刚柔相济搭建奥运柔道馆收集阳光不用供电

来源:中国幕墙网收集整理　作者:* 　日期:2008-4-9 　页面功能【字体：大中小】【打印】【投稿】【评论】

　　2008年奥运会新建场馆之一的北京科技大学体育馆目前正在热火朝天地建设中。这座位于大学校园内的体育馆外形大气、线条硬朗，在北京奥运会时将在此举行柔道、跆拳道比赛，在残奥会时还将承担轮椅篮球和轮椅橄榄球的比赛。那么，这座奥运场馆的设计是建立在怎样的理念基础上？它采用了哪些新的技术和材料？在赛后它又将发挥怎样的作用？对于这些问题，设计场馆的专家向记者做了详细的介绍。

　　硬朗外形凸现厚重传统
　　北京科技大学体育馆是座奥运场馆，除了五环赋予它强烈的奥运气息外，这座体育馆身上还充满了一种浓郁的“科大气质”。我们都知道，北京城有条中轴线，穿越天安门广场、故宫，向北直到奥林匹克公园。而在北京科技大学内同样有条中轴线，科大体育馆就位于这条中轴线上。

　　体育馆的设计者之一、清华大学建筑设计研究院的工程师栗铁介绍说，北京科技大学的中轴线由学校西门向东延伸，经过学校的主楼、图书馆、体育场，可以说，学校最中心的建筑都处在这条中轴线上，而新建的体育馆位于中轴线的最东端。当初，之所以要考虑这条中轴线，是因为它形成已久，将体育馆建在上面，除了与整体更加协调之外，也是对学校“文脉”的一种呼应。

　　从体育馆的效果图上，记者看到，金属色的外观和笔挺的线条，使这座奥运场馆看上去庄严而稳重。栗铁说，由于北京科技大学的前身是北京钢铁学院，所以在设计这座场馆的时候就强调它的气质应当是“沉稳、凝重、有气势”。而从体育馆的外形中，不管是老钢铁学院的厚重感还是理工科院校的严谨，我们都不难找到。“体育馆的设计和学校的气质是非常吻合的。”栗铁说。

　　除了学校的特征外，在体育馆的外形上，你还能找到它所承担的奥运比赛的踪迹。人们平常说的“黑带高手”，一般是指柔道或跆拳道选手。“带”既是柔道和跆拳道划分选手级别的标志，也是这两个项目的重要特征。如果我们留心一下，就会发现，不管是科大体育馆前的奥运会徽广场，还是体育馆的外墙立面，甚至是体育馆内部，一排排整齐的线条都在向人们传递着关于“带”的信息。

　　栗铁说，“带”的设计是这个馆的核心之一，“我们不一定要让人看了就能联想起柔道和跆拳道，但作为一个构成要素，我们要求它时时存在，而且内外一致。”

　　同外墙相比，体育馆顶部的设计有很大不同。顶部的中心是一块面积很大的菱形区域，里面规则排列着很多白色“球体”，面积由外至内逐渐变大。那么它们是用来做什么用的呢？

　　利用日光促进节能降耗
　　这些“球体”实际上是安放在屋顶上采光罩，它们是一种称为“光导管照明系统”的设备的一部分,“光导管”技术可以充分利用太阳能为室内提供照明，它既是这座场馆所采取的最特殊的技术，同时也是最大亮点。

　　栗铁介绍说，体育馆的钢屋架是网架结构，杆件较多，如果用开天窗的方法采集自然光，会受到杆件遮挡，效果不甚理想。而使用光导管，就可以很好的解决这个问题。

　　光导管照明系统主要由三部分组成：采光罩、光导管和漫射器。采光罩刚才我们已经见识过了，在它的下面就是折射管。光导管是该照明系统的关键部分，在它的管壁内涂有折射率最高为99.7％的材料，当阳光透过采光罩进入光导管，就会在管壁内产生多次折射，直到进入室内。

　　光导管穿过钢屋架，连接到室内的漫射器。这种漫射器的外形，与我们家用的圆形灯罩相似，它可保证阳光均匀地射向室内，看上去明亮而不刺眼。记者前几天在采访清华大学的超低能耗楼时，已经下午5点钟了，但光导管采集的光线仍能为室内提供照明，如果是在上午、中午或下午早些时候，采集的光源应当足够保证室内的使用。

　　光导管的采光效果同它的长度关系密切，管子越长，光的损耗越大。而科大体育馆光导管长达8米，对采光效果会造成一定的影响，所以设计者使用了口径更大的光导管，因为更大的口径可以保证更大的进光量。根据最新的招标结果，科大体育馆将安装148个直径为530mm的光导管，成为北京奥运会奥运比赛场馆中安置光导管最多的场馆之一。

　　需要指出的是，光导管技术是为赛后利用时的节能降耗而使用的。由于奥运会比赛的电视转播照明要求使用人工光源，由特殊的灯具来提供照明，所以奥运会后才是光导管大显身手的时候。使用光导管后，在阳光比较好的情况下，它采集的光线能满足体育训练的要求，这样学校在赛后使用场馆时，在白天可以基本不开灯或者尽量少开灯。由于光导管是密闭的，不需要太多维护，可以有效地节省维护费用。光导管在白天采集光源照亮室内，晚上则可以将室内的灯光通过屋顶的采光罩传出，起到美化夜景的效果。

