深圳市建筑設計研究總院:劉瓊祥院長
劉瓊祥：大家下午好！今天跟大家交流一下深圳大運中心體育場設計的過程。我想講兩點，我們的方案出來了以后，很多專家是提出了一些異議的，也就是說這個結(jié)構(gòu)方案到底行不行，因此進行了很長時間的討論和研究。
在這個設計過程當中整個時間是比較長的。深圳大運中心體育場鋼屋蓋充分發(fā)揮了鋼管受拉，它的主要特點是將單層的、三角層的網(wǎng)格通過空間傳遞的方法來使它不成為單層折面空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)，這個是在過去碰到的。應該說在這個過程當中做了很多的探討。這里面的特點就是一個是單層，單層是承受不了壓力的，從而使空間折面的方法。
下面再介紹一下功能開發(fā)。深圳市世界大學生運動員體育中心位于深圳龍崗區(qū)，占地1.2平方公里，包括主體育場、體育館、游泳館以及其他達到國際先進水平的體育設施。建成后將作為2011年世界大學生運動會的主場館。三個場館同中心廣場相連，與周圍自然環(huán)境渾然一體。
這個體育場館有它一個特殊的原因，在當初申辦這個體育場館的時候，深圳市并不打算要怎么樣申辦的，當時國家考慮到跟臺灣的關(guān)系，臺灣當時也開這樣大的學生運動會，在這種情況下很著急，急急忙忙就設在深圳市，要不惜花一切代價做好，現(xiàn)在看來應該說這個體育場花了相當大的成本，這個成本以后統(tǒng)計下來再告訴大家。
體育場有如一顆源于自然、又超乎自然、棱角分明、晶瑩剔透的水晶石，由形狀各各異的三角形網(wǎng)格多種傾斜姿態(tài)交替彎折，互相聯(lián)系在一起。體育場屋蓋采用單層折面空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)，固定座位可容納6萬多人，屋蓋懸挑長度在不同區(qū)域分別為51.9米、68.4米，屋蓋結(jié)構(gòu)形狀為馬鞍形。
這是背景圖。這是285米，270米。主結(jié)構(gòu)桿件主要是以圓管為主，大部分直徑是70到1200毫米，局部是1400毫米，次桿件為焊接箱型斷面，高度450到600毫米，主結(jié)構(gòu)節(jié)點采用鑄鋼節(jié)點和焊接節(jié)點，次桿件與主桿件采用剛性連接。整個鋼屋蓋與混凝土看臺完全脫開，由20個球鉸支座支承，球鉸支座支承座落在標高6米鋼筋混凝土平臺上。屋面板材選料選用自重較輕的聚碳酸酯板。
下面講一下結(jié)構(gòu)特點。大運中心體育場采用了單層折面空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)體系。這種結(jié)構(gòu)體系充分發(fā)揮了鋼管的受拉受壓特性，將單層三角形網(wǎng)格通過空間折面的方法，把形狀各異的三角性網(wǎng)格以多種傾斜角度組合在一起而形成。此結(jié)構(gòu)形狀輕巧，空間作用顯著，但傳力復雜，整體穩(wěn)定、局部穩(wěn)定問題突出，設計中對結(jié)構(gòu)形狀尺寸之大、側(cè)向剛度要求非常高。
三角型網(wǎng)格。三角形主桿的四分點處布置次結(jié)構(gòu)桿件，相互交錯形成網(wǎng)格。是這樣一個結(jié)構(gòu)。里面的次桿僅僅承受以后的雨水荷載、風雪荷載。
為了方便大家了解，我們把節(jié)點命名。單層折面網(wǎng)格結(jié)構(gòu)的凸點、凹點等構(gòu)成整個結(jié)構(gòu)形狀的控制點。這是冠谷點、肩峰點、肩谷點。
在樓面上紅色的表示的是壓力，藍色的是拉力，每一根桿子都是受力的。
下面講一下節(jié)點。該體系的特點是：建筑形狀控制點十分突出，該部位是桿件的節(jié)點交匯處，最多處有十根桿件相交匯。給焊接帶來了很大的困難。焊縫重疊、應力集中，焊接質(zhì)量難以保證。因此部分節(jié)點采用鑄鋼節(jié)點，對于形式比較簡單的節(jié)點采用焊接節(jié)點。
