经典结构赏析北京“鸟巢”结构
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我喜爱的一栋建筑——鸟巢在写鸟巢之前,我想写写我对建筑艺术的理解。
记得上“建筑艺术欣赏”的第一节课,我就在想怎么用一个词表达对建筑艺术的理解,当时我想的是“气质”。
下面我就先谈谈对建筑“气质”的理解,同时也是我学习这门选修课最大的收获。
从老子的哲学中可以体验和感悟出,世界上的万事万物都是有精神的,当然,建筑或建筑群也有其精神,正如老子所表达的,这种精神相对物质而存在着,这种精神,也就是其所透露出的气质所产生的美感是超越的,这种气质所产生的美好似无形,却又胜于有形。
这种美感就建筑本身而言是有形的,但真正震撼人心的是建筑所透露出来的气质。
我想对建筑的气质应该这样来描述:建筑的气质之美是天人合一的结晶,是有形物质与无形心态的共振共鸣与亲和;任何建筑的艺术风格,无不是其策划者的气质、设计者的气质、建筑者的气质、使用者的气质的综合反映。
我想用罗丹的一句话来概括我对建筑气质的理解:“美的风景,其动人之处并不在于它呈现的舒适的感觉,而在于它隐示的思想。
”既然讲了建筑的气质,在这里我想谈谈我对鸟巢“气质”的理解。
鸟巢---一个让中国人为之骄傲的建筑。
2008年北京奥运会的的成功举办,鸟巢显尽了风骚,定格为中国的一个符号。
鸟巢由瑞士建筑师赫佐&莫诺所设计,作为开闭幕及田径赛馆场的国家体育场新馆,位于北京中轴线北端,面积达8万多坪,能容10万人。
从建筑结构上赏析:建筑主体结构由系列辐射式钢桁架环绕碗式观众席螺旋而成,体育场室外地形隆起四米,内部作附属设施,避免了下挖土方所耗的巨大投资,而隆起的坡地在室外广场的边缘缓缓降落,依势建筑成热身场地的2000个露天坐席,使建筑产生了迥然不同的建筑形式.从寓意上赏析:记得一位老师说鸟巢有“百鸟归巢”的意思,在中国文化中象征着吉祥与团圆,非常符合中国人的审美观。
在这个的基础上我想加一句,“鸡窝里飞出金凤凰”,虽然用“鸡窝”似乎很不恰当,但是纵观中国一百多年的近代现代史,鸟巢无疑是中国复兴腾飞的象征,其所透露出的吉祥,积极向上的神韵在我心里形成了我对鸟巢气质的理解。
每日鉴赏国家体育场
中国国家体育场“鸟巢”建成于2008年6月,位于北京奥林匹克公园中心区南部,西侧为200m宽的中轴线步行绿化广场,东侧为湖边西路龙形水系及湖边东路,北侧为中一路,南侧为南一路,成府路在地下穿过用地。
“鸟巢”体育场主体建筑为南北长333m,东西宽296m的椭圆型,最高处高69m。
主体钢结构形成整体的巨大型大跨度钢桁架编织式“鸟巢”结构,体育场看台为混凝土碗型结构,两部分在结构体系上脱开。
屋顶围护结构为钢结构上覆盖双层膜结构,即固定于钢结构上弦之间的透明的上层ETFE膜和固定于钢结构下弦之下及内环侧壁的半透明的下层PTFE声学吊顶。
开敞的钢结构网格包围着宽阔的集散大厅,它环绕着碗形看台,是一个开放的城市空间,设有快餐、商店等各类观众服务设施,并设有餐厅层和为主席台观众服务的贵宾接待区和休息区。
“鸟巢”,这件被誉为“第四代体育馆”的伟大建筑作品,见证的不仅仅是人类21世纪在建筑与人居环境领域的不懈追求,也见证了中国这个东方文明古国不断走向开放的历史进程。
鸟巢体育馆的构造和原理鸟巢体育馆位于中国北京奥林匹克公园内,是2008年北京奥运会的主要场馆之一。
它由中国建筑师李小龙与瑞士建筑师雅克·赫尔佐格联合设计,于2003年开始建设,2008年完工。
鸟巢体育馆的建设目标是创造一个可容纳80,000名观众的全功能体育场,同时具有可持续发展且环保的特点。
以下将详细介绍鸟巢体育馆的构造和原理。
