《天“圆”地“方”——国家体育场与国家游泳中心》由会员分享，可在线阅读，更多相关《天“圆”地“方”——国家体育场与国家游泳中心（14页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、天天“圆圆”地地“方方”国家体育场与国国家体育场与国 家游泳中心家游泳中心电子讲义电子讲义题目：题目：天天“圆圆”地地“方方”国家体育场与国家游泳中国家体育场与国家游泳中 心心知识点知识点/ /技能要求：技能要求： 国家体育场“鸟巢”：基本概况、建筑结构、设计理念、建 筑材料特色、工程施工技术、绿色元素。 国家游泳中心“水立方”：基本概况、建筑布局、建筑钢结 构、建筑气枕结构、环保设施的运用。章节（段落）提纲：章节（段落）提纲： 一、 力与美的完美演绎力与美的完美演绎“鸟巢鸟巢”国家体育场国家体育场 1. 和谐，人性的建筑设计 2. 突现科技含量的材料运用 3. 挑战世界难题的工程施工技术 4
2、. 绿色环保的内部设施 二、二、 平地上的水精灵平地上的水精灵国家游泳中心国家游泳中心“水立方水立方” 1. 建筑布局美观而实用 2. 钢结构随意而又严密的建筑骨架 3. 气枕水元素的灵魂 4. 环保节约的绿色水立方正文：正文： 第一章第一章第一章第一章 力与美的完美演绎力与美的完美演绎“鸟巢鸟巢”国家体育场国家体育场国家体育场第 29 届奥林匹克运动会的主会场，位于北京奥林匹克公园内、北京城市中轴线北端的东侧。建筑面积 25.8 万平米，用地面积 20.4 万平米。2008 年奥运会期间，它将承担开幕式、闭幕式、田径比赛、男子足球决赛等赛事活动，能容纳观众 10 万人，其中临时坐席 2 万座
3、。由瑞士建筑师赫尔佐格、德梅隆设计的新的国家体育场位于奥林匹克建设区中心平缓的坡地上，它被构思成一个轻盈的鸟巢，高低错落的网状结构缓和了其庞大的体积，并赋予它自然生动的形象。它的外观是纯结构化的，各结构单元互相支撑并聚合成一个网状的壳体，像一个树枝编成的鸟巢。体育场的空间效果新颖而激进，却又质朴典雅，成为奥运会的一个独特的历史性标志建筑。第一节第一节第一节第一节 和谐，人性的建筑设计和谐，人性的建筑设计国家体育场的建筑方案呈现出来的整个结构是匀质的，看台的形状也是连续而均匀的环形，这使得人们的注意力集中在场内的观众和场上的赛事。看台上跃动的观众和如此匀质的建筑空间，一起激发场内运动员的最高竞技
4、状态，达到了建筑和观众、运动员的和谐。体育场的结构布局主要分为基座、钢结构主体和内部看台三部分：基座基座周边城市区域在延伸并略微上升的过程中形成了体育场的基座平台。体育场的入口坐落在平台上坡处，从这里可以浏览整个奥林匹克公园，而带坡度的平台设计可以使地基得以不受地下水的影响。国家体育场复杂的功能用房主要安排在坡起的基座平台地面之下，使进入方式更加合理，又保持了外观的清晰、纯粹和完整。同时，两块场外热身区域与这一基地融为一体，从而产生一种竞技舞台的效果。基座表面由岩石与混凝土铺成一种矿质的地表景观。石板上的图形可以被体育场中的观众所欣赏，也可以通过设在高处的摄像头呈现于荧屏上。这些图形由中国农历
5、中的十二生肖构成，不仅起到了装饰作用，还可以作为识别体育场十二个区域的标志。体育场主体体育场主体主体建筑为南北长 333 米、东西宽 280 米的椭圆型，高约 69 米，结构与外观完美地统一为一体，主体钢结构形成整体的巨型空间钢桁架，编织式“鸟巢”结构，看似杂乱无章的结构，实际上主要受力体系的主结构非常清晰合理。建筑通透的围护结构设计是非常典型地借鉴了中国南方园林中花窗的手法，使得建筑的室内室外有一种自然的流通。北方的天空多灰色，因此建筑外观的银灰色和北京的气候相协调，而透过镂空的外壁，可以看到室内红色的设施，有着强烈的官能刺激。此外，由于外壁是镂空的交织结构，整个人流交通的组织是沿着建筑的立
