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國家大劇院6750噸鋼網架結構中間沒有一根柱子,如何做到的!
作者:玖盛發網架加工   發布于:2020/10/30 16:12:58   點擊量:

   國家大劇院在建筑方面的確體現了國際一流的水準,開創了國內建筑的先河,進行了許多大膽的嘗試,如采用鈦金屬板這種主要用于制造飛機等航空器的金屬材料作為建筑屋面材料,大膽的橢圓形外觀和四周的水面構成了一個水上明珠的建筑造型,新穎、前衛,構思獨特,整體上體現了21世紀世界標志性建筑的特點,堪稱傳統與現代、浪漫與現實的完美結合。

  國家大劇院設計之初有兩個原則:

  第一,它是世界一流的劇院;

  第二,它不能搶過人民大會堂。最終的大劇院以一個龐大的橢圓呈現在世人面前,成為一個造型新穎,構思獨特的地標性建筑。

  根據法國著名建筑師保羅·安德魯的構想,國家大劇院建成后的景觀如下:巨大的綠色公園內,一泓碧水環繞著橢圓形的銀色大劇院,鈦金屬板和玻璃制成的外殼與晝夜的光芒交相輝映,色調變幻莫測。劇院的四周是部分透明的金色網狀玻璃墻,頂上是從建筑內部能夠看到的天空。有人將建成后大劇院的外形形容為“一滴晶瑩的水珠”。

  然而,要把法國建筑師的作品從圖紙變成現實,卻并不那么容易。建筑屋面呈半橢圓形,整個建筑漂浮于人造水面之上,行人需從一條80米長的水下通道進入演出大廳。具有柔和的色調和光澤的最大跨度達212米的鈦金屬覆蓋只有0.44毫米厚!可見其技術難度有多大。

  面對一系列的技術難題,施工者是怎樣解決的呢?大劇院業委會黨委書記王爭鳴介紹說,就現在的建筑水平來說,許多技術難題并不是沒有方案解決,難就難在盡可能少花錢,找到最優解決方案。

  1.中國第一大穹頂由6750噸鋼梁架起

  國家大劇院殼體結構由一根根弧形鋼梁組成,這個巨大的鋼鐵天穹幾乎可以將北京工人體育場全部罩住。

  令人驚奇的是,如此巨大的鋼架結構中間卻沒有用一根柱子支撐。也就是說,重達6750噸的鋼結構要完全依靠自身的力學結構體系來保證安全穩定。

  這種柔性的設計使得國家大劇院就像一個太極高手,用以柔克剛、四兩撥千斤的手段化解了來自外界的各種力量。在大劇院的鋼結構設計中,整個鋼結構的用鋼量每平方米僅197公斤,低于許多同類的鋼結構建筑。這個殼體鋼結構施工難度極大,在吊裝鋼梁時,使用了國內最大噸位的吊車。

  2.澆筑地下隔水墻,防周邊地基沉降

  國家大劇院高46米,但其地下深度卻有10層樓那么高,有60%的建筑面積都在地下,最深達到32.5米,是目前北京地區公共建筑最深的地下工程。

  大劇院地下蘊藏著豐沛的地下水,這些地下水所產生的浮力可以托起重達100萬噸的巨型航母,如此巨大的浮力足以托起整個國家大劇院。

  傳統的解決辦法是將地下水不停地抽出,但這樣抽取地下水的后果是,將會在大劇院一帶的地下形成一個5公里范圍的"地下水漏斗",導致周邊地基發生沉降,甚至地面建筑可能出現裂縫。

  為了解決這一難題,工程技術人員經過精密調研,用混凝土從地下水最高水位直到地下60米黏土層,澆筑一道地下隔水墻。這個由地下混凝土墻體形成的巨大"水桶",可以將大劇院地基圍得嚴嚴實實。水泵就在"水桶"里面將水抽走,這樣,無論地基里怎么抽水,"水桶"外的地下水也不會受影響,因而周圍的建筑物也就安然無恙。