首先,鸟巢体育馆的结构由两部分组成:一个外围的钢结构和一个内部的混凝土立柱。
外围的钢结构负责支撑整个体育馆的重量,并为观众提供座位。
设计师选择了钢材作为主要结构材料,因为它具有高强度、高刚度和抗冲击的特点。
此外,钢材还可以很好地适应气候变化和地震等自然灾害,确保体育馆的安全性。
钢结构采用了大跨度的拱形设计,使整个体育馆呈现出了如同鸟巢一般的特点,给人一种轻盈而坚固的感觉。
内部的混凝土立柱则负责支撑整个体育馆的重量,并将荷载传递到地基上。
立柱的设计采用了椭圆截面,增强了立柱的稳定性和承载能力。
此外,立柱之间还通过横梁相互连接,形成了一个稳固的结构。
在鸟巢体育馆的设计中,还考虑到了空气动力学的因素。
为了减少建筑物在强风中的影响,设计师采用了一种新颖的结构方法,即采用了数千个倔强柱和薄壳材料组成的网状外表面。
这种网状结构既增加了体育馆的稳定性,又使得建筑物对风的阻力较小,同时还能够有效地抵挡地震。
在体育馆的建设过程中,设计师还注重节能和环保。
首先,采用了天然通风和自然采光的设计,在一定程度上减少了空调和照明系统的使用,降低了能耗。
其次,建筑外墙还覆盖了一层薄膜,可以起到隔热和保温的作用,进一步降低了能量消耗。
此外,体育馆还安装了太阳能板,能够利用太阳能发电,减少对传统能源的依赖。
总结起来,鸟巢体育馆的构造和原理主要包括钢结构和混凝土立柱的组合、拱形钢结构的设计、椭圆截面立柱的应用、空气动力学因素的考虑以及节能和环保的设计原则。
通过这些工艺和技术的应用,鸟巢体育馆成为了一座具有卓越建筑设计和独特特色的体育场馆,成为了北京市标志性的建筑之一。
【“鸟巢”建筑特点及景观特点浅析】鸟巢的建筑特点国家体育场高低起伏变化的外观设计缓和了建筑的体量感并赋予了戏剧性和具有震撼力的形体。
国家体育场的形象完美纯净外观即建筑的结构,立面与结构达到了完美的统一。
结构的组件相互支撑形成了网络状的构架它就像树枝编织的鸟巢。
空间效果既具前所未有的独创性又简洁典雅。
1、“鸟巢”建筑特点国家体育场的外观以建筑结构的形式直接表现,立面形式和建筑结构达到了完美的统一结构的逐渐相互支撑形成网格状构架,如同一个用树枝编织成的“鸟巢”.其中蕴藏深厚的东方文化内涵:即秩序、内敛的东方美学思想.建筑设计将看似无序的框架纳入严谨的受力体系中,使秩序中存在着无限的变化1.1、基座一坡地景观微微升起的地面,平缓而不易察觉,能使鸟巢与周边环境自然过渡,达到鸟巢与自然的和谐效果。
通过对周边合理的景观设计使鸟巢整体更具亲和力。
银灰色的鸟巢于周边绿化植物交相辉映突出了鸟巢的建筑特点,同时也更有效的利用了空间。
1.2、鸟巢建筑结构和材料有利于通风体育场的“鸟巢”设计方案创造性地应用了建筑材料.体育场屋顶部分构架之间的空间将用一种半透明膜材料ETFE充气垫加以填充.其屋顶的气垫膜安装在构架的外部,保证屋顶达到防水要求,而且雨水还可以被收集起来再利用。
由于用传统方式设计建设的体育场在比赛时场地上往往光线较强,对电视转播和体育比赛有影响。
此外,由于体育场的外立面采用了通透的建筑形式,基本上未设封闭实墙,因此可以保持赛时的自然通风。
1.3、新兴城市景观国家体育场作为2008北京奥运会开、闭幕式的场地及北京的标志性建筑,是北京城市景观的一个重点它的建筑结构富有特色,在建筑体量、空间尺度和体形等方面,都与众不同,引人瞩目。
同时,体育场馆设施作为健身休闲建筑,是人们怀着愉快轻松心情而来的一处公共场所,要求为其服务的建筑和环境优美宜人,使人置身其中或进行活动时,有充分的闲情逸致来品味环境和建筑造型,获得一种建筑美学带来的精神享受。
完整版鸟巢结构介绍
鸟巢,位于北京奥林匹克公园中心区南部,是2008年北京奥运会的主体育场。
