建筑结构·专访丨精彩亚运——走进奔“藤”闪耀的金华市体育中心

Original 丁子文等建筑结构

2024-09-08

精彩亚运——走进奔“藤”闪耀的金华市体育中心

文/丁子文，余祖国，赵国兴，张杰，等

引言

由浙江大学建筑设计研究院有限公司原创设计的金华市体育中心，作为第19届亚运会比赛场馆，其中的体育馆承办藤球比赛并产生6枚亚运金牌，体育场则承办足球赛事小组赛。该项目的结构方案契合了建筑外立面造型，将轻盈的大跨拱形钢屋盖与厚重的混凝土V形柱有机结合，刚柔并济，展现了体育建筑的力量与韵律之美。

▲ 金华市体育中心视频（UAD浙大设计）

为深入了解本项目的设计相关内容，《建筑结构》杂志社小编特别对浙江大学建筑设计研究院有限公司该项目的结构专业主要设计人丁子文，就该体育场馆结构设计问题进行了线上专访。

《建筑结构》Q1：国内不少标志性体育场馆建成后，亮丽的建筑表皮给人以视觉冲击力，而结构往往是含蓄或隐藏的，该项目结构比较“张扬”，当初设计时结构专业与建筑专业是如何互动的？

丁子文：国内有不少大中型体育场馆是境外设计公司中标方案，然后本地院配合初步设计和施工图设计，而金华市体育中心是浙大设计的原创方案。早在方案投标阶段，在董丹申老师的指导下，结构师就和建筑师一起协商讨论和进行思想碰撞，呼应业主对“经济性、实用性、标志性”的三大要求，遵循在地共生、以人为本的设计理念，选用V形、弧线两种对比感强烈的基本元素塑造三个场馆，用大尺度混凝土V形柱展现力量，用弧形金属屋面表现韵律。外露的V形柱在结构方案选型时就按主要承重构件考虑，而弧形大跨屋盖采用金属结构，两者形成鲜明对比，既体现建筑寓意，也符合结构受力，将结构关键构件融合于建筑整体造型，同时在场馆功能布局和建筑轮廓基本确定后，对V形柱边跨落地形式和网壳矢高等进行了比选和优化。结构的适度张扬，恰是建筑的需要，也是体育建筑的魅力所在。

《建筑结构》Q2：变截面混凝土V形柱设计、建造的特点和难点是什么？

丁子文：三个场馆的建筑体量不同，V形柱的造型也有差异，体育场采用四肢V形柱，体育馆和游泳馆则采用双肢V形柱，同时柱顶标高也随弧形屋面而变化，既丰富了建筑造型，又增加了辨识度。对混凝土V形柱结构的模型计算我们采用了多软件对比分析和实体单元有限元分析，考虑建造的难度，设计通过空间建模的方式，确定了节点区每一根钢筋的空间坐标及插筋角度以指导现场施工。V形柱浇筑既关乎结构受力安全，也关乎建筑的“颜面”，通过设计与施工的密切配合，实现了混凝土承重构件外露的效果，还节约了外立面装饰材料和后期维护成本，实践了绿色低碳的设计理念。

《建筑结构》Q3：该项目体育馆不设缝，体育场设置4道伸缩缝，设计是如何考量的？体育场馆超长混凝土结构和大跨钢屋盖结构设计要点有哪些？

丁子文：在保正建筑外立面效果的前提下，结合平面尺度和使用环境，体育馆不设缝，体育场（直径约300m）设置4道伸缩缝。当然，体育场也可以不设缝，看台也可采用预制看台板，我们认为设计没有标准答案，之所以这么做是考虑了建筑效果、工程造价和实施难度之间的平衡。体育建筑超长的平面形状与普通民用建筑相比有其自身特点，本项目体育馆为环形超长，体育场设缝后为扇形超长，为解决超长混凝土结构收缩裂缝问题，我们采取了“抗与放”相结合，以“放”为主的策略。大跨钢屋盖设计时，充分利用周边V形柱的支承条件，采用多点支承。体育场罩棚在看台上方挑空，前端封边桁架拱跨度263.8m，利用场地基岩埋深较浅的特点，设置箱形基础以抵抗落地桁架拱产生的巨大水平推力。

