建筑和結(jié)構(gòu)的完美結(jié)合：鳥巢、水立方

發(fā)布日期：2014年05月26日瀏覽次數(shù)：808

以鋼材制作為主的桁架結(jié)構(gòu)，是主要的建筑結(jié)構(gòu)類型之一。桁架鋼材結(jié)構(gòu)的特點是強度高、自重輕、剛度大，故用于建造大跨度和超高、超重型的建筑物特別適宜；材料勻質(zhì)性和各向同性好，屬理想彈性體，最符合一般工程力學(xué)的基本假定；

鋼結(jié)構(gòu)

以鋼材制作為主的桁架結(jié)構(gòu)，是主要的建筑結(jié)構(gòu)類型之一。桁架鋼材結(jié)構(gòu)的特點是強度高、自重輕、剛度大，故用于建造大跨度和超高、超重型的建筑物特別適宜；材料勻質(zhì)性和各向同性好，屬理想彈性體，最符合一般工程力學(xué)的基本假定；材料塑性、韌性好，可有較大變形，能很好地承受動力荷載；建筑工期短；其工業(yè)化程度高，可進(jìn)行機械化程度高的專業(yè)化生產(chǎn)；加工精度高、效率高、密閉性好，故可用于建造氣罐、油罐和變壓器等。其缺點是耐火性和耐腐性較差。主要用于重型車間的承重骨架、受重力荷載作用的廠房結(jié)構(gòu)、板殼結(jié)構(gòu)、高聳電視塔和桅桿結(jié)構(gòu)、橋梁和庫等大跨結(jié)構(gòu)、高層和超高層建筑等。鋼結(jié)構(gòu)今后應(yīng)研究高強度鋼材，大大提高其屈服點強度；此外要軋制新品種的型鋼，例如H型鋼（又稱寬翼緣型鋼）和T形鋼以及壓型鋼板等以適應(yīng)大跨度結(jié)構(gòu)和超高層建筑的需要。鋼結(jié)構(gòu)又分輕鋼和重鋼。

膜結(jié)構(gòu)

索膜結(jié)構(gòu)是用高強度柔性薄膜材料經(jīng)受其它材料的拉壓作用而形成的穩(wěn)定曲面，能承受一定外荷載的空間結(jié)構(gòu)形式。其造型自由、輕巧、柔美，充滿力量感，阻燃、制作簡易、安裝快捷、節(jié)能、易于、使用安全等優(yōu)點，因而使它在世界各地受到廣泛應(yīng)用。

“鳥巢”和“水立方”兩個奧運主要場館的建設(shè)，就是鋼結(jié)構(gòu)與膜結(jié)構(gòu)的典型范例。

鳥巢

國家體育場(“鳥巢”)是2008年北京奧運會主體育場，位于北京奧林匹克公園中心區(qū)南部，工程總占地面積21公頃，建筑面積258,000㎡。場內(nèi)觀眾坐席約為91000個，其中臨時坐席約11000個。由2001年普利茨克獎獲得者赫爾佐格、德梅隆與中國建筑師李興剛等合作完成的巨型體育場設(shè)計，形態(tài)如同孕育生命的“巢”，它更像一個搖籃，寄托著人類對未來的希望。設(shè)計者們對這個國家體育場沒有做任何多余的處理，只是坦率地把結(jié)構(gòu)暴露在外，因而自然形成了建筑的外觀。“鳥巢”外形結(jié)構(gòu)主要由巨大的門式鋼架組成，共有24根桁架柱。國家體育場建筑頂面呈鞍形，長軸為332.3米，短軸為296.4米，最高點高度為68.5米，最低點高度為42.8米。2008年奧運會期間，這里舉行了奧運會、殘奧會開閉幕式、田徑比賽及足球比賽決賽。奧運會后成為北京市民廣泛參與體育活動及享受體育娛樂的大型專業(yè)場所，并成為具有地標(biāo)性的體育建筑和奧運遺產(chǎn)。

鳥巢外景

鳥巢的焊接結(jié)構(gòu)示意圖

鳥巢的主要結(jié)構(gòu)是由24個桁架組成。上圖中第一個是其中兩個桁架的端部。上圖中第二個所見約有6-7個桁架，桁架之間有斜桿連結(jié)，保持穩(wěn)定。其它看起來雜亂的桿件，不是主結(jié)構(gòu)的構(gòu)件，只是放上去做成‘鳥巢’效果的。

主結(jié)構(gòu)的桁架都已經(jīng)完成。這些是次要構(gòu)件的加工?？?，多復(fù)雜啊，鋼板都弄成彎曲，還要扭曲，按著電腦計算出來的曲度加工拼裝。

那些拼裝了的構(gòu)件，將會吊到上面，在現(xiàn)場焊接。看到在上面的工作臺吧。為了做成鳥巢效果，所有構(gòu)件的外部尺寸大小都一樣，其實鋼板厚度各有不同。主構(gòu)件受力大的，鋼板很厚。那些次要構(gòu)件，就用薄薄的鋼板。這些都要結(jié)構(gòu)師通過復(fù)雜而精密的計算定出來。

工人在焊接之后要補上油漆。

鳥巢里面

結(jié)構(gòu)桁架其實也算是傳統(tǒng)的桁架形式（橫梁是一種叫Vierendeel Truss的結(jié)構(gòu)），但通過高低不同，24個桁架繞著一周排列，就做成平面橢圓型的布局，然后看上去好像就雜亂無章。那些紅色的塔，只是臨時的支撐，回頭會拆掉。

水立方

國家游泳中心又被稱為“水立方”（Water Cube），位于北京奧林匹克公園內(nèi)，是北京為2008年夏季奧運會修建的主游泳館，也是2008年北京奧運會標(biāo)志性建筑物之一。它的設(shè)計方案，是經(jīng)全球設(shè)計競賽產(chǎn)生的“水的立方”（[H₂O]₃）方案。2003年12月24日開工，在2008年1月28日竣工。其與國家體育場(俗稱鳥巢)分列于北京城市中軸線北端的兩側(cè)，共同形成相對完整的北京歷史文化名城形象。國家游泳中心規(guī)劃建設(shè)用地62950平方米，總建筑面積65000-80000平方米，其中地下部分的建筑面積不少于15000平方米，長寬高分別為177m×177m×30m。2008年奧運會期間，國家游泳中心承擔(dān)了游泳、跳水、花樣游泳等比賽，可容納觀眾坐席17000座，其中永久觀眾坐席為6000座，臨時性座位11000個。賽后將建成為具有國際先進(jìn)水平的、集游泳、運動、健身、休閑于一體的中心。