它的结构是钢结构,外形结构主要由巨大的门式钢架组成,共有24根桁架柱。
这些柱子共同支撑着一个网格状的构架,外观看上去就像树枝编织成的鸟巢。
鸟巢的内部结构包括混凝土框架和看台结构,两者通过锚固的方式连接在一起。
看台结构位于混凝土框架的上部,并被钢框架覆盖。
混凝土框架的形状和分布都与鸟巢的外部结构相对应。
在建筑顶部,鸟巢的顶面呈鞍形,长轴为332.3米,短轴为296.4米,最高点高度为68.5米,最低点高度为42.8米。
整个体育场结构的组件相互支撑,形成网格状的构架,外观看上去就像树枝编织成的鸟巢。
此外,灰色矿质般的钢网以透明的膜材料覆盖,高低起伏的波动的基座缓和了容器的体量,而且给了它戏剧化的弧形外观。
这种结构不仅展现了现代科技的卓越成就,也体现了人与自然和谐相处的理念。
总的来说,鸟巢以其独特的结构和精心的设计,成为了北京的地标性建筑之一,同时也成为了中国现代建筑的代表作之一。
.鸟巢的结构特点2008年北京奥运会主体育场——“鸟巢”的设计方案是经全球设计招标产生的。
最后由2001年普利茨克奖获得者赫尔佐格、德梅隆与中国建筑师李兴刚等合作完成的巨型体育场设计,形态如同孕育生命的“巢”,它更像一个摇篮,寄托着人类对未来的希望。
设计者们对这个国家体育场没有做任何多余的处理,只是坦率地把结构暴露在外,因而自然形成了建筑的外观。
该设计方案主体由一系列辐射式门式钢桁架围绕碗状坐席区旋转而成,空间结构科学简洁,建筑和结构完整统一,设计新颖,结构独特,为国内外特有建筑。
“鸟巢”于2003年12月24日开工建设,2004年7月30日因设计调整而暂时停工,同年12月27日恢复施工,2008年5月全部竣工。
工程总造价22.67亿元。
“鸟巢”建设地点在北京市朝阳区安定路甲3号即北京奥林匹克公园内,亚运村北。
建筑面积达25.8万㎡。
场馆内永久座席80000个,临时经座席20000个。
“鸟巢”的赛时功能有:田径、足球、标枪、链球、铁饼;赛后功能是:国际国内体育比赛和文化、娱乐活动。
“鸟巢”外形结构主要由巨大的门式钢架组成,共有24根桁架柱。
国家体育场建筑顶面呈鞍形,长轴为332.3米,短轴为296.4米,最高点高度为68.5米,最低点高度为42.8米。
体育场外壳采用可作为填充物的气垫膜,使屋顶达到完全防水的要求,阳光可以穿过透明的屋顶满足室内草坪的生长需要。
比赛时,看台是可以通过多种方式进行变化的,可以满足不同时期不同观众量的要求,奥运期间的20000个临时座席分布在体育场的最上端,且能保证每个人都能清楚的看到整个赛场。
入口、出口及人群流动通过流线区域的合理划分和设计得了完美得到的解决。
鸟巢设计中充分体现了人文关怀,碗状座席环抱着赛场的收拢结构,上下层之间错落有致,无论观众坐在哪个位置,和赛场中心点之间的视线距离都在140米左右。
“鸟巢”的下层膜采用的吸声膜材料、钢结构构件上设置的吸声材料,以及场内使用的电声扩音系统,这三层“特殊装置”使“巢”内的语音清晰度指标指数达到0.6——这个数字保证了坐在任何位置的观众都能清晰地收听到广播。
鸟巢设计知识点归纳总结鸟巢是一座标志性建筑,位于中国北京市奥林匹克公园内,是2008年北京奥运会主体育场之一。
鸟巢设计独特,兼具美学和科技,成为世界瞩目的建筑奇迹。
本文将从结构特点、建造材料、功能以及影响等方面对鸟巢设计的知识点进行归纳总结。
一、结构特点鸟巢是一座采用钢结构的球面建筑,其独特的结构特点是其最大的亮点。
设计师以“窑炉”,“石灰窑”等自然景观为参考,利用了自重式摆顶结构,使整个建筑看起来像一只用绳子编织而成的鸟巢,因而得名鸟巢。
此外,鸟巢还具备良好的抗震性能和安全性,满足了国际标准。
