國內(nèi)外的PTFE膜材建筑
日期:2020-06-19
2010-2019 | 10年磨一劍
歷時10年,超過60位主要設(shè)計師和業(yè)主,
無數(shù)輪方案優(yōu)化,
22次重大評審會議,15次專家會議,
超過3800位建設(shè)者,
82次現(xiàn)場調(diào)試,7次高難度吊裝。
十年磨一劍,從立項到仍在進行的改造升級,
歷經(jīng)艱辛,棗莊體育場項目終于不負所有人的努力,
收獲了許多引以為傲的榮譽:
中國建筑工程魯班獎 2018~2019年度
中國地產(chǎn)設(shè)計大獎 銀獎 2018年度
中國鋼結(jié)構(gòu)協(xié)會第十一屆空間結(jié)構(gòu)設(shè)計金獎
第十二屆中國鋼結(jié)構(gòu)金獎
山東省優(yōu)秀建筑設(shè)計一等獎 2018年度
山東省建設(shè)工程優(yōu)質(zhì)結(jié)構(gòu)杯獎 2016年度
二星級綠色建筑設(shè)計 2016年度
發(fā)明專利2項, 實用新型專利10項
省級工法8項,其他獎5項
日前,全球知名專業(yè)體育場數(shù)據(jù)網(wǎng)站StadiumDB
發(fā)起的2018 年度全球最佳球場評選結(jié)果揭曉,
通過“價值、功能、創(chuàng)新”三個維度的綜合評比,
山東省棗莊體育場位居第四名。
當棗莊體育場建成并對公眾開放時,
這座城市收獲了
一座世界級的體育活動中心。
“棗莊體育場是目前國內(nèi)最大的平面橢圓形、空間馬鞍形索桁結(jié)構(gòu)之一,項目榮獲魯班獎和中國鋼結(jié)構(gòu)金獎。該工程應(yīng)用大型弧形鋼結(jié)構(gòu)和大跨度索膜結(jié)構(gòu),這是繼鳥巢、水立方之后,對該技術(shù)的又一大規(guī)模使用和探索。屋面采用大跨度車輻式索膜結(jié)構(gòu)體系,索系由320根索組成,單根索最長達240米。現(xiàn)場采用地面組裝后一次整體提升到位的施工方法,施工難度極大。外圍護采用鏤空弧形拉花鋼結(jié)構(gòu),立面與地面水平夾角呈80°。406個雙曲面彎扭構(gòu)件上下彎曲且左右扭轉(zhuǎn),縱橫交叉、十分復(fù)雜?!?nbsp;
自然 · 靈動 | 公園里的體育場
棗莊市體育場項目信息:
等級:建筑設(shè)計等級為一級,定位為國家體育建筑乙級標準
規(guī)模:中型體育場
建筑面積:85470平方米(其中配套約13266平方米,地下建筑面積14778平方米)
觀眾席:31284座(其中普通觀眾席31021座,貴賓席263座,無障礙62座,陪護席62座)
層數(shù):四層
建筑高度:(建筑最高點)為40.23米
| 總圖 · 概念生成
棗莊市民中心項目選址位于山東省棗莊市薛城區(qū)和諧路以東,多少江路以南,民生路以西,長江路以北。項目分為兩期,一期工程為文化中心,包括大劇院、規(guī)劃館、圖書館、博物館等文化建筑;二期工程為體育中心,包括體育場一座,體育館一座,游泳館一座,以及與體育中心配套的停車場、全民健身廣場、公園綠地等服務(wù)設(shè)施和配套設(shè)施。
最初的概念來自棗莊市“江北水鄉(xiāng)”,“運河古城”的城市形象定位,以蜿蜒的曲線象征運河水系,以環(huán)繞的道路,婉轉(zhuǎn)的水體組織整個文化體育公園。流動的曲線圍合出不同功能的空間,使建筑與景觀宛若天成。
自然彎曲的曲線是景觀和建筑的主題,看上去天然生動,其實草木間無不是精心設(shè)計的痕跡。作為人工環(huán)境,體育公園將地形、建筑、植物、路徑不加區(qū)分地編織在一起,渾然一體。
| 功能 · 混合開放