  3.密閉空間的空調

  國家大劇院是一個封閉建筑,沒有對外窗戶,在這樣的密閉空間,室內空氣要完全依靠中央空調來調節,因此對空調的健康功能就提出了一定要求。在SARS之后,大劇院的工程人員對空調的安裝、回風系統、新風機組的標準等提高了標準,進一步完善,以確保中央空調符合健康標準。

  4.鈦合金屋面的安裝

  大劇院的屋面有36,000平方米,主要由鈦金屬板和玻璃板拼裝而成。鈦金屬強度大,耐腐蝕,且色澤好,是一種主要用于制造飛機等航空器的金屬材料。屋面將由10,000多塊約2平方米大小的鈦板拼裝而成。由于安裝角度總在變化,每一塊鈦板都是一個雙曲面,面積、尺寸、曲率都不同。鈦金屬板的厚度只有0.44毫米,既輕且薄,如同一張薄薄的紙,因此下面必須有一個由復合材料制成的襯層,每一塊襯層也將切割成與上面的鈦金屬板同樣大小,因此這個工作量和工作難度都極大。

  目前,在國際上還沒有這么大面積在建筑屋面使用鈦金屬板的。日本的建筑使用鈦板的較多,這一次大劇院將委托日本的一家廠商來制作鈦金屬板。

  5.屋面殼頂的清洗

  鈦金屬屋面殼頂的清洗是件麻煩事,有人提出,如果使用人工清潔的方式,會顯得笨拙而不美觀,應采用先進技術來解決。

  目前,工程人員正傾向于選擇一種高科技的納米涂料,涂上這種涂料后,附著物將不會沾到物體的表面,只要用水一沖,所有污垢將全部被沖刷干凈。

  但由于這是一項新技術,還沒有類似的工程實例可以參考,工程人員正在對這種納米涂料進行試驗室強化試驗,是否采用還要等試驗結果出來以后才能下定論。

  6.石材全部國產,呈現錦繡大地

  大劇院共使用了20多種天然石材,全部來自國內十余個省市。僅大廳的22個區域就使用了十余種石材,名為"錦繡大地",寓意中華民族的錦繡山河。

  有來自承德的"藍鉆"、山西的"夜玫瑰"、湖北的"滿天星"、貴州的"海貝花"……其中很多都是稀有品種,如產自河南的"綠金花"已是絕版石材。

  鋪設在橄欖廳產自北京的"白玉翡翠"為白色石材帶斜線綠筋,斜線紋路天然生成,且全部朝同一方向,十分罕見。大劇院石材鋪設總面積約10萬多平方米,工程人員堅持使用國產石材,幾經周折才全部找到在色彩和紋路上吻合設計師理念的石材。

  如此大規模的無輻射石材開采、加工對工程人員來說也是巨大的挑戰,就連設計師安德魯也驚嘆于中國石材的繽紛艷麗和中國石材開采、加工技術的精湛。

  7.快速安全撤離

  國家大劇院三個劇場總共能容納5500人左右,加上演職人員最多時達7000人,由于國家大劇院獨特的設計,劇院四周被一個巨型露天水池所圍,因此一旦發生火災等突發事件,如何迅速將7000名觀眾從這個四周被水包圍的“蛋殼”里安全撤離,在設計之初,就是設計師們需要解決的棘手難題。

  實際上,國家大劇院的消防疏散通道最終是按1.5萬人能迅速撤離的標準設計的。其中,在地下3米和7米處,各有觀眾疏散通道8到9處,它們從巨型水池底下穿過,直通外部廣場。觀眾通過這些通道,能夠在4分鐘之內全部安全疏散,這比消防條例中規范的6分鐘的時間還要短。

  此外,在劇院與露天水池之間設計有一條寬達8米的環形消防通道,相當寬敞,可容納兩輛消防車并排通行,同時還留有兩米寬的人行通道,消防隊員可通過消防通道及時到達著火點,這樣消防人員與被疏散人員可以各走各的路,互不干擾。

  這座“城市中的劇院、劇院中的城市”以一顆超越想象的“湖中明珠”的奇異姿態出現。表達的是內在的活力,是外部寧靜籠罩下的內部生機。大劇院代表了一個時代的結束與另一個新的時代的開始。

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