开口位置，也就是比赛场地上方的开口尺寸是南北方向182米，东西方向124米，也是一个椭圆形状。
    这是整个体育场看台的平面，包括看台外侧的钢结构平面的形状。看台大约是半径142米的圆形，从看台的布置也可以看出来东西方向看台座位数容纳比较多，南北方向容纳相对比较少的。
    体育场一层平面，从一层平面可以看到在一层观众集散大厅里面有24组服务盒，每一组服务盒里面有观众紧急疏散的电梯、楼梯，以及大量的卫生间，还有冷饮、快餐之类的观众服务设施。在服务盒之间是以不同分区命名的观众集散区，这是最初的体育场立面模型，我们整个设计过程持续了将近六年。分成这样几个大的阶段，一个是竞赛，也就是概念设计阶段，这是2002年12月到2003年4月，之后由设计联合体完成的方案中标。2003年完成了方案设计，到2004年3月份完成第一次初步设计，再之后出现了体育场的瘦身过程。这个过程里面先有一个局部的停工，同时设计进行比较大的修改，这个修改需要重新进行初步设计的工作，这个工作到2004年11月份完成，从2004年12月工程重新开工，同时也进行转入全面的施工图设计阶段，到2005年6月30日分批完成交付给施工单位。05年下半年一直到08年6月份是全面施工的配合阶段。
    体育场有几个很重要的理念，第一个叫回归体育竞赛和观赛为本的体育场设计。我们看第一届现代奥运会的体育场，就是雅典大理石体育场，我们可以看到这个体育场只有竟技场和看台，并没有很多现在看到体育场复杂的东西。我们认为人类建造体育场的目的就是竞技和关上竞技，设计本质就是营造最好的赛场气氛，让竞技者和观众达到很好的状态。
    设计最开始的起点用了很大精力和时间推敲看台的设计，奥运会时候容纳91000人的看台，这个看台特征投影是142米圆形，但是在三维形状上来看又是一个南北方向低，东西方向高边远起伏的巨大碗形，这样看台既适应了体育场观看比赛的视线方面的均衡。比如说东西方面观众视线是优于南北方向，布置的观众人数比较多，看台自然的就高起来，而南北方向则相反就是低下去的形状，不仅是视线防线均衡，同时这样碗形看台更接近古代人类最高的竟技场，像罗马的竟技场是很古典的环围的看台的形状，他可以让运动员感受到所有观众的包围和注视，让它有非常好的竞技状态。同时观众和观众身体联系在一起，也会有互相的影响，跟赛场运动员有一个很好的互动，这样会形成很热烈的赛场气氛，这是一个体育场的根本。
    赛场内看台和竟技场关系之间的视觉效果。这是一个实际的体育场内景照片，这个是拍在体育场比赛之前，我们在电视上看到这个体育场开闭幕式和比赛之间看台和赛场是这样一个互动关系，会更加的生动。
    体育场基本概念构成非常的简单，首先有一个碗形的看台，外面有一个外罩，这个外罩是由屋顶和外面钢结构构成。这个外罩形状也是顺应了碗形看台形状，也是东西高，南北低马鞍形，扣在一起两者加起来就构成了鸟巢似的体育场。
    这是两个模型的比较，左边是在概念设计阶段，就是竞赛时候提交的体育场模型，右边是经过修改的体育场模型。可以看到最大的变化，原来竞赛的时候要求屋顶上有一个可移动屋顶，因为造价压缩原因被取消了。同时比赛上方屋顶开口取消了，所以开口扩大成更大的椭圆形。同时可以看到，在两个模型的比较，前面竞赛阶段的模型钢结构构建密度在修改之后被大大降低，变成更合适的结构构建的密度。
    建筑基本的概念：看台、钢结构外罩的关系，以及构成的规律是没有变化的。这个体育场里面也有一些特点，设计的逻辑和理念是不断在延伸建筑每一个方面，设计的每一个方面甚至到细节里面。一个比较突出的一点，景观的设计是编织结构逻辑的延伸，这个延伸体现在景观基座上人行道构成的方式，形成一个很统一，很完善的整体建筑和环境的空间。
    结构和外观的一体化设计。结构设计最开始就纳入到跟建筑设计形状的推敲，建筑外感的设计纳入到一体的思考中来。这是由24根主柱和48根旁架梁编织而成，可以看到主结构生成的规律。主结构之外又加入了放射状的次结构，以及从立面到楼梯的结构，最后构成了我们主次结构叠加之后的建筑结构，同时也就构成了整个建筑外观的效果。
    把建筑的形式和结构统一在一起的设计带来的挑战是对于施工技术和施工控制的挑战，通常来讲结构是隐藏在建筑内部，这是没有装饰作用的。在这个设计里面不仅要完成结构受力的要求，另外直接也要变成对建筑形式的塑造。在施工过程以前的基础设计，施工图设计，钢结构的加工、安装，甚至细微到焊缝外观的质量都需要非常严密的控制，才能够完成既定的结构和外观统一的效果。因为这样一个要求，建筑师、结构工程师以及相关钢结构加工厂的技术人员和工人都付出了很大的努力才达到了这样的要求。
    钢结构在大学实验室里面，在施工图设计过程中对关键的节点和实验进行测试的效果，上面两张图是缩小的刚结构构建实验的状况，下面两张图是钢结构构建在工厂里面进行加工的情况。这是在浙江工厂里面其中一根体育场钢结构主柱情况，在工厂里面进行预拼装。所有钢结构构建都是在工厂里面进行加工，进行预拼装，检测误差达到合乎要求之后分解运到北京现场来，然后在北京现场组装焊接，首先在地面焊接组装成相对大块构建，之后用重型吊车把构建安装到预定的位置。这是体育场第一根主柱结构下半部分进行现场安装的状况，这是一个历史性的时刻。
    这张图片可以看到里面混凝土看台和外面钢结构施工的情况，钢结构首先分块进行施工，需要在整体完成之前要有很多临时支撑的塔架。这是钢结构次结构构建，在现场等待安装的图片。
    体育场钢结构形成一种镂空的外观效果，当人们在体育场外面看体育场的时候是那样一个效果，当人们身在体育场之中，透过网格看外面的时候又是另外一个效果。这像中国古建筑和园林里面漏窗一样的效果。