《建筑结构》Q4：该场馆在使用过程中的整体效果如何？

丁子文：场馆于2013年投入使用，2020~2021年进行了亚运场馆功能提升改造，在亚运会之前，曾举办过中国足球协会甲级联赛、浙江省第十七届运动会、2017年亚洲田径大奖赛、亚洲藤球锦标赛等大型赛事。值得一提的是，2023年6月21日，国家藤球队训练中心在金华市体育中心揭牌，该场馆成为国家藤球队训练基地。藤球比赛起源于东南亚，1990年北京亚运会时成为正式比赛项目，比赛场地大小同羽毛球场地，比赛时球员采用“足球”技法用脚倒扣“排球”，是一项高技派运动，非常具有观赏性。除赛时承办各类体育比赛外，场馆在平时也做好“体育+”文章，集全民健身、休闲娱乐、教育培训、展览展会等功能于一体，深受广大市民的喜爱。场馆在设计、建造时因地制宜，在运维过程中与时俱进，更好地服务比赛、服务市民。

通过以上的解答，我们对金华市体育中心结构设计特点、难点等有了初步了解，接下来具体介绍该项目的具体情况及技术亮点。

项目概况

金华市体育中心坐落于浙江省金华市南部，湖海塘以南、二环路以北地段，项目总用地面积261051m²，总建筑面积约10万m²，包括一个30130座体育场、一个5987座体育馆和一个1616座游泳馆。

▲ 体育中心全景（A体育场，B体育馆，C游泳馆）

▲ 体育中心俯瞰

体育场为椭圆形平面，东西向长约295.8m，南北向长约296.5m，建筑高度46.1m，地上三层（无地下室），二层面标高6.0m，三层面标高9.5m，看台台阶层最高标高22.0m。

▲ 体育场外景

▲ 体育场内景

▲ 体育场夜景

体育馆呈鹅蛋形平面，平面长约169m，宽约121m，建筑高度26.7m，地上二层（无地下室），二层面标高5.3m，看台台阶层最高标高15.2m。游泳馆为椭圆形平面，平面长约128m，宽约114m，建筑高度25.6m，地上二层（局部地下室），二层面标高5.1m，看台台阶层最高标高13.5m。

▲ 体育馆（右）和游泳馆（左）

▲ 体育馆内景

结构体系

体育场看台设缝后形成典型的扇形平面，分为东、西、南、北四个区，东、西区最大直线长度约140m，南、北区最大直线长度约200m。东、西两侧看台上方对称设置两个月牙形罩棚，单个罩棚南北向长263.8m，东西向宽54m。罩棚采用双层钢网壳，网壳在看台内侧多点支承于混凝土V形柱顶，看台外侧上方采用封边管桁架形成落地拱。体育场首层外围承重柱为梯形截面2000×1400/2000，其上为四肢V形柱(柱根截面1000×1400)，其中内侧两肢为等截面，外侧两肢为变截面，沿建筑外轮廓布置，斜柱顶部两两相交，形成抽空倒棱锥体外立面。V形柱最低处柱顶标高17.8m，最高处柱顶标高28.7m，内侧两肢支承看台斜梁，外侧两肢支承钢结构罩棚。

体育馆由平台层、看台层和钢结构屋盖组成。根据建筑平面功能布局和外立面效果，单体建筑不设缝。下部结构采用混凝土框架结构，屋盖采用双曲面双层钢网壳，周边支承，平面尺寸约151m×102m。体育馆首层外围承重柱为方形截面1500×1500，其上为双肢变截面V形柱(柱根截面750×1500)。双肢V形柱沿建筑外轮廓布置，斜柱顶部相交，形成W形外立面。V形柱最低处柱顶标高14.1m，最高处柱顶标高22.8m。柱顶设置一道大环梁，环梁内设置无粘结预应力钢筋，网架屋盖支座位于环梁上方。

