二星级绿色建筑设计

日期:2020-02-20



古老的运河之畔

植根大地之上,于自然之间,

随风起舞,

让力与美顺势呈现,

彰显对生命的礼赞。

自然弯曲的曲线,

将公园从大地中雕琢出来,

宛若天成。

用最接近自然的语言,

将天地间原始的力量赋予建筑。

草地或水池吹来的风

干净且有力。

建筑形式的变化微妙自然,

如同水面律动的波纹,

与蜿蜒的小径,草坡,浑然一体,

形成一种诗意的融合。

 2010-2019    |   10年磨一剑

历时10年,超过60位主要设计师和业主,

无数轮方案优化,

22次重大评审会议,15次专家会议,

超过3800位建设者,

82次现场调试,7次高难度吊装。

十年磨一剑,从立项到仍在进行的改造升级,

历经艰辛,枣庄体育场项目终于不负所有人的努力,

收获了许多引以为傲的荣誉:

中国建筑工程鲁班奖 2018~2019年度

中国地产设计大奖 银奖 2018年度

中国钢结构协会第十一届空间结构设计金奖

第十二届中国钢结构金奖 

山东省优秀建筑设计一等奖 2018年度

山东省建设工程优质结构杯奖 2016年度

二星级绿色建筑设计 2016年度

发明专利2项, 实用新型专利10项   

省级工法8项,其他奖5

当枣庄体育场建成并对公众开放时,

这座城市收获了

一座世界级的体育活动中心。


“枣庄体育场是目前国内最大的平面椭圆形、空间马鞍形索桁结构之一,项目荣获鲁班奖和中国钢结构金奖。该工程应用大型弧形钢结构和大跨度索膜结构,这是继鸟巢、水立方之后,对该技术的又一大规模使用和探索。屋面采用大跨度车辐式索膜结构体系,索系由320根索组成,单根索最长达240米。现场采用地面组装后一次整体提升到位的施工方法,施工难度极大。外围护采用镂空弧形拉花钢结构,立面与地面水平夹角呈80°。406个双曲面弯扭构件上下弯曲且左右扭转,纵横交叉、十分复杂。”                       



自然 · 灵动   公园里的体育场

枣庄市体育场项目信息:

等级:建筑设计等级为一级,定位为国家体育建筑乙级标准

规模:中型体育场

建筑面积:85470平方米(其中配套约13266平方米,地下建筑面积14778平方米)

观众席:31284座(其中普通观众席31021座,贵宾席263座,无障碍62座,陪护席62座) 

层数:四层

建筑高度:(建筑最高点)为40.23米

▲ 总平面图

 | 总图 · 概念生成

枣庄市民中心项目选址位于山东省枣庄市薛城区和谐路以东,多少江路以南,民生路以西,长江路以北。项目分为两期,一期工程为文化中心,包括大剧院、规划馆、图书馆、博物馆等文化建筑;二期工程为体育中心,包括体育场一座,体育馆一座,游泳馆一座,以及与体育中心配套的停车场、全民健身广场、公园绿地等服务设施和配套设施。

▲ 功能分区

最初的概念来自枣庄市“江北水乡”,“运河古城”的城市形象定位,以蜿蜒的曲线象征运河水系,以环绕的道路,婉转的水体组织整个文化体育公园。流动的曲线围合出不同功能的空间,使建筑与景观宛若天成。

▲ 概念草图

自然弯曲的曲线是景观和建筑的主题,看上去天然生动,其实草木间无不是精心设计的痕迹。作为人工环境,体育公园将地形、建筑、植物、路径不加区分地编织在一起,浑然一体。

 | 功能 · 混合开放

市民中心项目以南北对称的方式布局,与北侧市政广场、凤鸣湖等共同形成新城南北轴线。体育场则处于新城轴线的最南端,是中轴线上的“压轴”建筑。这条轴线,联系了体育场馆、中心广场及主要城市空间,形成基地与城市空间的呼应;斜向的轴线不仅仅是视线通廊,也与城市主要生活区联系,形成与周边居民日常活动的紧密结合。

▲ 南北轴线

周围的绿化及广场构成自然体育公园。设计注重把体育场馆举办活动,比赛这样事件性的功能与日常型空间结合起来。体育公园完全对市民开放,功能的混合布局使得文化公园的每个角落充满了活力。

▲ 体育公园鸟瞰

24小时活力空间的设置使得建筑群与城市产生最大限度的互动。无论是白天的体育文化活动,还是夜间的大型演出集会,清晨的慢跑以及傍晚的散步,无不让市民体会着城市的魅力。

▲ 体育公园内的小径

文脉 · 象征  |  匠心独运的设计

 | 庆祝 · 中国灯笼

体育场可以说是一种聚集、庆祝的空间。最初体育、体育赛事的初衷也是对生命,对人类力量与美好的一种礼赞,庆祝。枣庄体育场的造型概念之一来源于“灯笼”,这个被中国人赋予了庆祝,礼仪,赞美意向的传统物件。