市民中心項目以南北對稱的方式布局,與北側(cè)市政廣場、鳳鳴湖等共同形成新城南北軸線。體育場則處于新城軸線的最南端,是中軸線上的“壓軸”建筑。這條軸線,聯(lián)系了體育場館、中心廣場及主要城市空間,形成基地與城市空間的呼應(yīng);斜向的軸線不僅僅是視線通廊,也與城市主要生活區(qū)聯(lián)系,形成與周邊居民日常活動的緊密結(jié)合。
周圍的綠化及廣場構(gòu)成自然體育公園。設(shè)計注重把體育場館舉辦活動,比賽這樣事件性的功能與日常型空間結(jié)合起來。體育公園完全對市民開放,功能的混合布局使得文化公園的每個角落充滿了活力。
文脈 · 象征 | 匠心獨運的設(shè)計
| 慶祝 · 中國燈籠
體育場可以說是一種聚集、慶祝的空間。最初體育、體育賽事的初衷也是對生命,對人類力量與美好的一種禮贊,慶祝。棗莊體育場的造型概念之一來源于“燈籠”,這個被中國人賦予了慶祝,禮儀,贊美意向的傳統(tǒng)物件。
整個體育場如同一個中國傳統(tǒng)的紙燈籠,不同曲度的波浪線形的結(jié)構(gòu),圍合形成整體立面造型。這些波浪線從紙燈籠上的拉花紋理抽象而成。屋面同樣延續(xù)波浪形拉花的設(shè)計。
屋面結(jié)構(gòu)采用整體張拉索膜輕型結(jié)構(gòu),看臺遮蓋部分采用白色PTFE膜材,營造出一個輕盈典雅,半透明的屋頂造型,加上拉花立面的通透性,整個體育場顯得極其輕盈,通透。遠遠看去,體育場半掩在高低錯落的景觀中,白色屋面若隱若現(xiàn),如同漂浮于綠茵之中。
在體育場內(nèi)透過建筑看公園或城市,波浪形的維護結(jié)構(gòu)提供了一個戲劇性印象深刻的體驗。連接了體育場內(nèi)外視線和聲響,讓建筑與環(huán)境、城市有更好的互動。紅色涂料和鋁合金材料與白色外層表皮形成鮮明的對比,增強了建筑富于動感活力的特征
結(jié)構(gòu) · 構(gòu)造 | 合理性 先進性 經(jīng)濟性
棗莊體育場采用的創(chuàng)新技術(shù)主要包括:輪輻式馬鞍形整體張拉索結(jié)構(gòu)設(shè)計、自鎖式抗滑移索夾設(shè)計、超長混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計、預(yù)制清水混凝土看臺設(shè)計等。其中,輪輻式整體張拉結(jié)構(gòu),以其合理的受力特性和極高的結(jié)構(gòu)效率,使建筑中的“力與美”達到了高度統(tǒng)一,體現(xiàn)了當代先進建筑技術(shù)和施工水平。
| 型式 · 結(jié)構(gòu)形式的確定和優(yōu)化
中國高速發(fā)展 40 年,各地形態(tài)豐富的體育建筑層出不窮,但大多為剛性結(jié)構(gòu),建筑材料大多采用鋼材。傳統(tǒng)鋼結(jié)構(gòu)表現(xiàn)力有限,較大的自重給下部支承結(jié)構(gòu)造成負擔,尤其是水平推力對基礎(chǔ)安全影響較大。
基于此,體育場最初的方案是:屋頂結(jié)構(gòu)采用自平衡的張拉結(jié)構(gòu)體系(Ring cable roof structure),外圍拉花結(jié)構(gòu)則采用預(yù)應(yīng)力預(yù)制混凝土+裝配式節(jié)點(PPC)。區(qū)別于國內(nèi)已經(jīng)建成的佛山世紀蓮、深圳寶安體育場的徑向肋環(huán)形全張拉結(jié)構(gòu),本項目采用切線布置徑向索桁架,賦予屋頂動感韻律。體育場由看臺、屋蓋罩棚和周圈鋼外罩組成。其中,看臺采用混凝土框架—剪力墻結(jié)構(gòu)體系,看臺板為預(yù)制清水混凝土看臺板;屋蓋罩棚為整體張拉索膜結(jié)構(gòu);周圈鋼外罩為箱形截面空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)。屋蓋罩棚通過鋼斜柱支撐在混凝土看臺結(jié)構(gòu)上;周圈鋼外罩為獨立結(jié)構(gòu),頂部與屋蓋罩棚柔性連接。2013 年4 月25 日在濟南舉行了棗莊體育場擴初評審會,與會專家提出若干很有價值的建議。主要集中在屋蓋結(jié)構(gòu)與拉花結(jié)構(gòu)的關(guān)系,以及拉花結(jié)構(gòu)材料和屋蓋覆蓋材料等環(huán)節(jié)。