　　巧设计应对荷载难题
　　北京科技大学体育馆的屋面钢结构杆件较多，虽然影响了开天窗的采光效果，但却使得整个结构更加牢固。科大体育馆的屋面钢结构采用的是螺栓球钢网架结构。钢网架结构比较容易理解，整个屋面俯瞰的话就像是由许多杆件组成的一张“网”，而连接杆件的节点是球形的，上面有小孔用来拧入杆件上的螺栓，杆件通过这些节点连接在一起，便组成了钢网架。

　　负责钢结构设计的清华大学建筑设计研究院的常强工程师介绍说，出于经济性考虑，选用的螺栓球钢网架结构是一种比较成熟的技术，为使它能够更好适应这座场馆的具体情况，他们在其基础上进行了一些改进。

　　为了充分地利用空间，体育馆的不少设备间是直接“挂”在钢网架上的，这就加大了钢网架的荷载，荷载大，杆件的吃力就大，就对节点受力提出更高的要求。工程上常用的螺栓尺寸不能满足要求，怎么办？专家的解决办法是在原有网架四边形网格的基础上加斜杆，这样就把原来的四边形网格变成了三角形网格。这个改进看起来简单，但它一下就使钢屋架增加了很多杆件。杆件的数量多了，每个杆件的受力就相应减小了许多，一般常用的螺栓尺寸就可以满足要求了。

　　设计者指出，由于增加了这些斜杆，还同时提高了整个屋面在斜方向的受力性能，也减小了网架整体受力对单个杆件的依赖，有效地提高了结构的安全性能。

　　增厚度除跨度难题
　　大跨度是体育场馆的钢结构设计经常遇到的问题，北京科技大学体育馆也不例外。大跨度会带来怎样的问题？举个例子，比如我们拿两块砖，上面放一个木板，然后几个人坐在上面。假如两块砖的距离很近，即使木板薄一点，人坐在上面问题也不大。但如果两块砖距离很远，如果木板薄，那很可能承受不了人的荷载，断掉了。但如果木板很厚，就不存在这个问题。

　　钢结构就像木板，而跨度则像是两块砖之间的距离。钢结构越厚，承载力越大，才能更适应大跨度带来的问题。但是，体育馆檐口的最大高度是根据校园整体规划确定好的，而室内的比赛场地对净空又有要求（也就是说在室内一定的高度范围内是不允许有任何东西的）。这就将钢网架的“活动”区域限制在了一个比较小的范围内。一个新的难题摆在了设计者面前。

　　最后的解决方法是将屋面做成一个四面坡状的钢结构，这样，就使钢网架变大变厚，大大提高了结构的承载力和刚度，减少了钢材用量。同时也巧妙地满足了屋面对雨水有组织排放的设计要求。

　　常强说，在钢结构上还有一个有意思的设计。体育馆的南北立面都是玻璃幕墙，而它们也都是“挂”在屋面钢结构上的，但问题是，随着季节变化和早晚温差，钢结构会发生冷缩热胀，延伸的最大幅度可以达到2厘米左右。而挂在上面的玻璃幕墙无疑也会跟着“走”，但玻璃幕墙和下部结构之间的封口是不动的，这种“上动下不动”的情况会扯动玻璃幕墙，对它造成破坏。

　　于是，设计者专门设计了一个滑动支座，用来“挂”玻璃幕墙。这样，当钢结构因冷缩热胀发生位移的时候，吊挂玻璃幕墙的构件就会在滑槽内相对运动，从而保持一种静止的状态，避免了它遭到破坏。

　　未雨绸缪从容面对赛后
　　现在新建奥运场馆在设计时都充分考虑了赛后利用的问题，而北京科技大学体育馆在赛后利用上具有得天独厚的优势。栗铁说，这个场馆是一个高校的体育馆，很多教学活动都要在里面进行，所以相比其他面向社会的场馆，它的利用率相对要高一些。在满足奥运会需要这一首要目标之后，设计者们也充分考虑了如何能更好地进行赛后利用。

　　栗铁说，科大体育馆在奥运会时共有标准座席8000个，会后为5000个。会时的8000座席有4000为临时看台，位于两侧观众席的上部，用脚手架搭建。在会后，这些临时看台将被拆除，而原来搭建临时看台的平台，将被建成篮球训练场，可以为学校的篮球队提供一个很好的训练环境。原先两边临时看台的位置都能各提供一个标准篮球场，在标准场的两边，还各有一个半场，这一下等于多建了4个篮球场。

　　会后的座席为5000个，而现在只有4000个永久座席，还有1000个座席怎么办？设计者在永久看台下安装可以伸缩的活动看台，就解决了这个问题。

　　另外，在科大体育馆内还要建一个游泳馆，在赛后供学生使用。而赛事运动员的更衣室，在赛后就可以直接转换成游泳池的更衣室；而在比赛时的热身场地，在赛后可以成为一个活动场地，供学生们进行跳操、健身等活动；赛事的新闻中心，在赛后则可以成为学校开会使用的一个很好的场所……总之，充分的考虑可以让科大体育馆从容地转入赛后利用阶段。

　　2008年已经近在眼前，不久之后我们就将迎来那场期盼已久的盛会。假如到时有机会来到北京科技大学体育馆，那么当您在欣赏激烈地柔道、跆拳道比赛之余，再去细心品位一下这座体育馆中所蕴涵的人文气息和科学设计，定能感受到一种不一样的乐趣。

下一篇：建设部：我国将强制推行监督建筑节能标准