試論體育建筑設(shè)計(jì)中建筑與結(jié)構(gòu)的協(xié)調(diào)與融合

張海康 李繼勇

（凱里學(xué)院 貴州·黔東南 556011）

近年來，隨著我國社會(huì)經(jīng)濟(jì)的穩(wěn)步發(fā)展，我國建筑行業(yè)也呈現(xiàn)了較為快速的發(fā)展態(tài)勢。而對于體育建筑來說，作為建筑行業(yè)非常重要的組成部分，優(yōu)化其設(shè)計(jì)方案，體現(xiàn)體育建筑的特色及功能價(jià)值顯得尤為重要。值得注意的是，不同城市、不同地區(qū)的體育建筑設(shè)計(jì)，在結(jié)構(gòu)方面存在很大的差異，這可能和所在地文化、城市屬性有關(guān)。而要想優(yōu)化體育建筑設(shè)計(jì)，則有必要重視體育建筑設(shè)計(jì)建筑與結(jié)構(gòu)之間的協(xié)調(diào)性與融合性，遵循相關(guān)設(shè)計(jì)原則，把控協(xié)調(diào)要點(diǎn)，使設(shè)計(jì)方案體現(xiàn)出優(yōu)化、完善的特征優(yōu)勢、由此可見，本文圍繞“體育建筑設(shè)計(jì)中建筑與結(jié)構(gòu)的協(xié)調(diào)與融合”進(jìn)行分析研究具備一定的價(jià)值意義。

1 體育建筑與結(jié)構(gòu)協(xié)調(diào)設(shè)計(jì)的基本原則分析

基于體育建筑與結(jié)構(gòu)協(xié)調(diào)設(shè)計(jì)過程中，需遵循一些基本原則，以此保證設(shè)計(jì)方案的優(yōu)化及可行性。總結(jié)起來，基本原則如下：

1.1 適用性原則

對于適用性原則來說，指的是體育建筑結(jié)構(gòu)選型，需與建筑空間的要求相符合；同時(shí)，結(jié)構(gòu)選材需符合建筑的基本功能及創(chuàng)作要求等。一方面，對于建筑結(jié)構(gòu)選型來說，為了符合建筑空間要求，需以建筑空間、建筑造型為依據(jù)，選取適宜的結(jié)構(gòu)體系，進(jìn)而使建筑的應(yīng)用功能要求得到有效滿足。另一方面，對于結(jié)構(gòu)選材需要符合建筑功能要求來說，則需以建筑施工功能為依據(jù)，選取適宜的結(jié)構(gòu)材料。以游泳館為例，其濕度比較大，可以先用鋁合金結(jié)構(gòu)，發(fā)揮其防腐性能作用。針對天氣環(huán)境惡劣的地區(qū)，考慮到建筑內(nèi)部外觀能夠讓人感受到溫暖，可以使用木結(jié)構(gòu)。此外，在建筑材料不斷發(fā)展過程中，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)也需與時(shí)俱進(jìn)，合理科學(xué)地應(yīng)用一些新型建筑材料，達(dá)到節(jié)能降耗的效果。

1.2 經(jīng)濟(jì)性原則

體育建筑與結(jié)構(gòu)協(xié)調(diào)設(shè)計(jì)的經(jīng)濟(jì)性原則，指的是基于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中，需選取適宜的結(jié)構(gòu)體系，并確保結(jié)構(gòu)分析設(shè)計(jì)模型和實(shí)際情況保持一致性。對于結(jié)構(gòu)體系來說，在受力上需均勻合理，傳力需直接；基于一定跨度基礎(chǔ)上，可以確保造價(jià)控制在合理范圍當(dāng)中。與此同時(shí)，基于適用性條件滿足的情況下，擇優(yōu)選擇受力效果好的結(jié)構(gòu)體系，比如拱結(jié)構(gòu)、桁架結(jié)構(gòu)以及張弦梁結(jié)構(gòu)等。并且，需對拉索進(jìn)行合理應(yīng)用，對結(jié)構(gòu)支座推力起到很好的平衡作用，并提升結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度及剛度，對結(jié)構(gòu)內(nèi)力分配進(jìn)行優(yōu)化，進(jìn)一步使構(gòu)件截面尺寸有效減少。此外，在結(jié)構(gòu)分析設(shè)計(jì)方面，需確保科學(xué)性及準(zhǔn)確性，確保結(jié)構(gòu)模型和實(shí)際結(jié)構(gòu)之間維持一致性；對于結(jié)構(gòu)模型和荷載取值需和結(jié)構(gòu)實(shí)際情況保持一致性以外，還有必要對節(jié)點(diǎn)構(gòu)造與結(jié)構(gòu)體系之間的關(guān)聯(lián)性充分考量，并考量節(jié)點(diǎn)具體剛度對結(jié)構(gòu)整體受力產(chǎn)生的影響，確保符合經(jīng)濟(jì)性基本原則。

