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奥运摔跤馆内敛精巧落校园

作者：建筑中国建筑金属结构信息网网    
时间：2009-12-23 10:00:23 [收藏]

    坐落在中国农业大学校园内的奥运摔跤馆即将完工，体育馆外形别出心裁地采用了框架组合设计，使其自然地融入校园环境，但其中的能耗及中国建筑金属结构信息网等问题，又给设计者提出了不少难题，今天我们请总设计师和总工程师为大家解读其中的奥妙。

    走进中国农业大学东校区大门，向东北方走去，穿过校园中的林阴道，一座泛着金属光泽、造型新颖的巨大体育馆便赫然眼前。这就是2008年奥运会摔跤比赛的场馆―――中国农业大学体育馆。

    　　作为这座场馆设计团队的领军人物，华南理工大学建筑设计研究院院长、中国工程院院士何镜堂教授对这件作品非常满意，因为从中标到最后实施，设计方案从没有被改动过，这在建筑设计中非常少见。他认为，同校园环境相协调、造型简单新颖、便于改造满足赛后利用要求，是这个场馆的主要特点。对此，农大体育馆的另一位总设计师、华南理工大学建筑设计研究院副院长孙一民教授进行了深入细致的介绍。

    　　气质内敛的体育馆

    　　谈到大型体育场馆时，人们首先想到的往往是新颖的造型、完善的内部功能等等，但却很容易忽视场馆同周边环境是否协调的问题。在这一点上，农大体育馆的设计师们考虑得很充分，他们根据场馆周边的建筑和自然环境，把农大体育馆设计成了一个“谦让”的体育馆，“谦让”首先表现在场馆的体量上。

    　　农大体育馆虽是个奥运场馆，但同时它还是一个高校体育馆。农大校园狭窄，用地比较紧张，所以场馆的体量也应当相对较小，于是场馆的用地、体形、体量设计得都比较集中。这样在校园环境中，人们看过去不会给人以压迫感，又与周边环境很协调。

    　　孙一民说，当初参与竞标的几家单位的设计方案，对与校园环境协调考虑得较少，都是按照社会体育馆方式设计的，风格很张扬，给人以突兀之感，而这种谦让的设计风格则是它在竞标中取胜的重要因素。

    　　在减小体量、集中用地的同时，为了和环境更加融洽，设计师们还调整了主馆和副馆的位置。一般来讲，体量小的副馆放在南面比较合适，因为这样在满足副馆采光的同时不会影响主馆采光，但由于体育馆北面有两栋高层建筑，如果体量大的主馆放在北面，加上两栋高大的建筑，整个格局就显得非常局促。于是设计师们把副馆放在了北面，解决了格局局促的问题。

    　　站在即将完工的农大体育馆面前，记者看到，它东面是操场，西面和南面是教学和办公楼，在它们之间是宽阔的道路和绿化带，格局自然舒适。在百年农大的校园中，充满历史感的建筑和散发着现代气息的体育馆和谐地融为一体，设计师的理念获得了很好的实现。

    　　普通布料做出漂亮衣服

    　　设计“谦让”的农大体育馆，外形非常吸引人的眼球。一层层的框架组合，给人以强烈的层次感，内敛而不失大体。屋顶的斜向脊线让整个建筑充满活力。如此新颖的造型，结构却非常简单。农大体育馆采用了工厂厂房常见的“门式框架结构”，使整体框架看上去就像一扇大门。不过厂房一般都采用相同规格的门式框架组成，而农大体育馆则是用了不同规格的门式框架搭建起来的。

    　　孙一民说，门式框架这样设计在我国还是第一次。这些形式固定，但高低、大小不同的门式框架组合起来，便形成了一种全新的形式。对这种传统结构的创新应用，一位设计师做了一个很形象的比喻：“这就像一块普通的布料，通过精心裁剪，照样可以做出非常漂亮的衣服。”

    　　农大体育馆的每一榀门式框架都有一个脊，而且每一榀框架的脊的位置都是错开的。这些错位的脊连接起来，最后在体育馆的屋顶组成了一个“Z”字形的屋脊。这条“Z”字形屋脊除了让体育馆更有力感外，看上去，就好像两个摔跤的人正在角力，不经意间，便呼应了奥运摔跤馆的主题。

    　　采用技术成熟的门式框架结构作为结构形式，还可以使施工难度大大降低，让工程质量获得更高保证。而且，利用框架大小和高低差制造出来的天窗和侧窗，为赛后使用降低能耗打下了基础。

    　　天然采光节能降耗

    　　体育场馆都是耗能大户，对此，孙一民深有感触。他说，在上世纪七八十年代，我们国家的体育馆没有天然采光，所有体育馆大部分时间都不开灯，里面伸手不见五指，照明完全依靠灯光提供，耗能巨大。

    　　现在，农大体育馆的天窗使室内采光效果非常好，赛后学校使用场馆进行教学活动时，白天不用开灯，可完全依靠自然光满足使用。孙一民强调说，天然采光的想法一直是他们所坚持的，由于一直坚持天然采光的理念，才引出了天窗采光的建筑形式。

    　　天窗的设计除了可以采光，还能够增强室内对流通风，有效降低温度，减少空调使用。但自然通风毕竟不能完全替代空调的作用，好在设计师想出了其他办法减少空调耗能。

    　　由于农大体育馆设有8000个座席，如果只设置一套空调系统的话，满足奥运会的需求没有问题。但在赛后学校的长期使用中，观众数量很少能达到8000人，届时开动满足8000人需要的空调，无疑会造成巨大浪费。

