国家大剧院建筑结构分析

大跨度建筑分析ANALYSISOFLONGSPANCONSTRUCTION——中国国家大剧院·建筑介绍中国国家大剧院位于北京市中心天安门广场西，人民大会堂西侧，西长安街以南，由国家大剧院主体建筑及南北两侧的水下长廊、地下停车场、人工湖、绿地组成，总占地面积11.89万平方米，总建筑面积约16.5万平方米。大剧院选址主体建筑由外部围护钢结构壳体和内部歌剧院、音乐厅、戏剧院、公共大厅及配套用房组成。椭球壳体外环绕人工湖，湖面面积达35500平方米，通道和入口都设在水面下。外部围护钢结构壳体呈半椭球形，平面投影东西方向长轴长度为212.20米，南北方向短轴长度为143.64米，建筑物高度为46.285米，基础埋深的最深部分达到-32.5米。椭球形屋面主要采用钛金属板饰面，中部为渐开式玻璃幕墙。国家大剧院高46.68米，比人民大会堂略低3.32米。·建筑概况顺台阶可下到地下5米进入大剧院，两侧设有无障碍通道壳体结构就是曲面的薄壁结构，按曲面生成的形式分为筒壳、圆顶薄壳、双曲扁壳和双曲抛物面壳等，材料大都采用钢筋和混凝土。优点：壳体能充分利用材料强度，同时又能将承重与围护两种功能融合为一。薄壳结构的优点是可以把受到的压力均匀地分散到物体的各个部分，减少受到的压力。实际工程中还可利用对空间曲面的切削与组合，形成造型奇特新颖且能适应各种平面的建筑。缺点：较为费工和费模板。各类薄壳结构屋顶整个钢壳体共有148榀梁架，短轴可见区域的梁架截面仅为60mm钢板制作的梁板，不可见区域为上下翼缘不等宽焊接H型钢截面，整体线性屈曲特性值约3.5，按国内规范原是不通过的。按照国内规范用钢远超过6750t，原设计用钢将达8万吨。这一设计节约了大量钢材。大剧院的进入口.国家大剧院工程于2001年12月13日开工，于2007年9月建成。国家大剧院由法国建筑师保罗·安德鲁主持设计，设计方为法国巴黎机场公司。国家大剧院建筑屋面呈半椭圆形，由具有柔和的色调和光泽的钛金属覆盖，前后两侧有两个类似三角形的玻璃幕墙切面，整个建筑漂浮于人造水面之上，行人需从一条80米长的水下通道进入演出大厅。大剧院造型新颖、前卫，构思独特，是传统与现代、浪漫与现实的结合。国家大剧院内有四个剧场，中间为歌剧院、东侧为音乐厅、西侧为戏剧场，南门西侧是小剧场，四个剧场既完全独立又可通过空中走廊相互连通。公共大厅的地板铺着20多种颜色不一、花纹各异的名贵石材，公共大厅天花板由名贵木材拼贴成一片片“桅帆”，木质的红色深浅不一，明暗相间。来自法国的著名画家阿兰·博尼用超过20种不同的红色点染大剧院的各个部分。整个大剧院的墙面丝绸铺设面积达到4000平方米。·建筑构成国家大剧院主体建筑为独特的超椭球形钢结构壳体。壳体表面由钛金属板和超白透明玻璃共同组成，两种材质的巧妙拼接呈现出唯美的曲线，营造了舞台帷幕徐徐拉开的视觉效果。壳体外围被水色荡漾的人工湖环绕，湖水如同一面清澈见底的镜子，波光与倒影交相辉映，共同托起这个巨大而晶莹的建筑。·建筑外观大剧院建筑屋面呈半椭圆型,由钛金属板覆盖,前后两侧有两个类似三角形的渐开式玻璃幕墙切面.国家大剧院主体建筑为钢结构。超椭球体壳为一个超大空间壳体，壳体经过精确数字计算得出系数为2.24的超级椭球，其外围护装饰板面积约36000m2。巨大的壳体融合建筑与结构，墙面与顶面浑然一体没有界限。