1.3 綠色美觀原則

在體育建筑與結(jié)構(gòu)協(xié)調(diào)設(shè)計(jì)中，需遵循綠色美觀的基本原則，結(jié)構(gòu)工程師需重視自身能力的提升，讓結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)體現(xiàn)出綠色環(huán)保的特點(diǎn)，并使建筑結(jié)構(gòu)的美感有效體現(xiàn)出來。一方面，為了體現(xiàn)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的綠色環(huán)保特點(diǎn)，可對自然光進(jìn)行巧妙利用，把自然光引入室內(nèi)當(dāng)中，起到節(jié)約能源的作用，進(jìn)一步使能源利用效率得到有效提升。并且，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)期間，需重視建筑光影效果及藝術(shù)表現(xiàn)力的增強(qiáng)，針對一些木材材料，回收利用，體現(xiàn)節(jié)能環(huán)保的優(yōu)勢。另一方面，為了體現(xiàn)建筑結(jié)構(gòu)的美觀性，在結(jié)構(gòu)布置方面有必要和建筑之間保持高度協(xié)調(diào)性，對結(jié)構(gòu)構(gòu)件進(jìn)行有序排列，增強(qiáng)節(jié)奏感及韻律美；與此同時(shí)，重視細(xì)部節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)的精細(xì)化程度，使建筑結(jié)構(gòu)的色彩表現(xiàn)得到有效增強(qiáng)。

2 體育建筑設(shè)計(jì)中建筑與結(jié)構(gòu)的協(xié)調(diào)要點(diǎn)分析

如前所述，對體育建筑與結(jié)構(gòu)協(xié)調(diào)設(shè)計(jì)的基本原則有了一定程度的了解。而要想使體育建筑設(shè)計(jì)中建筑與結(jié)構(gòu)的協(xié)調(diào)性得到有效增強(qiáng)，還有必要掌握具體的協(xié)調(diào)要點(diǎn)。總結(jié)起來，具體協(xié)調(diào)要點(diǎn)如下：

2.1 建筑設(shè)計(jì)與結(jié)構(gòu)體系協(xié)調(diào)要點(diǎn)

在建筑設(shè)計(jì)過程中，需保證與結(jié)構(gòu)體系之間的協(xié)調(diào)性。例如：倫敦自行車館、寶安體育場等建筑項(xiàng)目，以結(jié)構(gòu)將建筑造型表現(xiàn)出來，使室內(nèi)建筑空間體現(xiàn)出通透的特點(diǎn)，使結(jié)構(gòu)與建筑之間完美地融合在一起。與此同時(shí)，對于建筑結(jié)構(gòu)體系來說，需與建筑室內(nèi)空間感受保持吻合，比如：常熟市體育館使用了六道換鎖的聯(lián)方形弦支穹頂結(jié)構(gòu)，使撐桿高度有效降低，使建筑對室內(nèi)凈空高度的要求得到有效滿足；又比如，在列治文奧運(yùn)滑冰館中，使用了新型的木拱結(jié)構(gòu)體系，和室內(nèi)裝修風(fēng)格保持一致性，進(jìn)而使結(jié)構(gòu)體系與建筑風(fēng)格之間的統(tǒng)一性特點(diǎn)有效展現(xiàn)出來。此外，在結(jié)構(gòu)體系選取過程中，需和自然采光相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)和結(jié)構(gòu)融為一體的采光體系。以鮑思高學(xué)校體育館為例，把自然光巧妙地引入至室內(nèi)，使能源有效節(jié)約，并使能源的利用效率得到有效提升。又比如：同濟(jì)大學(xué)嘉定校區(qū)體育館，采取了導(dǎo)光管與張弦梁撐桿一體化設(shè)計(jì)方法，使?jié)M天星的效果有效營造出來，使建筑光影效果及藝術(shù)表現(xiàn)有效增強(qiáng)。