整个体育场如同一个中国传统的纸灯笼,不同曲度的波浪线形的结构,围合形成整体立面造型。这些波浪线从纸灯笼上的拉花纹理抽象而成。屋面同样延续波浪形拉花的设计。

▲中国灯笼的意向

屋面结构采用整体张拉索膜轻型结构,看台遮盖部分采用白色PTFE膜材,营造出一个轻盈典雅,半透明的屋顶造型,加上拉花立面的通透性,整个体育场显得极其轻盈,通透。远远看去,体育场半掩在高低错落的景观中,白色屋面若隐若现,如同漂浮于绿茵之中。

▲ 体育场造型

 | 动感 · 水波纹的意象

体育场造型概念的另一个灵感来自于枣庄“江北水乡,运河古城”的城市形象定位。波浪形的纹理又恰似迎风荡漾的粼粼波光,像征运河千年不停息的波涛。充满动感和张力的元素让建筑拥有了灵动的特质。

▲水波纹的抽象提炼

外围护结构独特的镂空造型如水一般律动,实现了刚与柔的完美结合。除了与运河所象征的水的意向契合,作为承办体育活动的公共建筑,体育场的设计蕴含了动态的理念。运动时身体的舞动,力与美的展现,均为建筑的外表面和内部空间注入灵感。

▲ 充满动感和张力的线条

在体育场内透过建筑看公园或城市,波浪形的维护结构提供了一个戏剧性印象深刻的体验。连接了体育场内外视线和声响,让建筑与环境、城市有更好的互动。红色涂料和铝合金材料与白色外层表皮形成鲜明的对比,增强了建筑富于动感活力的特征。

▲ 体育场室内,室外效果

结构 · 构造   |  合理性  先进性  经济性

枣庄体育场采用的创新技术主要包括:轮辐式马鞍形整体张拉索结构设计、自锁式抗滑移索夹设计、超长混凝土结构设计、预制清水混凝土看台设计等。其中,轮辐式整体张拉结构,以其合理的受力特性和极高的结构效率,使建筑中的“力与美”达到了高度统一,体现了当代先进建筑技术和施工水平。

▲ 体育场内部

 | 型式 · 结构形式的确定和优化

中国高速发展 40 年,各地形态丰富的体育建筑层出不穷,但大多为刚性结构,建筑材料大多采用钢材。传统钢结构表现力有限,较大的自重给下部支承结构造成负担,尤其是水平推力对基础安全影响较大。

▲ 枣庄体育场

▲ 深圳宝安体育场                                     ▲ 佛山体育场

基于此,体育场最初的方案是:屋顶结构采用自平衡的张拉结构体系(Ring cable roof structure),外围拉花结构则采用预应力预制混凝土+装配式节点(PPC)。区别于国内已经建成的佛山世纪莲、深圳宝安体育场的径向肋环形全张拉结构,本项目采用切线布置径向索桁架,赋予屋顶动感韵律。

▲ 体育场结构构成

体育场由看台、屋盖罩棚和周圈钢外罩组成。其中,看台采用混凝土框架—剪力墙结构体系,看台板为预制清水混凝土看台板;屋盖罩棚为整体张拉索膜结构;周圈钢外罩为箱形截面空间网格结构。屋盖罩棚通过钢斜柱支撑在混凝土看台结构上;周圈钢外罩为独立结构,顶部与屋盖罩棚柔性连接。

▲ 体育场结构和空间关系

2013 年4 月25 日在济南举行了枣庄体育场扩初评审会,与会专家提出若干很有价值的建议。主要集中在屋盖结构与拉花结构的关系,以及拉花结构材料和屋盖覆盖材料等环节。

1. 屋盖结构不要直接支承于拉花结构,在混凝土看台上起斜柱,并在顶圈设置V 形支撑,保证屋盖体系的稳定性;

2. 预应力预制混凝土结构(PPC)改为钢结构,并调整钢箱梁截面尺寸,以节约钢材;

3. 屋盖覆盖材料由透光性更好的阳光板改为张拉膜结构。

▲ 最初方案的内部效果

增加独立斜柱和V 型支撑后,虽经过反复优化截面尺度和倾斜角度,但室内空间终不如原来开敞、干净。拉花结构变为钢结构后,为避免箱形截面的四块板扭曲,拉花曲面重新调整,但仍有扭曲板件存在,给钢结构制作带来一定困难。

▲ 对拉花部分尺寸的推敲,内部效果

而且拉花结构从原方案屋顶的支承结构功能遗憾退化为装饰结构功能。为优化用钢量又不得不减小拉花截面尺寸,原来的尺度冲击力被削弱。但建筑、结构设计师们仍在限制条件下精心推敲、比较以达到最佳的效果。

