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空間結構在2018年俄羅斯世界杯中的應用

時間: 2018-09-03     來源: 中國建設報

□ 劉錫良 馬 睿

2018年世界杯已在俄羅斯落幕。本次世界杯分別在俄羅斯的12座體育場館中舉辦了共計64場比賽。12座體育場館分布在俄羅斯的11座城市,包括8座新建場館和4座改造場館。

世界杯在展現足球運動魅力的同時,也促進了空間結構的應用和發展,新的場館建設和舊的場館改造所帶來的工程應用需求也激發了土木工程人員的創造力,促進了結構設計和施工技術的進步。同時為體現綠色可持續的理念,本屆世界杯場館在建設中選擇環保材料,并采取了多項節能新技術。本文將根據收集到的資料從設計理念、結構形式以及施工技術等方面對12座場館進行簡要介紹。

一、新建場館

1.斯巴達克體育場(Spartak Stadium)

斯巴達克體育場位于俄羅斯莫斯科市,這座球場的設計靈感來自斯巴達克的鉆石徽章,外立面由600余塊巨大的菱形玻璃幕墻組成,創造出一種類似武器的效果,幕墻總面積超過了1.5萬平方米。平時菱形幕墻是斯巴達克球隊球衣的紅白顏色,而在其他球隊比賽時,幕墻可根據球隊的球衣變幻出不同的色彩。

斯巴達克體育場屋蓋采用桁架結構體系,主要由21根空腹桁架和多個蜂窩梁組成。由于其地理位置比較特殊,莫斯科當地全年的溫度能在-40℃到40℃之間變化,同時冬季的降雪量較高,因此溫度效應和積雪荷載成為了結構設計的難點。為了解決這些問題,設計師綜合考慮了經濟效益和施工難度,盡可能采用重量輕、尺寸小的構件,從而降低了屋頂的自重,并對屋頂上的積雪分布進行了一系列的試驗,使得屋頂的設計能夠更準確地考慮實際的屋面荷載。最后采用參數化分析技術,優化了結構設計,使得整個結構設計方案具有了很高的性價比。

2.圣彼得堡體育場(Saint Petersburg Stadium)

圣彼得堡體育場位于俄羅斯涅瓦河畔波羅的海芬蘭灣的源頭處,是最靠北的體育場。圣彼得堡體育場是俄羅斯最大也是最高的體育場,因其造價高達349億盧布(約5.7億美元),也成為了世界上造價最高的場館之一。

該場館由日本著名設計師Kisho Kurosawa(黑川紀章)設計,設計理念是“一艘降落在芬蘭海灣岸邊的飛船”。從技術上看,這座體育場也是世界上最先進的體育場,配備有可移動屋蓋(開合僅需要15分鐘)和可滑移草坪,同時為保證自然足球草皮的正常生長,場館溫度常年維持在15℃。

體育館屋蓋酷似一個由桁架支撐的以球場為焦點的“凹面鏡”。屋蓋采用索穹頂結構形式,整體屋蓋通過斜索拉結在8根傾斜的鋼筋混凝土塔桅上,同時為了實現屋蓋開合功能,還設計了車道桁架。屋面采用鋁合金復合板,呈現出銀灰色的外觀,可伸縮部分則采用了ETFE(乙烯-四氟乙烯共聚物)膜材,以起到保護的作用。

3.莫爾多瓦體育場(Mordovia Arena)

莫爾多瓦體育場位于俄羅斯薩蘭斯克市,處于伏爾加河中游的支流因薩爾河畔。體育館由德國設計師蒂姆·胡佩設計,整體橢圓形造型和桔紅白三色結合的外立面展現了莫多維亞的藝術特色。

體育場采用管桁架結構形式,在設計施工中應用了BIM技術,整體用鋼量有6000噸,焊縫總長超過了1.2萬米。

為達到綠色環保的要求,場館在建設時使用了大量的綠色材料,包括高質量隔熱墻、防水材料、看臺上的半透明聚合物屋面板等等。

4.下諾夫哥羅德體育場(Nizhny Novgorod Stadium)

下諾夫哥羅德體育場位于俄羅斯下諾夫哥羅德市東北部的伏爾加河與奧卡河交匯處,其設計靈感來自伏爾加河的自然元素——水和風,體現了“動靜結合”的設計理念。碗狀的體育館被半透明的波形外立面包裹,切向樓梯徑直通向行人畫廊,賦予了競技場動感的基調。夜晚隨著燈光點亮,體育場能呈現出不同的外立面造型,空靈而又富有創造力。體育場占地127500平方米,造價約170億盧布。屋蓋為桁架結構,支撐在周邊的三角形柱上。

5.伏爾加格勒體育場(Volgograd Arena)

伏爾加格勒體育場位于俄羅斯伏爾加格勒市東部,該場館由德國GMP建筑設計事務所設計,是本屆世界杯最具特色的球場之一。為紀念勝利日,外立面呈現出勝利煙花的形狀,因而該場館也被稱為“不朽的豐碑”。

體育場結構由倒放的截錐形網格外立面、懸索屋蓋和膜屋面三部分組成。懸索屋蓋看起來像是自行車的輪輻,這樣的設計使球場具備了更好的通風功能。膜屋面采用PVC(聚氯乙烯)和ETEE膜材,膜材面積超過了7.6萬平方米。在施工中有三大難點,分別是構件精細化定位、節點焊接和防腐涂層質量的影響。

6.羅斯托夫體育場(Rostov Arena)

羅斯托夫體育場位于俄羅斯羅斯托夫市南部的頓河河畔,該場館由美國著名球場設計公司populous設計,最初的設計理念是“融入海邊環境”,因此屋蓋設計成了高低起伏的形狀與頓河的蜿蜒曲折交相輝映,高低不一的看臺使得觀眾不僅能夠為球賽加油吶喊,還可以欣賞到頓河的美麗風光。后來,由于造價的原因,對屋蓋進行了簡化設計,并采用了膜屋面。

7.加里寧格勒體育場(Kaliningrad Stadium)

加里寧格勒體育場位于俄羅斯加里寧格勒市東南部的十月島上,該場館由法國的Wilmotte & Associés建筑事務所設計,融入了“現代化”的理念,采用玻璃幕墻的外立面,使得整座體育場看起來更像是一座商場而不是體育場。

為了使體育場滿足更多的功能使用要求,體育場屋蓋的最初設計是可開合的,但由于造價的緣故,設計方案進行了多次更改,最終體育場采用了桁架結構體系,并取消了開合屋蓋的設計,同時場館內看臺分為兩層,第二層是可拆卸的,世界杯比賽結束后將會被拆除,可容納人數也將降至2.5萬人。

8.薩馬拉體育場(Samara Arena)

薩馬拉體育場位于俄羅斯薩馬拉市北部,該場館由著名的GMP公司設計,設計理念以“空間”為主題,意在向當地繁榮的航空事業致敬。當夜晚降臨,燈光點亮,整個體育場就像是一個飛碟。

體育場跨度330米,高65.5米。屋蓋為空間網殼結構,可劃分為32個徑向區域,每個區域包括3個安裝塊,每塊區域重277噸,而整個結構的用鋼量超過了1.3萬噸,屋面則采用輕質金屬屋面板。由于場館處在地勢較陡的坡地上,設計者將坡地分成了幾層,不同層之間通過臺階和坡道進行連接。

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