1. 屋蓋結(jié)構(gòu)不要直接支承于拉花結(jié)構(gòu),在混凝土看臺上起斜柱,并在頂圈設(shè)置V 形支撐,保證屋蓋體系的穩(wěn)定性;
2. 預(yù)應(yīng)力預(yù)制混凝土結(jié)構(gòu)(PPC)改為鋼結(jié)構(gòu),并調(diào)整鋼箱梁截面尺寸,以節(jié)約鋼材;
3. 屋蓋覆蓋材料由透光性更好的陽光板改為張拉膜結(jié)構(gòu)。增加獨立斜柱和V 型支撐后,雖經(jīng)過反復(fù)優(yōu)化截面尺度和傾斜角度,但室內(nèi)空間終不如原來開敞、干凈。拉花結(jié)構(gòu)變?yōu)殇摻Y(jié)構(gòu)后,為避免箱形截面的四塊板扭曲,拉花曲面重新調(diào)整,但仍有扭曲板件存在,給鋼結(jié)構(gòu)制作帶來一定困難。而且拉花結(jié)構(gòu)從原方案屋頂?shù)闹С薪Y(jié)構(gòu)功能遺憾退化為裝飾結(jié)構(gòu)功能。為優(yōu)化用鋼量又不得不減小拉花截面尺寸,原來的尺度沖擊力被削弱。但建筑、結(jié)構(gòu)設(shè)計師們?nèi)栽谙拗茥l件下精心推敲、比較以達到最佳的效果。
| 創(chuàng)新 · 結(jié)構(gòu)體系
屋蓋結(jié)構(gòu)體系創(chuàng)新
屋蓋結(jié)構(gòu)采用輪輻式馬鞍形整體張拉結(jié)構(gòu)體系,該結(jié)構(gòu)通過對傳統(tǒng)的輪輻式索桁結(jié)構(gòu)體系進行改進,從而形成全新的整體張拉結(jié)構(gòu)體系。屋蓋結(jié)構(gòu)模型示意圖如下。
1. 內(nèi)環(huán)斜拉索布置在內(nèi)環(huán)上、下索及飛柱之間設(shè)置斜拉索,通過控制斜拉索的長度和預(yù)應(yīng)力分布以實現(xiàn)屋面馬鞍造型。這樣,一方面,實現(xiàn)了建筑馬鞍造型和結(jié)構(gòu)布置的統(tǒng)一,提高了整體建筑設(shè)計的合理性;另一方面,通過設(shè)置內(nèi)環(huán)斜拉索,提高了內(nèi)環(huán)和整體結(jié)構(gòu)的抗扭剛度和整體穩(wěn)定性。
2. 上徑向交叉索網(wǎng)布置為實現(xiàn)建筑膜屋面造型的靈活多樣性,以及提高結(jié)構(gòu)在不均勻荷載下的受力性能和穩(wěn)定性,將上部徑向索布置為雙向交叉索網(wǎng)形式。通過上徑向交叉索網(wǎng)布置,一是提高了結(jié)構(gòu)的整體剛度和受力性能;其次,實現(xiàn)了建筑造型的多樣化,美化了建筑內(nèi)部效果;再者,結(jié)構(gòu)布置和建筑造型達到一致,減少次結(jié)構(gòu)的布置,提高了整體結(jié)構(gòu)的合理性。
節(jié)點創(chuàng)新——自鎖式抗滑移索夾
1 . 自鎖式抗滑移索夾的性能通過計算分析和節(jié)點試驗證明,自鎖式抗滑移索夾的抗滑移極限承載力達到800kN以上,滑移量小于0.1mm。
2. 節(jié)點的創(chuàng)新性和先進性通過采用自鎖式抗滑移索夾,提高了結(jié)構(gòu)的受力性能,并為實現(xiàn)屋蓋結(jié)構(gòu)的馬鞍造型提供重要的支撐作用,因此,取得了良好的綜合效益。該索夾的設(shè)計已取得發(fā)明型專利,索夾結(jié)構(gòu)模型示意圖如下。
超長混凝土看臺結(jié)構(gòu)設(shè)計
