2008年北京奥运会主体育场——中国国家体育场的设计方案由瑞士赫尔佐格和德梅隆设计公司与中国建筑设计研究院联合设计,这个被称为“鸟巢”的方案(图20),展现了一个新颖、独特、庞大的异型钢结构建筑物,该方案预计消耗8万t各类钢材,最长的一条钢梁达300m,平均钢梁长度将在50~180m之间,巨型体育场的形象完美纯真,外观即结构,犹如树枝织成的鸟巢,其灰色矿质般的钢网以透明的膜材料覆盖,其中包含着一个土红色的碗状体育场看台。碗形看台可拆可调,看台是一个完整的没有任何遮挡的碗形,共分三层,通过体育场顶部座位调整,来实现两万个临时坐席的设置,南区和北区的第三层看台的座位可以拆除。体育场外立面基本上不需封闭式的外墙,这使得体育场可能自然通风。滑动式的可开启屋顶合上时,体育场将成为一个室内的赛场。国家体育场在奥运会比赛时将容纳10万名观众,建成后将有望成为世界上最大的可开启屋顶的体育场。
开合屋顶、尤其是大型开合屋顶比固定屋顶在技术上有很多特殊的问题,必须慎重对待。如多种工况状态下的风荷载、雪荷载、地震作用以及特有荷载评估与选择,屋顶行走部分及轨道设计,屋顶运行故障检测及排除措施,屋顶的监控与安全保障系统设置等。为了经济安全,可动结构构造应简单并尽量轻型化;屋顶开启或关闭过程一般控制在20~25min,为尽量减少冲击力,应控制开始或停止时间在1~2min;应装置地震传感器和风速仪,当超过特大风速和地震强度时,开关系统应能判别,以调整整个系统不会超载;屋顶应安装电视摄像及超声波传感系统,以便及时发现故障原因;控制装置设计应有富余,当装置的任何部分失灵时不至于整个系统失灵,为此应用一种双控制系统,既能自动也能手动;在开合功能失灵时,应能保障整个屋盖结构的安全。在已建成的开合结构中不乏打开合不上、合上开不了的例子,更有一些开合结构因开合功能故障最终不得不改为固定屋盖。说明开合屋顶确实是一种技术性很强的结构形式,对设计和施工都有很高的要求。
北京已建的三个开合屋顶:国家电力大楼投入使用已近四年,北京天亚花园投入使用已近3年,北京大厦投入使用已快1年,运行情况良好,这3个开合屋顶虽然也学习和参考了国外一些经验、技术,但主要还是中国的工程师结合中国国情和工程实际加以创造、开发、改进,这说明我们己掌握了中、小开合屋顶技术。
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