2.2 建筑設(shè)計(jì)與結(jié)構(gòu)構(gòu)件協(xié)調(diào)要點(diǎn)

對于建筑結(jié)構(gòu)構(gòu)件自身來說，需具備特定的美感，比如以重復(fù)布置的方式，使結(jié)構(gòu)構(gòu)件的韻律美及節(jié)奏感得到有效體現(xiàn)，進(jìn)一步使建筑的藝術(shù)效果得到有效增強(qiáng)。與此同時(shí)，建筑結(jié)構(gòu)構(gòu)件還需采取合理的布置方式，使受力更加合理、均勻，使力與美的結(jié)合得到有效體現(xiàn)。以復(fù)旦正大體育館為例，通過拱結(jié)構(gòu)的應(yīng)用，對部分屋面荷載承擔(dān)，拱截面體現(xiàn)出纖細(xì)的特點(diǎn)，能夠使建筑造型的需求得到有效滿足；與此同時(shí)，屋蓋吊索采取的是琴弦式扇形布置方式，使力和形的輕柔之美有效展現(xiàn)出來。總之，在體育建筑設(shè)計(jì)過程中，需重視與結(jié)構(gòu)構(gòu)件之間的協(xié)調(diào)，進(jìn)而使體育建筑設(shè)計(jì)的美感得到有效體現(xiàn)。

2.3 建筑設(shè)計(jì)與節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)協(xié)調(diào)要點(diǎn)

對于建筑結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)來說，可以選擇隱藏式設(shè)計(jì)方式，使室內(nèi)空間的純凈特點(diǎn)得到有效體現(xiàn)。以崇明體育中心綜合訓(xùn)練館為例，其節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)過程，針對鋁合金單層網(wǎng)殼，實(shí)施不銹鋼板式節(jié)點(diǎn)，節(jié)點(diǎn)和結(jié)構(gòu)體系可以有效地融合，使內(nèi)部空間體現(xiàn)出韻律美、整潔等特點(diǎn)。與此同時(shí)，對于崇明游泳館來說，其節(jié)點(diǎn)在安裝之前進(jìn)行開孔操作，在安裝好螺栓與鉚釘之后，加蓋節(jié)點(diǎn)蓋板，使螺栓外露的狀況得到有效避免，使室內(nèi)效果的完整性得到有效保障。

當(dāng)然，為了使建筑設(shè)計(jì)與節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)之間更融洽地協(xié)調(diào)，還需要針對節(jié)點(diǎn)實(shí)施精細(xì)化設(shè)計(jì)，將建筑的美感有效體現(xiàn)出來。比如，同濟(jì)大學(xué)嘉定校區(qū)游泳館中，其張弦梁采取了撐桿與節(jié)點(diǎn)一體化設(shè)計(jì)方式，節(jié)點(diǎn)體現(xiàn)出美觀、精細(xì)的特點(diǎn)。比如，列治文奧運(yùn)滑冰館，其主拱端部采取了銷軸節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)方式，使強(qiáng)烈的機(jī)械感得到有效體現(xiàn)。又比如，對于崇明游泳館，其中的下部拉索節(jié)點(diǎn)，選取了精細(xì)化設(shè)計(jì)方式，使強(qiáng)烈的韻律感及設(shè)計(jì)感有效體現(xiàn)出來。

3 具體工程案例分析

為了體現(xiàn)體育建筑設(shè)計(jì)中建筑和結(jié)構(gòu)的協(xié)調(diào)與融合之美，下面主要以復(fù)旦大學(xué)體育館為例，然后對其具體協(xié)調(diào)與融合設(shè)計(jì)遵循的原則及要點(diǎn)進(jìn)行分析。基于建筑造型層面分析，復(fù)旦大學(xué)體育館為矢跨較小的扁殼，然后基于扁殼上方位置進(jìn)行傾斜拱的布設(shè)，其建筑跨度為71米，屬于綜合性體育館，主要功能包括：訓(xùn)練、演出、比賽、集會(huì)等等。并且，復(fù)旦大學(xué)體育館在建筑設(shè)計(jì)過程中，充分遵循了與結(jié)構(gòu)協(xié)調(diào)設(shè)計(jì)的基本原則，具體包括：