看臺平面呈橢圓環(huán)形,長、短軸尺寸分別為241.6米、223.2米,外圈周長達到737米。根據(jù)建筑布置、屋蓋罩棚與看臺結(jié)構(gòu)相互作用的特點等因素,看臺結(jié)構(gòu)不設(shè)置永久變形縫。通過在設(shè)計和施工方面采取全面、充分的措施,以保證結(jié)構(gòu)達到承載力和正常使用要求。主要的設(shè)計措施包括如下內(nèi)容:
1. 計算措施主要有地下結(jié)構(gòu)溫度場模擬、基礎(chǔ)剛度模擬、混凝土收縮當量溫差計算、混凝土徐變引起的應(yīng)力松弛分析、混凝土剛度折減計算以及結(jié)構(gòu)模型的仿真計算分析等;
2. 構(gòu)造措施主要包括設(shè)置減弱基礎(chǔ)剛度的墊層、地下室外墻凹槽式引導縫、地下室外墻和地下室頂板折板構(gòu)造、樓層雙梁式引導縫、施工后澆帶等。
施工 · 運用 | 技術(shù)創(chuàng)新 新技術(shù)運用
| 創(chuàng)新 · 施工技術(shù)
施工創(chuàng)新技術(shù)主要包括彎扭壁板的加工檢測技術(shù)、拉花鋼結(jié)構(gòu)網(wǎng)狀X節(jié)點組裝技術(shù)、網(wǎng)狀X節(jié)點構(gòu)件空間扭曲度加工技術(shù)、梭形構(gòu)件加工技術(shù)、筒體焊接防裂縫技術(shù)、鋼環(huán)梁構(gòu)件組拼一體化加工技術(shù)、拼裝胎架的設(shè)計和施工技術(shù)、彎扭構(gòu)件組裝焊接后的檢測技術(shù)、拉花鋼結(jié)構(gòu)安裝臨時支撐技術(shù)、弧形拉花鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件定位測量技術(shù)、PTFE索膜結(jié)構(gòu)張拉固定技術(shù)、大跨度索結(jié)構(gòu)整體張拉提升技術(shù)等。
| 創(chuàng)新 · 新技術(shù)應(yīng)用與效果
本工程通過采用一系列設(shè)計、施工、管理創(chuàng)新性技術(shù)和新理論為項目的成功實施提供了有力的技術(shù)支撐。研究成果與新技術(shù)解決了本工程一系列技術(shù)難題,降低了建造難度、提高了工效,確保了工程質(zhì)量與工期,取得了良好的經(jīng)濟和社會效益。新技術(shù)應(yīng)用與效果具體如下:
1. 通過新技術(shù)應(yīng)用與創(chuàng)新,獲授權(quán)發(fā)明型專利2項,實用新型專利10項,科技查新3項;
2. 通過技術(shù)研究和創(chuàng)新,《復(fù)雜菱形格構(gòu)式鋼結(jié)構(gòu)及車輻式索膜結(jié)構(gòu)制作與安裝技術(shù)》經(jīng)科技鑒定達到國際領(lǐng)先水平;《弧形拉花鋼結(jié)構(gòu)加工與安裝技術(shù)》 和《PTFE索膜結(jié)構(gòu)安裝張拉技術(shù)》2項技術(shù)經(jīng)科技鑒定達到國內(nèi)領(lǐng)先水平;
3. 研制出看臺板兩端可調(diào)堵頭,可實現(xiàn)同一型號多塊板,通過改制模具的方式進行模具的重復(fù)利用,以降低模具制作成本。本工程預(yù)制看臺板有2195塊,型號多達375種,但只用26套鋼制模具即可滿足生產(chǎn)需要。
十年磨一劍,棗莊體育場歷經(jīng)艱辛,終于不負所有人的努力,為城市添上精彩的一筆,為人們提供一個優(yōu)美獨特的建筑藝術(shù)作品。感謝那些艱苦卓絕,不負此生的日子,感謝為本工程殫精竭慮付出的設(shè)計團隊、施工團隊,更要感謝業(yè)主的大力支持,沒有他們的堅持,不會有如此贏得世界級聲譽的優(yōu)秀項目誕生。