二、建造材料鸟巢采用钢结构和混凝土作为主要材料,这些材料既保证了建筑的稳定性和安全性,又能实现设计师独特的创意。
钢结构能够承受较大的压力和重量,为球面建筑提供了坚固的支撑。
而混凝土则用于鸟巢的外观装饰和保温层,使整个建筑更加美观和舒适。
三、功能鸟巢设计不仅仅是一个体育场馆,它还具备多种功能,为奥运会提供了多场馆的共用空间。
鸟巢内设有附属矩形体育场、高尔夫球场、篮球馆、网球场等,可容纳各种不同类型的体育赛事。
此外,鸟巢还具备良好的观赏价值,每年吸引了无数游客前来参观和拍照。
四、影响鸟巢设计的成功对建筑行业产生了深远的影响。
首先,鸟巢成为了世界级建筑奇迹,吸引了全球的关注。
其次,鸟巢的设计风格和创意被许多建筑师所借鉴和模仿,鸟巢风格的建筑或设计元素逐渐在世界范围内流行起来。
最后,鸟巢的成功也为中国的建筑业树立了崭新的形象,在世界上展现了中国的建筑实力和创新能力。
综上所述,鸟巢设计以其独特的结构特点、使用的建造材料、多种功能以及造成的影响成为了一项令人称赞的建筑盛事。
无论是作为奥林匹克公园的主体育场还是作为一座标志性建筑,鸟巢都是中国建筑界的典范,很好地展示了中国建筑创新的力量和实力。
前言
北京"鸟巢"即国家体育场,是一个异性空间结构体系,外形非常复杂,但其也是由简单的基本结构单元-桁架组成的。
本文借用他人的论文,一起赏析这个经典的建筑结构。
1 概述
“鸟巢”的主体钢结构由主结构与次结构两部分
构成,主结构包括主桁架与桁架柱,次结构包括顶面次结构、立面次结构以及立面大楼梯。
其中位于屋顶的主桁架相互交叉,与顶面和立面的次结构共同编织,形成了“鸟巢”结构体系。
主场看台部分采用钢筋混凝土框架-剪力墙结构体系,与大跨度钢结构完全脱开。
“鸟巢”钢结构的几何构形非常复杂,建筑造型与结构体系高度一致。
屋顶和立面的几何曲面与各种构件布置是通过应用一些基于建筑造型的设计规则来确定的。
同时考虑建筑的使用功能、减小用钢量、降低钢结构加工制作难度等原因,对这些规则进行了适当调整。
上图是“鸟巢”巨大的钢节点安装过程照片
在设计过程中应用CATIA 软件(飞机、轮船、汽车等的专业设计软件)确定“鸟巢”钢结构的几何形状与构件布置,这也是CATIA 软件在中国建筑工程中首次得到应用。
2 “鸟巢”钢结构的几何构型
坐标原点位于体育场中心,首先在-9.0m 标高的平面上建立体育场屋盖立面的内表面在水平面的投影,其24 个等分点分别为24 根桁架柱内柱的位置,如图1。
内表面与外表面的构型方法见图2。
在标高60.0m 的参考点处,沿xz 平面放置半径为719.900m 的圆弧R1,沿yz 平面放置半径为882.706m的圆弧R2,将R2 以R1 为母线平行滑动,即可得到屋顶外表面的双曲面,如图3 所示。
将椭圆台与屋盖曲面相交,形成体育场屋盖立面的外表面轮廓线,如图4 所示。
屋盖内环开洞的轮廓由2 段椭圆弧与2 段圆弧构成,如图5 所示。
通过24 根内柱的形心做直线与屋盖内环相切,可以得到48 榀交叉布置主结构的平面定位轴线,如图6 所示。
通过24 根内柱的形心做直线与屋盖内环相切,可以得到48 榀交叉布置主结构的平面定位轴线,如图7,8 所示。
上图是“鸟巢”早期设计时的结构模型,主结构桁架非常明显
顶面次结构与立面次结构均位于屋盖结构的外表面。
次结构的主要作用是减小主结构构件面外的无支撑长度,增强其侧向稳定;顶面次结构将屋盖顶面划分为较小的板块,以便于安装屋面膜结构。
屋盖次结构的布置尽量做到疏密均匀,最终形成了建筑师要求的“鸟巢”艺术效果,如图9,10 所示。
3 结构模型的调整与简化
3.1 屋面分区