▲ 对拉花部分尺寸的推敲,外部效果

▲ 对屋顶材料透明性的推敲

 | 创新 · 结构体系

屋盖结构体系创新

屋盖结构采用轮辐式马鞍形整体张拉结构体系,该结构通过对传统的轮辐式索桁结构体系进行改进,从而形成全新的整体张拉结构体系。屋盖结构模型示意图如下。

▲ 屋盖结构示意图

1.  内环斜拉索布置

在内环上、下索及飞柱之间设置斜拉索,通过控制斜拉索的长度和预应力分布以实现屋面马鞍造型。这样,一方面,实现了建筑马鞍造型和结构布置的统一,提高了整体建筑设计的合理性;另一方面,通过设置内环斜拉索,提高了内环和整体结构的抗扭刚度和整体稳定性。

2. 上径向交叉索网布置

为实现建筑膜屋面造型的灵活多样性,以及提高结构在不均匀荷载下的受力性能和稳定性,将上部径向索布置为双向交叉索网形式。通过上径向交叉索网布置,一是提高了结构的整体刚度和受力性能;其次,实现了建筑造型的多样化,美化了建筑内部效果;再者,结构布置和建筑造型达到一致,减少次结构的布置,提高了整体结构的合理性。

▲ 体育场屋盖平面

节点创新——自锁式抗滑移索夹

 1 . 自锁式抗滑移索夹的性能

通过计算分析和节点试验证明,自锁式抗滑移索夹的抗滑移极限承载力达到800kN以上,滑移量小于0.1mm。

2. 节点的创新性和先进性

通过采用自锁式抗滑移索夹,提高了结构的受力性能,并为实现屋盖结构的马鞍造型提供重要的支撑作用,因此,取得了良好的综合效益。该索夹的设计已取得发明型专利,索夹结构模型示意图如下。

▲ 创新节点

超长混凝土看台结构设计

看台平面呈椭圆环形,长、短轴尺寸分别为241.6米、223.2米,外圈周长达到737米。根据建筑布置、屋盖罩棚与看台结构相互作用的特点等因素,看台结构不设置永久变形缝。通过在设计和施工方面采取全面、充分的措施,以保证结构达到承载力和正常使用要求。主要的设计措施包括如下内容:

1. 计算措施

主要有地下结构温度场模拟、基础刚度模拟、混凝土收缩当量温差计算、混凝土徐变引起的应力松弛分析、混凝土刚度折减计算以及结构模型的仿真计算分析等;

2. 构造措施

主要包括设置减弱基础刚度的垫层、地下室外墙凹槽式引导缝、地下室外墙和地下室顶板折板构造、楼层双梁式引导缝、施工后浇带等。

▲ 室内看台

施工 · 运用   技术创新  新技术运用

 | 创新 · 施工技术

施工创新技术主要包括弯扭壁板的加工检测技术、拉花钢结构网状X节点组装技术、网状X节点构件空间扭曲度加工技术、梭形构件加工技术、筒体焊接防裂缝技术、钢环梁构件组拼一体化加工技术、拼装胎架的设计和施工技术、弯扭构件组装焊接后的检测技术、拉花钢结构安装临时支撑技术、弧形拉花钢结构构件定位测量技术、PTFE索膜结构张拉固定技术、大跨度索结构整体张拉提升技术等。

▲ 施工现场

 | 创新 · 新技术应用与效果

本工程通过采用一系列设计、施工、管理创新性技术和新理论为项目的成功实施提供了有力的技术支撑。研究成果与新技术解决了本工程一系列技术难题,降低了建造难度、提高了工效,确保了工程质量与工期,取得了良好的经济和社会效益。新技术应用与效果具体如下:

▲ 安装过程

1. 通过新技术应用与创新,获授权发明型专利2项,实用新型专利10项,科技查新3项;

2. 通过技术研究和创新,《复杂菱形格构式钢结构及车辐式索膜结构制作与安装技术》经科技鉴定达到国际领先水平;《弧形拉花钢结构加工与安装技术》 和《PTFE索膜结构安装张拉技术》2项技术经科技鉴定达到国内领先水平;

3. 研制出看台板两端可调堵头,可实现同一型号多块板,通过改制模具的方式进行模具的重复利用,以降低模具制作成本。本工程预制看台板有2195块,型号多达375种,但只用26套钢制模具即可满足生产需要。

▲ 吊装现场

十年磨一剑,枣庄体育场历经艰辛,终于不负所有人的努力,为城市添上精彩的一笔,为人们提供一个优美独特的建筑艺术作品。感谢那些艰苦卓绝,不负此生的日子,感谢为本工程殚精竭虑付出的设计团队、施工团队,更要感谢业主的大力支持,没有他们的坚持,不会有如此赢得世界级声誉的优秀项目诞生。




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