▲ 体育场伸缩缝位置图

▲ 体育场看台剖面图

▲ 体育场结构模型

▲ 混凝土V形柱轴测图

▲ 体育馆结构模型

关键设计问题

3.1 关键问题一:超长混凝土结构裂缝控制

当结构平面为环状或弧状时，楼板温度应力分布规律与多边形平面存在显著差异，主要表现为曲率的影响。对体育馆环形平面，最大拉应力出现在曲率较大的内环的中部。对体育场扇形平面，外弧区域拉应力由中间向两头逐渐增大，内弧区域拉应力由中间向两端逐渐减小，内弧中段的拉应力值普遍较高。

体育馆环形超长结构整体不设缝，在温度作用影响较大的外廊每隔50~60m设置分叉型伸缩缝，对建筑外立面几乎不产生影响，但能有效降低混凝土收缩和温度应力的不利影响。不仅使外廊区域的温度应力得以释放，而且内环处最大拉应力也有所降低。

▲ 体育馆二层外廊设缝前后温度应力对比图/kPa

体育场看台扇形超长结构温度应力较大，在看台环向框架梁内设置无粘结预应力筋，同时对看台板和环向次梁隔跨设置U形诱导槽，能显著减小楼板温度应力，并引导裂缝发生在指定区域，将离散性问题转化为确定性问题，通过特殊防水构造措施保证建筑正常使用功能不受影响。

▲ 体育场二层看台温度应力云图/kPa

▲ 看台U形诱导槽节点及布置

▲ 诱导槽设置前后温度应力对比图/MPa

3.2 关键问题二:混凝土V形柱设计与施工

体育场V形柱以M形收尾，增强了整体稳定性，体育馆和游泳馆V形柱沿建筑外立面一周闭合成环。采用PMSAP整体模型（杆单元模拟梁、柱）进行构件计算和配筋，并采用MIDAS软件进行实体单元有限元分析，得到各肢V形柱的应力状况，对应力较大的节点区域予以加强。由于V形柱沿建筑外立面高矮变化，其内力分布特点主要表现为高肢柱底弯矩较大，矮肢柱底剪力较大。

▲ 双肢V形柱有限元应力分析云图/MPa

混凝土V形柱节点区域的钢筋数量较多、角度各异，施工难度很大，为了保证浇筑质量，设计通过空间建模的方式，确定了每一根钢筋的空间坐标及插筋角度，并在工地现场制作1:1模型，先进行节点区模拟插筋（用PVC管替代钢筋），再辅以三维测量放样、高大支模架技术，施工完成后观感质量较好，外露结构表面仅涂刷一层混凝土保护剂，不再进行其他装饰涂刷，展现出了混凝土的原形与原色。

▲ 四肢V形柱钢筋三维图

▲ 四肢V形柱实景图

▲ 体育场V形柱外立面

3.3 关键问题三: 管桁架节点与大拱支墩设计

节点实体单元有限元分析表明，管桁架相贯节点存在应力集中现象，采用主管局部加套管的方法可以减少相贯节点处的应力集中现象，典型套管壁厚10mm，长度800mm，用钢量增加较少（增加约4.2%），既能确保安全又经济合理。

体育场罩棚桁架拱跨度263.8m，拱脚水平推力超过1000吨。得益于场地基岩埋深较浅的有利条件，在桁架拱落地处设置箱形基础，每榀拱设置两个，共四个基础支墩。通过箱形基础底板下布置岩石锚杆，基岩表面凿毛+底板底部做台阶，底板外挑上压毛石混凝土等综合措施，增强箱型基础抗滑移和抗倾覆能力。