为了符合我国目前钢结构加工制作工艺水平与现场地面拼装、焊接的实际条件,应当尽量降低构件加工制作难度与施工复杂性。
因此,需要对屋盖结构的几何构型进行适当的简化。
国家体育场屋盖结构的几何曲面可以根据其曲率半径与建筑效果要求划分为如图11 所示的四个区
域:
1)肩部圆弧部分以下的立面区域,曲率半径较大,与观众的距离最近,称为A 区;
2)肩部圆弧部分,曲率半径很小,与观众的距离较近,称为B 区;
3)紧邻肩部圆弧部分的顶面过渡性区域,曲率变化较大,与观众的距离较远,称为C 区;
4)顶面的其他区域,曲率半径很大,与观众距离最远,称为D 区。
其中,A 区与B 区的建筑外观要求最高,C 区次之,D 区要求最低。
A 区和B 区的构件均为扭曲箱形截面。
考虑到屋盖顶面D 区覆盖的面积较大,因此对其几何曲面进行简化,将主桁架和次结构轴线简化为分段折线,构件均为直线箱形截面。
C 区为B 区与D 区之间的过渡区。
如图12 所示。
3.2 主桁架
主桁架围绕屋盖中部的洞口呈放射形布置,有22榀主桁架直通或接近直通,并在中部形成由分段直线构成的内环桁架。
主桁架弦杆在相邻腹杆之间保持直线,代替空间曲线构件,同时有效地避免P-Δ 效应。
主桁架立面展开图如图13 所示。
3.3 桁架柱
国家体育场钢结构的24 根桁架柱均由一根垂直的菱形内柱和两根向外倾斜的
外柱、以及内柱与外柱之间的腹杆组成,如同垂直放置的变高度三角形管桁架,在桁架柱的顶部外柱连续弯扭逐渐成为主桁架的上弦。
外柱截面尺寸均为近似1200×1200 的箱形截面。
腹杆尺寸均为1200×1000 的箱形截面,与内柱同宽,增加传力的直接性。
桁架柱腹杆尽量连接于外柱与立面次结构的交点的位置。
内、外柱节间长度尽量均匀,避免腹杆之间的夹角过大或过小。
典型的桁架柱如图图14 所示。
上图是“鸟巢”桁架柱施工照片
3.4 顶面与立面次结构
次结构随着钢结构表面的曲率变化而同时弯曲、扭转,通过中面投影法得到接近方形截面构件,从而可以保证构件平滑连续性。
对于立面次结构,由于与观众的距离很近,建筑师非常强调钢结构加工应保持理想曲面的效果,故此构件形式主
要为弯扭构件。
屋顶结构距地面高度较大,行人的视线很难直接看到,故此将空间扭曲形次结构构件简化为轴线为直线或分段直线箱形构件。
上图是“鸟巢”的结构俯视照片,可看出结构的桁架脉络
将空间弯扭次结构构件简化为普通箱形构件后,加工成本可以显著降低。
屋面次结构经过简化处理后,与理想建筑曲面误差很小。
采用CATIA 软件建立的“鸟巢”钢结构的实体模型如图15 所示。
3.5 计算模型
在结构分析模型中,结构单元采用梁单元。
由于建筑要求主桁架弦杆在变截面处保持外表面平齐,在组合柱顶部不可避免地存在一定的偏心,在结构分析模型中采用以下模拟技术减小构件偏心对结构分析结果的影响。
(1)利用ANSYS中的“OFFSET”功能及SAP2000中的“INSERTION POINT”
功能,可以真实地模拟构件之间偏心连接产生的局部弯矩效应。
(2 )柱基础:在ANSYS 中采用“RIGIDCONSTRAINT”及在SAP2000 中采用“RIGID BODY”功能将三根柱在标高1.5m 以下合并为一个T 形截面梁单
元模拟柱底版埋入式柱脚形式。
通过设置弹簧刚度的方式考虑桩基础刚度的影响。
(3)屋檐曲线区构件直线化处理-在处理弯扭构件时,采用矢高控制法,用分段折线代替理想曲线。
上图是“鸟巢”桁架柱与桁架交接的构件
4 小结
国家体育场造型独具匠心同时又极其复杂,设计中首次运用了CATIA 大型三维建模软件,依据本文介绍的几何构型方法完美地搭建了“鸟巢”三维模型。
同时也采取了多项简化措施,使得“鸟巢”造型与结构体系完美统一的构想最终得以实现。