（1）適用性原則的體現(xiàn)。以建筑提供資質(zhì)的限制條件為依據(jù)，并結(jié)合體育建筑與結(jié)構(gòu)協(xié)調(diào)設(shè)計(jì)的基本原則，基于適用性原則層面考量，屋面主骨架結(jié)構(gòu)使用了三管桁架，采取骨脊布置形式，雙向傳力，互相為面外穩(wěn)定支撐，不但能夠使建筑內(nèi)部空間要求得到有效滿足，還能夠讓結(jié)構(gòu)的剛勁骨感有效體現(xiàn)出來。與此同時(shí)，對于“飛桿—斜拉索”，屬于膜材支撐骨架結(jié)構(gòu)，每一個(gè)單元為倒角錐形，可以把屋面荷載向橫向桁架傳遞，并將室內(nèi)空間輕盈美觀、主次分明的特點(diǎn)有效展現(xiàn)出來。

（2）經(jīng)濟(jì)性原則的體現(xiàn)。對于體育館的屋面荷載，基于拱和屋面主骨架之間，具備適當(dāng)?shù)氖芰Ψ峙洌疑喜抗芭c屋面主骨架結(jié)構(gòu)的界面尺寸能夠體現(xiàn)出經(jīng)濟(jì)、合理的特點(diǎn)。經(jīng)分析，拱承擔(dān)了20%左右的屋面荷載，屋面主骨架結(jié)構(gòu)則承擔(dān)剩余大約80%的屋面荷載，使荷載分配平衡點(diǎn)的經(jīng)濟(jì)性得到有效體現(xiàn)。與此同時(shí)，外環(huán)桁架與各榀橫桁架之間相連接，使屋蓋面內(nèi)的剛度與空間整體性得到有效強(qiáng)化，使屋面主骨架的變形得到有效協(xié)調(diào)，使屋面主骨架結(jié)構(gòu)的作用有效發(fā)揮出來。此外，外環(huán)桁架屬于主桁架支座位置的雙向傳力構(gòu)件，符合相關(guān)抗震傳力規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)要求；基于拱腳支座部分，以鉸接的形式，使支座位置的彎矩有效釋放，并讓支座位置的構(gòu)件截面體現(xiàn)出細(xì)小的特點(diǎn)。

（3）綠色美觀原則的體現(xiàn)。基于綠色、美觀層面考量，體育館屋面采取透光膜材作為覆蓋材料，白天可把自然光引進(jìn)室內(nèi)，使能源得到有效節(jié)約；晚上屋面膜材基于燈光的作用下，可以將建筑的柔和美感有效體現(xiàn)出來。

總之，復(fù)旦大學(xué)體育館在建筑設(shè)計(jì)過程中，為了體現(xiàn)和結(jié)構(gòu)之間的協(xié)調(diào)與融合，充分遵循了適用性原則、經(jīng)濟(jì)性原則、綠色美觀原則，并充分和結(jié)構(gòu)體系、結(jié)構(gòu)構(gòu)件、節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)充分協(xié)調(diào)及融合，使設(shè)計(jì)體現(xiàn)出優(yōu)化、完美的優(yōu)勢。

4 結(jié)語

綜上所述，在體育建筑設(shè)計(jì)過程中，需重視其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，考慮建筑設(shè)計(jì)與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)之間的合理協(xié)調(diào)及有效融合，充分遵循適用性原則、經(jīng)濟(jì)性原則、綠色美觀原則，并將建筑設(shè)計(jì)與結(jié)構(gòu)體系協(xié)調(diào)、建筑設(shè)計(jì)與結(jié)構(gòu)構(gòu)件協(xié)調(diào)、建筑設(shè)計(jì)與節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)協(xié)調(diào)的要點(diǎn)及優(yōu)勢有效體現(xiàn)出來，使建筑設(shè)計(jì)方案更加優(yōu)化、完整，進(jìn)一步為建筑設(shè)計(jì)的經(jīng)濟(jì)效益、生態(tài)效益及社會(huì)效益的提升奠定夯實(shí)的基礎(chǔ)。