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建筑“面纱”的工程设计艺术——天津团泊国际网球中心幕墙设计

来源:CCDI中建国际设计  作者:吕强  日期:2016-12-5
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  作为重要的城市建筑节点,体育建筑具有许多非常清晰的特点。在这里仅从建筑外立面造型设计的细节处理方面进行一些探讨。

  本篇文章内容由[中国幕墙网]编辑部整理发布:

  1 细节设计的重要性

  作为重要的城市建筑节点,体育建筑具有许多非常清晰的特点。在这里仅从建筑外立面造型设计的细节处理方面进行一些探讨。

  体育建筑体量宏大、结构复杂。作为大型活动的人员集散场所,体育建筑内外均具有超大规模空间,其造型设计受其结构、空间特点影响,与常见其他类型公共建筑有明显的不同。为满足超大空间的需求,体育场馆大量应用钢结构和多种幕墙体系(包括玻璃聚碳酸酯板石材预制(词条“预制”由行业大百科提供)混凝土板、金属板等)构成其外立面及屋面系统。

  幕墙系统犹如罩在建筑外面的一层“面纱”,这层“面纱”与钢结构系统的组合设计是决定建筑成败的关键之一。钢结构不同于混凝土结构,几乎可以在其完成面上进行任意的安装、固定施工。钢结构由非常精确的杆件组成,所有的幕墙系统均需要进行精确的效果设计、造型设计、尺寸设计、构造设计、定位和安装设计,还要充分考虑原材料的生产、加工、切割工艺,研究材料的力学特性、声学特性、保温性能、加工表现力、耐久性、抗老化喷涂工艺等多方面的性能。这涉及到整个系统的大量细节设计,所有的细节组合在一起,才能够创造出富于表现力的整体建筑形象。

  2 天津团泊湖国际网球中心概况

  天津团泊湖国际网球中心坐落于天津市静海县团泊新城西区,是现代化的专用网球比赛场地,同时也是2013年东亚运动会的主场馆之一(图1,2)。项目包括一座可开启屋盖的10 000人决赛场、一座4 000座覆盖罩篷的半决赛场、一座多功能体育会所以及一些室外比赛及练习场地。

  3栋建筑的外立面设计均采用整体设计的手法。在混凝土结构外,通过钢结构来支撑屋面和罩篷,采用略微倾斜的造型,增强建筑的趣味性(图3)。钢结构外部的半透明阳光板百叶将观众大厅界定为一个半室外空间,在为观众遮光挡雨的同时,引入了自然通风,加强了主体建筑与室外空间之间的过渡,充分体现了现代建筑结构与建筑造型设计的有机结合(图4,5)。

  3 网球中心幕墙系统设计

  3.1 结构设计逻辑

  中心赛场是一座具备可开启屋盖的现代化多功能场馆。屋面的开启方式如图6所示。两片半叶形的屋面各自沿着一个圆形轨道运动,运行180°后完全开启,同向再运行180°后关闭。

  建筑钢结构(词条“建筑钢结构”由行业大百科提供)设计全部以“开启屋盖”为核心,通过重复两个圆形轨道得到屋面钢结构的上下弦连接杆件系统,并采取类似逻辑将钢柱体系进行分解,得到内外两套倾斜钢柱系统,用螺旋上升的桁架进行连接,最终形成整体外部的钢结构系统(图7)。

  3.2 结构与幕墙系统体量生成分析

  钢结构系统的生成除了遵循“可开启屋盖”的设计原则之外,仍然需要一套可以数据化控制的系统来描述其生成逻辑,以帮助所有的构件进行定位,并将外表面的幕墙系统模数化、系统化,保证所有幕墙构件的生产、加工以及安装,最终实现设计意图。

  如图8所示的一系列分析图详细描述了建筑造型的生成过程。首先,量化设计结果。建筑的上、下表面均为一个标准的圆形,它们的圆心在平面上相差5m,然后将两个圆形的边缘连接成面,得到建筑的立面。单纯从这一结果来看,显然无法对系统的其他构件进行精确定位和描述。第二,寻找体量。连接上下圆心得到某个体量的轴线,并通过向其做垂线得到一个半径,加上圆形的半径,可以清晰地得到设计所需的体量,它实际上是椭圆形柱体的一部分。通过精细的计算,可以将切面控制为一个设计需要的圆形。最后,按照一定的间距提取椭圆形柱体上的一系列椭圆线(这些椭圆都是可以描述的且完全相同)得到幕墙系统的龙骨系统,并在此基础上得到幕墙阳光板(词条“光板”由行业大百科提供)的标准单元。