整个钢壳体由顶环梁、钢架构成骨架，148榀(其中102榀不露明，46榀露明)弧形钢架呈放射状分布，钢架之间由连杆、斜撑连接，壳体钢架从外观看似是落在水中，实际上下部是支撑在3m宽2m高的巨大混凝土圈梁上。设计考虑到方便施工及加工周期问题，壳体钢结构构件尽量标准化，并易于装配。·主体结构大剧院建筑屋面呈半椭圆型,由钛金属板覆盖,前后两侧有两个类似三角形的渐开式玻璃幕墙切面,整个建筑漂浮于人造水面之上.大剧院壳体除部分为玻璃幕墙外，其它均为钛金属复合板装饰总面积约30800m2，每块尺寸约2000mm800mm4mm的钛板(0.3mm钛板+3.4mm氧化铝+0.3mm不锈钢)，共使用了20000多块。钛金属板最外层的0.3mm“贴膜”钛金属是日本进口的，并对其进行了特殊氧化处理以经得起将来的清洗。其特点为化学性质稳定常态下不易被氧化、表面金属光泽极具质感、自重轻、强度高、耐腐蚀、15年不变颜色。目前在国际上还没有这么大面积在建筑物表面使用钛金属板的先例。·材质分析钛金属板大剧院的多层结构和功能厅.从满足功能(防水、保温、声学、消防排烟等)及美观效果方面出发，壳体共分六层材料(从外向内的顺序)：钛板(外装饰)、锤纹铝镁合金板(防水)、玻璃纤维棉(保温)、2mm钢板(衬板)、100kg／m3K13粉末(吸音)和红木吊顶(内装饰)。主要构造为主钢梁上的调节牛腿固定檩条及次檩一条，在次檩条上固定2mm钢衬板及T型码，在2mm衬板上粘贴固定长玻璃纤维保温层，其上为固定在T型码上防水板的，T型码上再固定三次檩条，最外层的钛板固定在三次檩条上，2mm衬板内层喷K13的吸音材料，在主钢梁内侧固定钢龙骨安装红木吊顶。剧场内的弧形楼梯.壳体内层的装饰，关系到整体空间的建筑效果，因此对深红色木质表面的选择也经过了仔细推敲。为此从技术和美学的角度研究了非洲和南美的树种，最终选定非洲巴度红木贴皮并经防火处理的木条(宽120mm)，板厚约13mm(0.6mm的木皮+12mm多层阻燃板)木条之间留有30mm空隙，用以解决声学和回风(在壳体内侧红木吊顶与衬板之间西南和东南侧为回风口)的技术问题。钛板外侧水平环向沿板缝设有清洗轨道，钛板缝中布置了由下部引上的清洗水管，并在相应位置预留了接管点，可直接用软管清洗。清洗保洁人员可通过室内歌剧院顶部的预留人孔，上达壳体玻璃与红木吊顶内，然后沿检修马道至壳体顶部的排烟窗，由排烟窗上至壳体外部，利用可沿轨道滑行的活动梯子，进行日常的维护和清理工作。玻璃幕墙通过铝合金梁(转接件)与主钢架牛腿连接。国家大剧院玻璃幕墙与钢结构连接与普通幕墙不同，它的转连接是用螺栓连接(一般其他工程为焊接)，转接件本身即为装饰件，无需再单独装饰铝扣板。建筑师利用金属网的通透性，使简单厚重的建筑结构在视觉上形成为多维空间，轻盈简捷又不失空间的纵深感站在壳体的公共空间内，人们可以看到弧形的金属网从高处垂下，将歌剧院与壳体公共空间分隔开来隐隐透出淡黄色人们可以透过金属网看到歌剧院环廊内人们活动的场景，若隐若现，朦胧而神秘，激发人们的好奇、想象和思索。建筑师充分利用了金属网的特点来提升室内的装饰效果。透过歌剧院的金属网看外景·艺术灯具建筑的照明已被越来越多的建筑师所重视，它已成为建筑创作中不可缺少的重要环节，一个好的建筑师在建筑创作中就应把选用何种建筑装饰材料、建筑风格和需要何种照明放在一起综合考虑。在国家大剧院设计中，无论是室外还是室内，建筑师亲自参与了光源及灯具的设计，把灯具视为工程设计的一种建筑装饰材料，从传统的设计方式跳出来，用一种新的思路重新审视灯具与建筑的完美结合方式。