6、面内侧，人们可以从立面上看到活动的人群点缀于建筑的表层。图 2 “鸟巢”整体效果图幕墙和屋顶为气垫膜结构，就像鸟类用软物装填枝条间的空隙一样，体育场上层结构的空隙采用了气垫膜进行装填。建筑表面的气垫膜不仅起到防水的作用，也使顶篷上的雨水通过特殊的装置加以收集和再利用；而半透明的楼顶设计也使阳光能充分投射进来，为草坪的生长提供必要的紫外线。此外，在网状结构内部的饭店、套房、商店和休息间的相应位置的立面上，装填了气垫膜，保证立面效果的整体感。这种填装气垫的作法允许自然通风，构成体育场可持续发展设计理念中至关重要的一个部分。内部看台内部看台体育场看台为混凝土结构，两部分在结构体系上脱开。没有任何构筑
7、物遮挡的碗形看台共分为上下三层，鸟巢的看台外观设计得像只大碗，是环抱着赛场的收拢结构，上下层之间部分交错，使得观众不论坐在哪里，都和比赛场地中心点之间的视线距离一致，它还运用流体力学设计，模拟出 91000个人同时观赛的自然通风状况，让所有观众都能享有同样的自然光和自然通风，听到同样清晰的场内广播。尤为突出的是，极其科学且人性化地为残障人设计了 200 个轮椅位置，高度略比普通席提升。建筑结构上的巧妙设计，使得“鸟巢”在外观与实用性上都趋于完美，也使它成为了近年来世界建筑设计史上的经典之作。第二节第二节第二节第二节 突显科技含量的材料运用突显科技含量的材料运用鸟巢的设计方案之所以在国际上多家投
8、标方案中胜出与其对材料的巧妙运用是分不开的，在实际建设过程中，材料中的高科技含量保证了体育场的使用效能。下面介绍的在鸟巢建设中使用的材料绝大多数在国内都是首次使用，在国际上也处于领先地位。钢结构材料钢结构材料纵观国家体育场，钢结构是体育场的主体，钢结构施工所占比重相当大，钢结构最大跨度达 343 米。如果使用普通钢材，厚度至少要达到 220 毫米。这样，整个工程的钢材重量将超过 8 万吨，同时钢板太厚，焊接起来会非常困难，因此在设计中采用了高强度的 Q460 钢材，使得整个工程用钢量仅 4.5 万吨，而钢材料的选用直接影响到体育场骨架的牢固性和使用寿命。Q460 是一种低合金高强度钢，低合金钢
9、是指在钢中加入少量合金元素，由于合金元素的强化作用，低合金结构钢的屈服点比普通碳素钢高 25-150%，同时具有良好的塑性韧性和焊接性能，有的还具有耐腐蚀、耐低温等特性。在这里“Q”代表钢材的强度， “460”代表 460 兆帕（兆是 10 的 6 次方，帕是压强单位帕斯卡） 。它在受力强度达到 460 兆帕时才会发生塑性变形，也就是在小小的一平方米中最多可以承受接近五艘万吨巨轮的重量。这个强度要比一般钢材大。而这次“鸟巢”使用“Q460”厚达 110 毫米，是因为在设计时主要考虑到强度比较低的钢材延伸率高，能像弹簧一样在受到强大外力比如地震时，通过变形吸收地震的能量、防止断裂，更有利于提高抗
10、震性能。护膜护膜鸟巢灰色矿质般钢网以透明的 ETFE 透明箔片膜覆盖，同时构架结构之间的充气膜也采用 ETFE 薄膜材料，而由于“鸟巢”方案使用的 ETFE 膜材是半透明的，光线是漫反射的效果，在场内的光线柔和，而非直射带光影的，因此解决了体育建筑中强烈光影带来的麻烦。同时这种材料不阻挡紫外线等光的透射，可以保证建筑内部自然光线，也可以解决场内草坪的维护问题。另外，制成的屋面和墙体质量轻，只有同等大小的玻璃质量的 1%；韧性好、抗拉强度高、不易被撕裂；耐候性和耐化学腐蚀性强，熔融温度高达 200，并且不会自燃，可以加工成任何尺寸和形状，可满足大跨度要求，节省了中间支撑结构，可以设计出简洁高雅的
11、结构，其特有抗粘着表面使其具有高抗污，易清洗的特点。通常雨水即可清除主要污垢。鸟巢钢构架结构之间的填充使用的就是 ETFE 充气膜，它可以通过控制充气量的多少，对遮光度和透光性进行调节，有效地利用自然光，节省能源。ETFE 薄膜材料是近年来国际上最先进的建筑材料之一，为现代建筑幕墙和屋顶提供了一个崭新的面材。近年来，由 ETFE 制成的膜材料替代传统的玻璃和其它高分子采光板用于大型建筑物的屋面或墙体，显示出无可比拟的优势。ETFE 的化学名为乙烯-四氟乙烯共聚物，是一种含氟高分子热塑型材料，机械强度高；低摩擦、耐热性、耐燃性好，ETFE 膜材的厚度通常小于 0.20mm，是一种半透明膜材，一般
