分開屋蓋體育建筑的應(yīng)用研究

組合屋頂結(jié)構(gòu)是一種能夠在短時間內(nèi)打開或關(guān)閉的結(jié)構(gòu)形式，以滿足室內(nèi)和室外建筑的使用要求。伴隨著我國國民經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展和各級各類體育比賽的舉行,人們對于這種建筑類型的認(rèn)識逐漸深入,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)開合結(jié)構(gòu)在體育建筑中的應(yīng)用可以追溯到古羅馬時期的大競技場,當(dāng)時在觀眾席上方使用織物材料的臨時遮陽措施,可以被認(rèn)為是開合屋蓋的雛形。隨著現(xiàn)代體育事業(yè)的興起和發(fā)展,人們對體育比賽觀看舒適性的要求日益提高,這是促進(jìn)開合屋蓋體育建筑發(fā)展的根本動因。開合屋蓋體育建筑能夠創(chuàng)造復(fù)歸自然的運(yùn)動環(huán)境,保證諸如世界杯、奧運(yùn)會開幕式和比賽等大型體育娛樂活動的如期舉行,而且為體育場館的多功能使用提供了條件。世界上許多發(fā)達(dá)國家在新建和改建的體育場中有相當(dāng)一部分采用了開合屋蓋結(jié)構(gòu),如美國匹茲堡公民體育場(PittsburghCivicArena,1999年更名為MellonArena)(圖1)、加拿大多倫多天空穹頂(Skydome)(圖2)等。在我國建成的首個大型開合屋蓋體育場是素有“南鳥巢”之稱的江蘇省南通體育中心體育場(圖3)。體育場總建筑面積為48000m2,可容納32244名觀眾。屋蓋為球面網(wǎng)殼,移動部分是兩片月牙形的網(wǎng)殼,能夠通過鋼索的牽引沿球面屋蓋滑動。另一個比較有代表性的開合屋蓋體育建筑是上海旗忠森林體育城網(wǎng)球中心(圖4)。主場館建筑面積30649m2,可容納15000名觀眾。其屋頂?shù)拈_閉方式類似于照相機(jī)快門的開啟方式,8片屋蓋移動部分的開啟過程模仿上海市花白玉蘭的開花形態(tài)。目前,國際上已經(jīng)建成的開合屋蓋體育建筑有200多座,主要集中在歐美、日本等發(fā)達(dá)國家和地區(qū),因此他們對于開合屋蓋結(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,開合屋蓋的建筑理論研究仍處在初期階段,世界上還沒有制定任何關(guān)于這種結(jié)構(gòu)的國家或者地方的設(shè)計(jì)規(guī)范。僅有一些設(shè)計(jì)方針可以作為參考。我國開合屋蓋體育設(shè)施的建設(shè)和研究正處于起步階段,國內(nèi)目前已經(jīng)建成的一些開合屋蓋體育建筑設(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。空間構(gòu)想是在對外部和內(nèi)部條件進(jìn)行調(diào)查的基礎(chǔ)上,對建筑的空間內(nèi)容、平立剖面、流線、空間成長、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)策劃對空間和技術(shù)構(gòu)想進(jìn)行評價,進(jìn)而促進(jìn)構(gòu)想的改進(jìn)。3開元樓地板體育設(shè)計(jì)的要點(diǎn)3.1基地及控制條件在進(jìn)行開合方式的選擇時,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)雜的開合方式,尤其是開合方式或驅(qū)動裝置可能因?yàn)槟骋粋€部分的失效或損壞而導(dǎo)致整個系統(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)分在開合屋蓋的設(shè)計(jì)中,應(yīng)該對屋蓋在不同使用狀況下的開合情況加以分類。特別是當(dāng)屋蓋處于半開狀態(tài)下時,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、開合控制與管理方案都是基于使用狀況的分類而制定的。對一個多功能體育場的開合屋蓋結(jié)構(gòu)來說,屋蓋應(yīng)同時滿足場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合系統(tǒng)和適合的屋蓋方案時,應(yīng)綜合考慮風(fēng)、光、熱、聲等自然因素對于體育比賽的影響。特別是屋蓋的位置和方向、高度、開合方向等應(yīng)從氣象學(xué)角度加以考慮,例如太陽位置對設(shè)計(jì)的影響。3.4加強(qiáng)開屋場區(qū)管理在開合屋蓋體育建筑中,安全管理和屋蓋開合的控制計(jì)劃也是設(shè)計(jì)中被考慮的重要方面。首先,屋蓋的開合控制要精確、安全和平滑。其次,維修和管理應(yīng)能使開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)該能夠看到體育場地和全部觀眾席。另外,檢查屋蓋開合情況的控制室,包括監(jiān)控設(shè)施和氣象條件探測裝置也是必要設(shè)置的。4開屋蓋設(shè)計(jì)要素開合屋蓋本身是體現(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,開合屋蓋結(jié)構(gòu)的造價非常昂貴,往往數(shù)倍于普通體育場館。功能適應(yīng)性的提高是否值得付出巨額的投資代價,這是一個需要慎重思考的問題。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,并對建成之后的經(jīng)營管理方式進(jìn)行有效的預(yù)測,是提高投資效率,避免不必要浪費(fèi)的有效手段。在場地選型方面,開合屋蓋體育建筑的場地通常能夠滿足多種體育比賽項(xiàng)目的要求,一般通過座席的變化實(shí)現(xiàn)不同場地之間的轉(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、會議功能和展覽功能。在屋蓋設(shè)計(jì)方面,開合度、開合方式的選擇和開合時間的確定是影響開合屋蓋經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)的三個關(guān)鍵要素。開合度是指屋蓋開口面積在整體屋蓋面積中所占的比例。開口面積越大,空間的開敞度就越高,但移動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。開合方式可以分為平行移動式、折疊式和旋轉(zhuǎn)式等多種類型,其中平行移動方式相對簡便宜行,旋轉(zhuǎn)式次之,折疊式最為復(fù)雜。由于開合方式復(fù)雜,折疊過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采用了剛性部分在整體球面上平行滑動的開合方式,并為了減小結(jié)構(gòu)跨度在開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。開合所需的時間取決于特殊條件下開合所需要的時間及開啟管理所需要的適合的時間。根據(jù)已經(jīng)建成的一些開合屋蓋體育場的數(shù)據(jù),開啟時間除小松穹頂為10min,蒙特利爾奧林匹克體育場為45min以