建筑师最大的愿望，是让灯具变成一件雕塑品，产生视觉美感，创造优美的艺术效果。歌剧院内部通过水下长廊进入橄榄厅国家大剧院的一大设计特色就是剧场入口。一般的剧院都是观众直接进入剧院的门厅再到剧场，而安德鲁却要突出人们进入剧场前气氛渲染的过程，因此设计了一条长达80米的水下长廊，其顶部采用通透的玻璃，玻璃上面盛有水，设计师希望观众从水下走过的时候能够透过水体看到穹顶的轮廓，让人慢慢地步入到这个艺术殿堂里面来。这一构思对长廊的钢结构和廊柱的工艺要求非常高，连节点都要求做得像工艺品一样精致。·入口设计·歌剧院歌剧院内部也用这样的金属网包裹着，但看上去却不觉得有金碧辉煌的冰冷，声音穿过金属网后再反射回来，形成“自然声”，这样就形成了视觉的弧形和听觉空间的多边形，做到了建筑声学和剧场美学的完美结合。即使在没有麦克风的条件下，舞台上的声音，台下各个角落的观众都能听到。观众厅后墙是回声的主要发源地，在后墙做了足够的宽频带吸声材料，为了与观众厅装修风格协调具体构造，紫红色丝布后面为玻璃丝棉吸声材料。大剧院主厅十分宽广·音乐厅音乐厅观众厅的平面形状是稍有弧度的鞋盒型，它可提供丰满而浑厚的音质。观众座席围绕演奏台布置，即乐队和伴唱演员在中间，观众在周围，在空间上形成对演奏台中心的围合。这样的布局最大限度保证了观众听到均匀的自然声。观众厅周边以扁而宽的椭圆形柱廊环绕，在柱子背后有耦合空间，可提供晚期的混响时间。观众厅的高度和形状确保了有足够的体积，因而混响时间自然可得到满足。音乐厅吊顶音乐厅的天花板像形状不规则的白色浮雕像一片起伏的沙丘，又似海浪冲刷的海滩，有利于声音的扩散。为了达到声效的完美，在顶棚的下面还悬挂了一面由清华大学学生亲手用玻璃纤维混凝土做得龟背形状的集中式反声板，它的作用是将声音向四面八方散射。·戏剧场戏剧场是国家大剧院最具民族特色的剧场，以中国红为主色调，真丝墙面烘托出传统热烈的气氛。主要上演话剧、歌剧、地方戏曲等演出。戏剧场观众厅设有池座一层和楼座三层，共有1035个席位（含站席）。戏剧场观众厅墙面采用与音乐厅舞台墙面类似的声扩散墙面，看上去象凸凹起伏的、不规则排列的竖条。大量不规则排列的凹凸槽整体上形成声音的扩散反射，可保证室内声场的均匀性，使声音更美妙动听。·声音决定细节声音是一个剧院好与差最直接、最核心的元素。国家大剧院无论是从打基础、做结构，还是内部设计和材料选择上，无不围绕着声音而进行。在隔音、吸音、制造反射音上都独具匠心。大剧院的音响全部采用“自然声”，在没有麦克风的条件下，舞台上的声音台下各个角落的观众都能听到。达到在舞台中央撕一张纸，坐在最后一排的观众都听得见的效果。·结语国家大剧院是世界上最大的剧院拥有世界上最大的穹顶，是世界上最深的建筑，拥有亚洲最大的管风琴。它像的蛋一样，整体简洁而富有美感，但又不乏活力，仿佛里面有股生命力向外爆发。堪称建筑奇观，同时又彰显出北京这个古老的城市的现代风貌与活力。城市建筑不再关乎审美或情感，而是对社会秩序的解释，建筑也总是超越功能的，是建筑的形式给人们以经验，赋予城市以结构。通过以上国家大剧院的分析使我们看到了新的材料、新的技术和新的建筑构造方法为建筑师开辟了更大的创作空间只有完美的细节设计才能成就建筑精品。如果要想提高设计的品质，深入的细节设计是必不可少的重要环节。谢谢观赏1101010209李丽莹1101010210李语涵1101010218洪雨溪——建筑1102