12、传统的体育场有非常强烈的光影，对转播和比赛有一定的负面影响，ETFE 膜使用寿命至少为 2535 年，是用于永久性多层可移动屋顶结构的理想材料。不仅如此，这种膜还具有良好的声学性能，可有效消除回声避免了玻璃层顶产生的噪音。防腐涂料防腐涂料作为目前世界最大的单体钢结构工程， “鸟巢”将使用中国国产涂料“振邦”氟碳漆， “ 鸟巢 ” 的涂料涂敷过程需要刷 6 层防腐涂料，这是国内建筑钢结构加注防腐涂料程序最多的一次。在原产地作为钢结构的钢制品就要刷上环氧防腐底漆和封闭漆，分别为黄色和红色，这是头 2 道防腐面具。然后将把所有的钢制品集中到工地，涂上中间漆和氟炭色漆，这是第 3 道和第 4 道工序。
13、从第 4 道开始，涂料的颜色就变成灰色。之后开始钢结构的上架和组装，依次上“面漆”和“罩面漆” 。 这种涂料能保证钢结构主体 25 年防腐不变。特种水泥特种水泥如果说钢结构是鸟巢的骨架，那么水泥就是鸟巢肉体了。在工程建设过程中，六九特种水泥在国内 20 多个产品当中脱颖而出，成为“鸟巢”工程建设的基础材料之一。由六九水泥作为基材的气泡混合轻质土，具备轻质、高强、保温、防水、隔音等多种特性，容重仅为 0.5，只相当于水密度的 1/2，这种先进工艺在国内大规模应用尚属首次。“巧妇难为无米之炊” ，有了高质量，高性能的建筑材料作支撑，国家体育场的建设才有了质的保证。通过国内大量技术人员与专家学者的努
14、力，这些具有高科技含量的建筑材料基本上实现了国产化。 第三节第三节第三节第三节 挑战世界难题的工程施工技术挑战世界难题的工程施工技术“鸟巢”方案被专家们认为“在世界建筑设计史上具有开创性的意义” ，但是要将这个世界上独一无二的设计方案变成具体的建设施工方案，专家认为，它将面临三个世界难题。第一大难题是鸟巢的钢结构。为了营造“鸟巢”方案中“巢”的感觉，它的架构将由钢筋铁骨来打造。预计整个工程需要钢材 5 万吨左右。平均钢梁长将在 50 到 180 米之间，其中最长的一根钢长达 300 米，达到世界之最。鸟巢的钢结构目前在世界上类似这种形状的钢结构还是没有的。由于构件体形大、重量重，形状很不规则，
15、重心很难掌握，所以钢结构吊装难度大。钢结构安装精度控制，钢结构焊接难度大。第二个问题是开启屋顶，国家体育场是具有 10 万人坐席的开启屋顶体育场，在世界上目前是没有的。开启屋顶需要解决开启屋面和钢结构之间衔接的技术问题。第三个难题是钢结构外面维护的膜，将采用一种新型的 ETFT 膜材，在这么大的工程中采用这种产品目前在世界上也是没有的。在施工中关键是要解决这个膜本身的强度与钢结构之间衔接的问题。在国内专家学者的努力下，针对鸟巢施工过程中一系列世界难题的科技攻关取得喜人成果，一系列具有自主知识产权的成果填补了多项国家空白：对于 Q460E 特殊高强材质钢结构焊接和 130 毫米厚的铸钢件厚板焊接
16、，工业安装公司和项目部经过 3 个月共 29 次焊接工艺评定试验，在现场首次采用了CO2气体保护焊。CO2气体保护焊是一种先进的焊接方法，由于 CO2气体的防氧化功能，它具有焊接质量好、效率高、成本低等一系列优点。这种技术的应用大大提高了鸟巢钢结构施工的工效。由于钢构件形状特殊，曲线形杆件、体育场屋顶马鞍状曲面无法用简单方法定位，每根钢杆件截面尺寸和断面形式也逐渐变化，并且局部扭曲，加工安装、测控定位难度大。因此对桁架柱的吊装吸取以往大型场馆和会展中心的安装经验，采用双机抬吊和空中翻身、单机旋转就位技术，确保吊装过程的稳定。工程中首次采用的 “矩形钢管混凝土泵送顶升施工工艺”技术，经专家鉴定达到了国内先进、国际领先水平
