国家大剧院建筑结构分析

大跨度建筑分析AnalysisofLongSpanConstruction这是一颗璀璨的明珠，蕴含着激昂旋律，流淌着曼妙乐章。这里是表演艺术的殿堂，承载民族文化复兴的使命，汇聚世界艺术交流的碰撞。——中国国家大剧院NationalCentreforthePerformingArts·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，其中主体建筑10.5万中国国家大剧院标志平方米，地下附属设施6万平方米。总投资额26.88亿人民币。大剧院外观夜景主体建筑由外部围护钢结构壳体和内部2091个坐席的歌剧院(含站席2398)、1859个坐席的音乐厅(含站席2017)、957个坐席的戏剧院(含站席1040)、公共大厅及配套用房组成。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。椭球壳体外环绕人工湖，湖面面积达35500平方米，各种通道和入口都设在水面下。国家大剧院高46.68米，比人民大会堂略低3.32米。·建筑概况顺台阶下到地下5米进入大剧院，当然两则也有无障碍车道人大剧院的进入口.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。·外部景观大剧院的夜间照明.大剧院在白天外观.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,整个建筑漂浮于人造水面之上.国家大剧院主体建筑钢结构超椭球体壳为一个超大空间壳体，壳体是经过精确数字计算得出的系数为2.24的超级椭球，它集建筑、材料、设备等高科技于一身，其外围护装饰板面积约36000m2。巨大的壳体是建筑与结构的融合体、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.钛金属板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，壳体的不同层次构造都是经过精心设计的，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)、16kg／m3长玻璃纤维棉(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。壳体上均匀设置了92个电动开启的排烟窗，既解决了消防排烟，又能自然通风。设计根据古城门的门钉，沿钛板竖向缝隙点缀了上万个装饰蘑菇头，其中506个是有夜间LED照明效果的蘑菇灯。并通过蘑菇头做防雷系统与钢构件连接，直到接地。玻璃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。·金属网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。金属网构造其纵向采用5根φ2mm不锈钢绳索间距77mm，横向用φ3.5mm铝镀金色单纤丝杆，间距11mm透过歌剧院的金属网看外景·GRG装饰板GRG是以天然改良石膏为凝胶材料，以玻璃纤维为增强材料加细集料和水制成的预制式新型装饰板材。其特点是可随意造型可完全发挥建筑师的想象力，满足艺术的追求。它们具备不变形、质量轻、强度高、防火环保、声音效果好板材表面光洁细腻等特点。建筑师充分利用其特点在大剧院内许多部位应用了这种材料。板与结构墙连接方式：预制板四周及中间为了加强板的强度及预埋件需要都设置了加强肋，在四周每边预埋钢板板通过转接件与结构墙固定的角钢连接。·石材国家大剧院室内、外装修使用的石材有几大特点：品种多、全部国产稀有品种规格偏大。又如大剧院以兰花草手法处理的建筑符号贯穿于整个装修内，在柜台(售票、咖啡、服务等柜台)_石材装饰板上也充分体现出来，具体做法先将太白青石材磨光后用1mm钢板做成兰花草图案的模具铺在磨光石材上进行烧毛处理，这样处理后石材板上未做烧毛处理的是黑亮色兰花草叶效果颇具艺术感。·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。歌剧院里灯光璀璨·公共区域设计手法一建筑符号国家大剧院运用设计符号学理论，对建筑中的造型、色彩、材料进行了巧妙的应用。橄榄厅墙面石材之间磨砂玻璃上的不锈钢镜面兰花草与上部深色兰花草栏板相互映衬通过水下长廊就进入橄榄厅·水下长廊入口大剧院南部入口与北部入口“水下走廊”一起延伸至地下6m之处，观众通过水下长廊进入大剧院。北侧主入口为80米长的水下长廊。南侧入口和其它通道也均设在水下。观众进入大剧院时会发现他们的头顶之上是一片浅浅的水面。在入口处设有售票厅，水下长廊的两边设有艺术展示、艺术品商店等服务场所。国家大剧院北入口与北京地铁1号线天安门西站相连，并有能容纳1000辆机动车和1500辆自行车的地下停车场。根据安德鲁的设计大剧院从长安街后退了70米，空出70米全部变成绿地。·歌剧院：金属网包出“稻草屋”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：金属网装饰墙面歌剧院观众厅内墙面装修采网格状金属网装饰其横向为φ2.5mm不锈钢钢丝铰线(纬线)间距6mm纵向为φ2.5mm铝合金棍(经线)间距8mm从设计方面主要考虑二点声学及装饰效果·音乐厅：建筑和声学的完美结合音乐厅吊顶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。完美的天花板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。GRC墙板GRC是由抗碱玻璃纤维、石英砂和高强水泥按一定配比，使用模具(喷射)制作，一体成型。其特点与GRG类似：质量轻、防火环保、声音效果好，使用寿命长、安装方面等特点。板的图案样式与具体构造同前GRG墙板类似。音乐厅的墙面与吊顶在材质方面达到了整体统一，同时较硬材质的材料在低频维持较长的混响，且GRC起伏的墙面对音乐厅的演奏声音起到漫反射的作用，既兼顾了功能，又兼顾了美观。MLS声学墙乐队演奏台周围的墙是声学墙，即按照数学理论精确地计算出来的墙面凹凸形状，缩写术语称为“MLS”，原意为“MathematicsLengthSequence”，此墙的作用是，高度扩散反射，它可使乐师们有良好的相互听闻，让声音均匀、柔和地反射、扩散保证坐在每个位置的观众，都能听到同样优质的声音。凹凸墙体的构造为用双层木板(12mm2厚)做出凹凸形状，凸出部位里边为密实的玻璃丝棉。·戏剧场：材质多重展示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