▲ 主管局部加套管节点

▲ 桁架拱落地支墩

▲ 桁架拱实景（局部）

项目施工和建成后照片

▲ 体育场罩棚施工

▲ 管桁架分段安装

▲ 体育场V形柱

▲ 体育馆V形柱

▲ 体育场实景

▲ 体育中心全景

项目信息

项目地点：浙江省金华市

建设单位：金华市城建开发有限公司

设计单位：浙江大学建筑设计研究院有限公司

总建筑面积：9.8万m²

建筑高度：体育场46.1m，体育馆26.7m，游泳馆25.6m

原始设计、建造时间：2009~2013年

亚运提升改造时间：2020~2021年

作者简介

余祖国，1989年毕业于浙江大学，工学硕士，研究员，现任浙江大学建筑设计研究院有限公司安全总监，曾任浙江大学建筑设计研究院有限公司副总工程师，主要从事建筑结构设计研究和职能管理工作。作为专业负责人主持设计了浙江大学逸夫工商管理楼、杭州新金都城市花园、杭州博物馆、舟山文化艺术中心、浙江财经学院下沙校区体育中心、浙江电力设计大厦、嵊泗海洋文化中心、杭州尊宝大厦、宁海县图书馆、金华市体育中心、安吉博物馆等设计项目，多次获得国家和省部级勘察设计奖项，发表论文30余篇。

赵国兴，1987年毕业于浙江大学，工学学士，高级工程师，现任浙江大学建筑设计研究院有限公司图审中心副主任、副总工程师，主要从事建筑结构设计研究和图审管理工作。作为专业负责人主持设计了上海浦东之江大厦、中国井冈山干部学院、长沙理工大学建筑艺术楼、德清县行政办公楼、潍坊市市委党校、钱江国际时代广场、金华市体育中心、通州区市民中心、黄龙体育中心室内训练馆、杭州雅谷泉山庄酒店、三门剧院、浙江大学国际联合学院综合体育馆、仪征综合体育馆等设计项目，多次获得国家和省部级勘察设计奖项，发表论文20余篇。

张杰，1987年毕业于浙江大学，工学学士，高级工程师，现任浙江大学建筑设计研究院有限公司工程技术研究中心副主任、副总工程师，主要从事建筑结构设计研究和管理工作。作为专业负责人主持设计了台州书画院、中国乒乓球通州国际训练基地、巢湖市体育中心体育馆、之江大学旧址建筑修缮工程、云栖小镇国际会展中心、钱江世纪城望京商务中心、温州大学瓯江学院扩建工程、丽水绿谷信息产业园、广孚联合国际中心、绍兴饭店改扩建提升工程、浙江大学紫金港校区西区文科类组团、浙江大学国际联合学院教学北区组团、徐渭艺术馆等设计项目，多次获得国家和省部级勘察设计奖项，发表论文20余篇。

丁子文，2006年毕业于同济大学，工学硕士，正高级工程师，现任浙江大学建筑设计研究院有限公司工程技术研究中心副总工程师，浙江大学建筑工程学院专业学位硕士研究生兼职导师。主要从事各类复杂建筑结构的设计与研究工作，作为结构专业负责了人/主要设计人完成了银川文化艺术中心、潍坊市市委党校、安吉博物馆、金华市体育中心、通州区市民中心、浙江加州国际纳米技术研究院大楼、温岭市青少年宫及妇女儿童活动中心、欧美金融城项目北区T8商业商务楼、大禹纪念馆、北纬30°展示馆、金华市婺城区水上运动中心、浙江大学校友企业总部科技经济园等设计项目，多次获得国家和省部级勘察设计奖项，发表论文10余篇。

欢迎订阅

由丁子文，余祖国，赵国兴，张杰，徐晓红，阚建忠，高博青，干钢撰写的文章《金华市体育中心“一场两馆”结构设计》将在《建筑结构》2023年第20期刊登，欢迎订阅。

责任编辑：李会珍

原创转载请注意：原创文章48小时之后才能转载，且不能在文前和文中插入任何宣传性内容。在开头处应注明“本文来源：建筑结构（ID：buildingstructure）”。