    这是钢结构上组合的里面大楼梯，他把观众从地面带到上面看台，地面大楼梯也是钢结构的一个组成部分。这是地面大楼梯和里面混凝土结构支撑的看台，以及看台下面集散大厅空间的情况，这是接近完工的地面大楼梯和集散大厅的情况。
    这个体育场里面除了钢结构之外，我们还有一种膜结构引入设计里面，这个膜结构是固定在钢结构上面。一类是镶嵌在钢结构屋顶上旋透明的ETME膜结构，这个材料跟国家游泳中心膜结构材料是一致的，但是构造上是不同的。另外一层膜结构是固定在屋顶下版面办透明的PDSE膜结构，这起到吸声，以及遮蔽屋顶里面的设备，使得阳光通过又不因为透过阳光钢结构在场地面上形成很大的阴影，这个膜可以起到这样的作用。
    这个设计上使用了三维设计方法，跟我们通常设计使用的方法和工具有所不同。这个体育场里面都空间化，三维化，我们以往工具不能够完成这个设计任务，所以这个设计工作里面引入了一种软件，在这个软件的环境里面可以把体育场模型精确的在计算机里面建立起来，建筑师为这个模型推敲细部。由于模型可以提供一个非常准确的，而且可变可调的精密的环境，所以可以实现最后模型完成，以及完成所有推敲设计之后，这个模型可以进行精确的空间坐标的读取。这一点对于设计师是非常关键的，因为这关系到体育场是不是能够被精确的建造起来。
    在三维模式里面建立的立面大楼梯和结构构建，这是真实的建筑空间。这是在模型里面，这个是在实际的空间里面。这是模型里面的钢结构，这是真实的钢结构。这是一些局部的节点，这是连接大楼梯和集散厅紧急疏散桥的细节。这是一个很复杂结构的节点，只有在模型里面才能够真正精确的设计出来。这是其中一根，这是一个弯扭，这个构建在模型建立起来之后，我们通过模型可以读取到很多空间坐标，这些可以被钢结构加工厂还原成钢板下料图纸，变成相应的裁切钢板，然后焊接成弯扭的钢结构。
    这个体育场设计里面使用了基于计算机模拟技术的安全疏散体系，这是一个很庞大的体育场，9.1万人如何在有限时间里面安全、快速的撤离，离开体育场，这是一个很重要的课题。这是上层看台观众疏散的路线，这是中层看台观众疏散的路线，这是下层看台疏散的路线。我们利用计算机模拟技术在计算机里面精确的建立起体育场的模型，把所有的观众输入这个模型，然后真实的通过计时器模拟观众疏散的情况。在模拟的软件里面也会输入相应的参数，比如说观众走步的频率，他的速率，还有一些特别的状况，可能有一些人夹三，可能有一些人先跑到一个出口，觉得人多了又跑道另外一个出口等等这样一个参数放到模拟工具里面。
    这个模拟工具最重要验证的目标就是疏散八分钟原则，这个据我所知是在国内大型体育场安全疏散时间计算体系里面首次被引用，以往大型体育场设计疏散时间，我们只关注最后一位观众从离开坐席到室外地面的整体时间。比如说在广州和上海体育场，他们大概十二、三分钟整体疏散时间，但是国际体育场设计通常原则有八分钟的概念，也就是在八分钟之内观众如果能够疏散到安全的地带，他会实现有序的心里状态下的疏散，超过八分钟观众就会有一些焦急不安的心态，这会影响到疏散，甚至会发生一些安全的事故。所以在体育场设计里面，我们通过一个集散大厅安全区的方式，来实现了八分钟的原则。体育场有上中下三层看台，每一层看台都有一个或两个对应的集散打厅，这个是完全开场的，但是不是完全的体育场里面，这里面所有的火灾可控，这可以看作安全区，看台上所有观众控制他的疏散时间首先是八分钟之内到达看台对应的集散大厅安全区，之后通过各自的楼梯疏散到完全的室外地面。国家体育场的疏散时间有两个，一个是八分钟是不是可以到达安全区，一个是退场以往的总的疏散时间。
    怎么来测验是不是八分钟，我们使用了计算机模拟技术。前面这个是中下层看台模拟图，右上角是不同的人，多少人在不同空间里面描述。左上角是一个计时器，计算机给一个指令观众开始疏散的时候计时器同时在计时的，直到所有观众离开看台，计时器会有时间技术，来检测是不是满足八分钟要求，如果满足结构就合理，如果不能满足我们就修整设计里面的一些情况。比如说安全出口是不是要扩大，观众疏散的路径是不是有障碍等等，直到所有的赣中疏散都能够满足八分钟原则的要求，这是上层看台模拟的状况。
    最后体育场模拟结果还是非常理想，上中下三层看台八分钟原则都可以满足，同时整个体育场9.1万人全部离开体育场到达室外，我们模拟时间是13分钟，这个指标对于9.1万人体育场来说也是很不容易的。实际的观察当中，因为体育场实际过程中疏散更复杂一点。比如说不是所有观众在满场状态下离开，有一些在表演过程当中离开，大部分是在完全结束离开，这种状况下我们观察上成看台，他们大概在6分半到七分钟就可以完全离开了，当然没有非常精确或者实际理想状态的检测。从实际奥运会整个过程检验来看，体育场的疏散系统还是比较令人满意的。
    2005年1月20日复工的时候基础照片，这是在施工过程当中混凝土结构。钢结构主结构开始施工，钢结构到2006年10月份全部完成，在9月17日整个钢结构自主受力成功。
    这是整个奥林匹克公园全景，这是国家体育场，这是冬天的时候一张从北向南俯瞰的照片，这是景观广场，这是在水边的夜景，这是正西面贵宾出入口和体育场正西方向晚上的情况。可以很清楚的看到钢结构碗形看台的形状。
    这是西面主入口，这是立面大楼梯，这是集散大厅，这是里面的看台，这是整个看台全景的空间，这是贵宾区的自动扶梯，自动扶梯的内部。这是我们在体育场第三层，有一整层全部是餐厅空间，大概有一万平米，这跟基座一起成为奥运会赛后很重要的组成部分。这是体育场一部分带空调空间的幕墙，这是幕墙上面印刷的图案，这是在景观基座上铺地石材的图案，这还是整个奥运会公园。好谢谢大家！