下面講一下球形支座，體育場共有20個球形支座，將支座做成球鉸支承，釋放彎矩作用，避免混凝土構(gòu)件受彎，同時，為抵抗支座的水平推力，將支座頂面做成一個斜面。應該說我們體育場20個支座是比較少的，但是沒辦法，不做也得做，做也得做。
鋼屋蓋的設計。鋼屋蓋的屋頂呈現(xiàn)的是水晶石，是由不同尺寸的單層三角形網(wǎng)格按一定的傾斜角彎折后組成的。每個結(jié)構(gòu)單元內(nèi)主桿無一根冗余桿件。結(jié)構(gòu)單元之間受建筑影響側(cè)向無任何約束，給設計工作提出了挑戰(zhàn)。初步設計通過計算分析、研討，對結(jié)構(gòu)形狀進行了調(diào)整（簡稱找形），同時在不影響建筑效果的地方，加強側(cè)向連接，整體實驗證明，對結(jié)構(gòu)的經(jīng)濟性、合理性、抗風、抗震性能有了本質(zhì)的改善。
首先我們看一下結(jié)構(gòu)找形。一個是支座位置。支座點的外移與肩峰點垂直，使得整個結(jié)構(gòu)體系平面布置更合理，調(diào)整了豎直的支柱傾角，增大了抗整體傾覆力臂，提高抗整體傾覆的能力。大家看一下這個圖，下面是找形后的幾何形狀，上面是找形前的幾何形狀。
減少內(nèi)、外環(huán)高低差分析。內(nèi)、外環(huán)的高低差也是有一定范圍的。在做方案的時候我們感覺到，匆匆忙忙地做出來了以后，引發(fā)了高低差太大了的問題，后來經(jīng)過了多次分析發(fā)現(xiàn)了一系列問題，高看臺部分相應屋面懸挑較大，但是，高看臺部分建筑需要開闊的視野，需要向上起拱，其實結(jié)構(gòu)也需要懸挑大的地方起拱多一些。因此，的確需要合理的馬鞍形屋面。但是內(nèi)、外環(huán)高差過大，荷載增大引起拱推力增大。高低差過小，也是不合理的。一定范圍內(nèi)的合理高低差是十分重要的。計算表明：內(nèi)外高低差由13.6米降到8.57米。
第三個方面，冠峰點適當外移。使細長壓桿長度從53米減少到48米，受力趨向合理，增肩谷冠谷—桿與肩峰—冠谷桿間夾角，使其作用更有效，利用施工。
適當加大冠峰、冠谷之間的高差。冠峰、冠谷之間高差從8.5米調(diào)整到了10.7米，且內(nèi)環(huán)梁直徑從600毫米提高到了800毫米，提高了整體承載力及屋面前端的面外剛度和整體性。
側(cè)向剛度設計問題：實際上最早很多專家提出的方案能不能成立的問題。當時在這個問題上討論的時間是相當長的�，F(xiàn)在看來這個問題好像是比較簡單的。但是由于德國人的堅持，由于很多專家的意見不同，應該說有好幾次比較大的爭論。結(jié)構(gòu)單元內(nèi)主桿無一冗余桿件，作了一些改進：第一個是聯(lián)通馬道。同時20個支座的鋼筋混凝土平臺環(huán)形剛度適當加大，減少鋼筋混凝土的變形對上部鋼屋面的影響。還有增設一道肩谷環(huán)，肩谷環(huán)加上同時增加了結(jié)構(gòu)抗連續(xù)倒塌的性能要求。
第四個方面是位移、周期控制。一方面是位移主要表現(xiàn)在使用的要求，以及與圍護結(jié)構(gòu)材料的變形、人的觀感等有關(guān)。但也是結(jié)構(gòu)的剛度承載能力的另一種表現(xiàn)形式。周期結(jié)構(gòu)固有的動力特性與結(jié)構(gòu)的剛度和質(zhì)量分布有關(guān)。
通過整體穩(wěn)定分析、局部穩(wěn)定分析、風時程分析、大震下彈塑性動力時程分析、節(jié)點分析、整體、節(jié)點模型實驗、多次組織國內(nèi)知名專家研討，確定了合理的結(jié)構(gòu)控制性能指標。大運中心體育場其桿件受到原設計方案控制。
我們設計有幾點感受：第一，本工程采用了單層折面空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)，超大跨度，中間開洞大，使得這一創(chuàng)新的結(jié)構(gòu)體系設計相當復雜。第二，找形工作十分重要。在深圳這種臺風特大地區(qū)，控制合理的自振周期是必要的。
謝謝大家！