  3.3 幕墙设计分析

  在推理出建筑的体量之后,大量的分析和推敲工作就集中在这个环节。设计需要对幕墙系统的尺度、效果等进行反复的推敲和测试,来获得最好的效果。这包括幕墙单元的长度、宽度、颜色、透明度、安装角度、安装间距、组合方式等多维度的评价和视觉测试,以及电脑模型和手工模型的组合运用等。

  3.4 幕墙系统构件设计

  幕墙系统的构件设计是最容易被忽视的“细节”。很多建筑师在初次接触幕墙系统工程时认为整体效果得到认可了,整套幕墙系统的设计就可以告一段落了。恰恰相反,真正出色的幕墙系统设计最重要的正是它的安装构造设计。只有真正关注到构件的尺度、材质、安装方式,才能控制最后的成品效果。在这里设计需要关注但不限于如下要点:

  (1)材料的加工、运输尺寸。涉及到在幕墙单元中材料是否需要被切割,是否会出现不可预料的安装缝以及如何处理安装缝等问题。

  (2)材料的各方面特性。涉及到材料能否满足造型要求,是否需要进行二次加工,是否满足设计的颜色要求,是否满足最后的质量要求等。

  (3)安装的复杂性。在一个大型项目的施工现场,不可能要求所有的施工人员都能够理解设计图纸,很多人只是某一方面的精通者,无法了解建筑师对于全局的控制目标。所以,应该尽可能将所有的安装构造都通过最简单的逻辑表述清楚,并采取最有效的设计来降低出现误差的几率。

  天津团泊湖国际网球中心采用了标准的龙骨、檩条、安装件、幕墙单元的构造层次(图9),并通过前面提到的结构及幕墙生成分析,对幕墙系统安装所需的龙骨系统进行了精确定位,这就意味着檩条系统也可以被精确地安装到位(图10)。如图11所示,主钢结构杆件与槽钢龙骨之间的可调节连接件非常重要,对于保证所有的龙骨都能够被控制在设计要求的体量上,同时消解钢结构施工所产生的误差,起到了关键的作用。

  为了有效地控制造价,并满足抵抗当地风压的要求,设计将阳光板单元进行了折边处理。这一简单的构造处理达到了有效增加板材(词条“板材”由行业大百科提供)的抗风压性能、降低板材厚度、控制造价、保证设计效果的目的。

  由于立面上的各层阳光板从设计效果上要求被扭转成不同的角度,因此设计了14种不同角度的连接件。施工人员无需关注到底需要将幕墙单元扭转多少,他们只需按照立面图纸所示的分区,将不同的连接件安装至檩条上,然后将每一块幕墙单元与连接件连接即可达到设计要求(图12)。

  4 结语

  通过天津团泊湖国际网球中心的设计,笔者对于大型体育建筑的幕墙设计有以下几点心得:

  (1)尽可能地将建筑体量通过设计手段进行逻辑化、数据化处理,为后续设计工作提供一个良好的基础,毕竟类似“鸟巢”的工程是不具备可复制性的;

  (2)深入了解选用材料的特性,挖掘其内在潜力,并尝试进行创新应用,在控制造价的前提下,创造新的设计效果;

  (3)充分了解施工工艺,尽可能将复杂的设计图纸转变为简单而便于控制的施工手段,避免不可预测的结果出现,以保证项目的最终完成度。

  作者简介

  吕强,CCDI中建国际设计副总经理、设计总监。主要作品:国家游泳中心、北京奥林匹克公园网球中心、老挝万象2009年第25届东南亚运动会主场馆群、天津团泊新城国际网球中心、天津团泊新城多功能体育馆、福州海峡奥林匹克体育中心、天津西青区体育中心、唐山曹妃甸体育休闲公园、天津西青张家窝小学等。

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