    下载附件：
  • 点击下载

    • "欢迎大家转摘！转载须注明中国建筑金属结构协会建筑钢结构网(www.CCMSA.com.cn)谢谢合作！"

相关文章：

钢结构专题推荐

   协会成立30周年表彰大会

   获奖钢结构企业个人专访录

   钢结构行业产品展销会

   2011年建筑钢结构行业大会

   钢结构2010国际品牌峰会

   将低碳理念进行到底

钢结构行业新闻

更多>>

钢结构技术资料

更多>>

站内搜索：

网站首页 关于我们 联系方式 会员注册 版权声明 广告服务 帮助中心 网站公告
钢结构产品专题  钢结构安装  钢结构设计  围护材料  钢结构住宅  钢结构施工  活动房  钢结构防火防水  钢结构专家  钢结构专访  专题报导  钢构产品  姚兵会长专题  姚兵讲话
 钢结构金奖  钢构资讯  钢构新闻  钢结构技术论文
热线电话： 建筑钢结构分会：010-58933731  010-58934476  中国建筑钢结构网：010-58934899
地址：北京市三里河路9号建设部院内2号楼中国建筑金属结构协会建筑钢结构分会信息网
邮编：100835  传真：010-88363325   ： 77251500 、398693829
* 建议使用 1024*768 分辨率、IE5.0 以上版本浏览器 * ICP 证号：000059 京公海网安备110108001708号*
法律声明:本站中的钢结构企业资料、钢构供货、钢构需求、钢构合作信息、钢结构产品等内容由本网注册会员提供，其合法性和真实性各个发布用户负责。