    　　为此，设计师们在体育馆上下两个区域，分别设置了2套空调系统，如果观众人数不多，就只开下面的空调；如果观众几乎满员，则两套系统同时开，有效避免能源浪费。

    　　为了让场馆设计更加合理，有效节能，设计师们还使用了CFD技术辅助设计。CFD是“计算流体力学”的英文缩写，它使用计算机软件模拟分析建筑中的温度、风速等条件。设计师们根据初步设定的屋顶高度、座席数量、出入口和通风口的数量和分布情况等条件，在计算机中建立了场馆模型，从模型中可以直观地看到风速、温度等情况，分析人员会将结果反馈给设计者，如果与设计目标有差异，设计者就会调整设计方案，达到目标要求。

    　　灵活设计方便赛后利用

    　　正如孙一民开始所说的，农大体育馆是一座奥运场馆，同时也是一座高校体育馆，在完成了奥运比赛任务后，还面临着长期的赛后利用问题。设计者充分考虑到了这点，为它的赛后改造埋好了伏笔。

    　　具有赛事管理功能的副馆，在赛后一般是没用的，所以奥运大纲要求，功能用房尽量使用临时建筑。但是校方希望赛后能够在功能用房的位置建一个新的游泳馆。对此，设计者的做法是将赛事的功能用房在赛后转化成游泳馆。现在，游泳馆的泳池已经挖好，泳池将填上土，用轻质隔墙隔开房间就能供赛时使用了。在赛后，这些隔墙将被拆除，挖出游泳池中的填土，将其改造成为游泳馆。出于长久使用的考虑，游泳馆将使用抗腐蚀能力强的混凝土结构，以便很好应对游泳馆内的空气湿度、氯气、消毒液等物质的腐蚀。

    　　赛后，原来的运动员用房也将改造为一个可以容纳3个篮球场的热身馆。这是因为，如果能够满足篮球项目的热身需要，其他如排球、羽毛球等项目的热身需求，也就全部满足了。并且，农大体育馆的主场地是按照40×70米的规格来做的，这种规模的场地甚至可以满足室内的5人制足球比赛需要，使场馆的适应面大大增加。

    　　 总工程师:精确计算解决中国建筑金属结构信息网安装难题

    中国农业大学体育馆由于在设计中基本采用了成熟技术，所以场馆施工的进展一直有条不紊，马上就要竣工交付使用。但这并不意味着整个过程一帆风顺。

    　　中国农业大学体育馆总工程师高建文坦言，中国农业大学体育馆的中国建筑金属结构信息网跨度较大，达到78米，由11榀桁架组成。桁架先在地面拼装，整体就位后再进行分段吊装、空中组对，然后进行高空焊接。在吊装过程中，中国建筑金属结构信息网桁架的挠度控制是施工过程中的主要技术难点。而应对这个难题，精确的计算发挥了重要作用。

    　　挠度，简单说就是下垂问题。举个例子，假如我们用手托起一张纸，会发现纸的两侧自然下垂，这种现象就是下挠。同样，由于钢桁架本身是一个偏于弹性的东西，当被吊到高空之后，也会有下挠现象发生，这种变形对施工控制精度提出了很高要求。

    　　对此，工程建设者们的做法是“预起拱”，也就是在吊装前给钢桁架施加一个反向的力，使其与下垂的力量相抵消。首先，他们通过严格计算，算出在吊装过程中，钢桁架将要下垂的合理数值。然后，在钢桁架加工焊接时，使原本是“直”的杆件向上翘起，翘起的这个数值同先前计算出的下垂数值一样。这样，在吊装过程中，利用钢桁架本身下垂的特性，使原本翘起的部分逐渐恢复到正常状态，从而达到使用要求。

    　　“预起拱”的方法解决了钢桁架吊装过程中的下垂问题，但这并不意味着万事大吉。除此之外，对于中国建筑金属结构信息网支撑点分布的计算是安装中的另一个重要工作。在安装中国建筑金属结构信息网时，整个场馆内全部搭满了脚手架为中国建筑金属结构信息网提供支撑。据介绍，中国农业大学体育馆的中国建筑金属结构信息网只有500多吨，但脚手架的重量就达到了1000吨。但是，既然起支撑作用的脚手架搭满整个场馆，为何还要专门计算支撑点的分布？高建文介绍说，脚手架呈网格状，中间有很多空隙。所以脚手架和中国建筑金属结构信息网的接触并非面对面，而是点对面，因此这些点必须要确定好。对点的位置计算是通过计算机进行的，经过计算之后的准确点位，就可以为中国建筑金属结构信息网提供准确而有力的支撑。

    　　很多人都看过国家体育场“鸟巢”中国建筑金属结构信息网在完工后的整体卸载实况，而中国农业大学体育馆中国建筑金属结构信息网采取的却是一边安装、一边卸载。卸载方式是，第一次卸载钢桁架有4榀，卸载时，第一榀降5公分，第二榀降2.5公分，后面两榀不降。第二次卸载时，钢桁架数量也是4榀，但原先的第三榀钢桁架这次成了第一榀，其他3榀依次向后顺延，并按照上次的幅度进行卸载。这样不断地依次卸载，最后完成全部中国建筑金属结构信息网的卸载。对为什么每次都是降前两榀桁架而后两榀不降的问题，高建文解释说，每榀桁架之间都是由焊死的横杆连接，如果将刚性的横杆全部都降掉，很容易使横杆的焊缝产生变形。而逐步卸载，却能让连接的横杆逐步适应这个力。而且这种分段安装、分段卸载的施工方式可以提高效率，有效节省工期。


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