中國建筑金屬結(jié)構(gòu)協(xié)會
建筑鋼結(jié)構(gòu)分會主辦
摘要：本文合撰原創(chuàng)體育建筑與挑戰(zhàn)性鋼結(jié)構(gòu)之“美”與“力”，嘗試“創(chuàng)新”，概要綜述了深圳大運中心設(shè)計國際競賽的7個原創(chuàng)方案的專家評審遴選、優(yōu)勝實施方案確定、方案調(diào)整；歸納介紹了國際頂尖主創(chuàng)建筑師的“原創(chuàng)設(shè)計理念”、技術(shù)專家意見和院士大師點評意見。著重介紹了挑戰(zhàn)性鋼結(jié)構(gòu)的概念設(shè)計，用最精簡的語言和最淺顯的道理，解說理念之源；用最基礎(chǔ)的結(jié)構(gòu)力學(xué)原理，系統(tǒng)闡述結(jié)構(gòu)體系的可行性，指出其精髓所在。本文還介紹了實施方案的執(zhí)行情況，如結(jié)構(gòu)試驗研究、設(shè)計建造、及結(jié)構(gòu)技術(shù)水平等。
關(guān)鍵詞：失重 原創(chuàng) 水晶 體育建筑 挑戰(zhàn)性鋼結(jié)構(gòu) 單層折面 空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)
1 引述
“重力，其統(tǒng)治性的原則為建筑學(xué)提供了一個普適的價值基礎(chǔ)。
建筑形式的本質(zhì)是抵抗重力。
重力是不變的，回應(yīng)重力的方式是多樣的[1]。”
失重[1]是建筑與結(jié)構(gòu)、美與力的統(tǒng)一哲理，詮釋著建筑師“創(chuàng)新性（原創(chuàng)性）”建筑方案，蘊藏著挑戰(zhàn)性結(jié)構(gòu)“失重課題”。“失重”即“原創(chuàng)性”，亦“挑戰(zhàn)性”。
深圳市世界大學(xué)生運動會體育中心（簡稱：“深圳大運中心”，圖1）為 2011年第二十六屆世界大學(xué)生運動會而興建。其建筑設(shè)計方案，是2006年邀請7個國際頂尖建筑設(shè)計團(tuán)隊競賽，全國院士大師評審，脫穎而出的兩個優(yōu)勝方案之一。其中一個為國外方案，一個為國內(nèi)—我們深圳自己的方案。兩個優(yōu)勝方案總圖布局合理，原創(chuàng)性強(qiáng)，國際一流，純凈統(tǒng)一，造型新穎，與結(jié)構(gòu)結(jié)合完美，體現(xiàn)地域特色和體育精神，富有時代氣質(zhì)和綠色環(huán)保節(jié)能特性。
圖1 基本建成的深圳大運中心場館(失重體育建筑)
實施建成的深圳大運中心建筑結(jié)構(gòu)為鋼結(jié)構(gòu)。體育場鋼結(jié)構(gòu)（單層折面空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)）設(shè)計極具挑戰(zhàn)性，設(shè)計水平達(dá)到“總體國際先進(jìn)，結(jié)構(gòu)體系等方面處于國際領(lǐng)先”，榮獲2011中國鋼結(jié)構(gòu)金獎（國家優(yōu)質(zhì)工程）。
“災(zāi)難的遺產(chǎn)[2]”源自“失敗乃成功之母”的哲理。競賽刺激，競賽殘酷，競賽孕育價值。優(yōu)勝兩個，實施其一，落選的其他方案仍是珍寶，何況得到國際好評的大型國際競賽成果，其原創(chuàng)性亦有兩個優(yōu)勝方案般的普適價值。
將“失重體育建筑與挑戰(zhàn)性鋼結(jié)構(gòu)”之“美”與“力”合文，建筑競賽者與技術(shù)評審專家合撰，附競賽者名錄，編排特殊，權(quán)屬明示，嘗試“創(chuàng)新”。將7個競賽的原創(chuàng)建筑結(jié)構(gòu)方案，連同國際頂尖主創(chuàng)建筑師的“原創(chuàng)闡述”、院士大師專家教授的珍貴點評意見，以及成功評審的方法，用最精簡的語言最淺顯的道理，全面介紹給同行，回饋給競賽者、評審者、組織者、深圳市政府和市民，介紹給社會，讓這一國際競賽成果的參考價值最大化，了卻多年的心愿。
2 場地與規(guī)模
深圳大運中心位于深圳市北部龍崗區(qū)奧體新城（圖2）東部（圖3）。規(guī)劃場地（圖4）南邊龍翔大道南側(cè)緊鄰神仙嶺小山脈，南部西側(cè)融合神仙嶺的深入，西北方向相望銅鼓嶺，東北方向望見一小山脈。場地的東北角為高教會館新址。方案設(shè)計國際競賽包括總圖規(guī)劃和一場兩館建筑方案。主體育場規(guī)模6萬座，主體育館1.8萬座，主游泳館3000座。國際規(guī)劃競賽成果建議，大北部西邊沿龍興路布置帶形體育商城，一場兩館如圖4布置[3][4]。
深圳大運中心設(shè)計 圖2 奧體新城區(qū)位 圖3 大運中心規(guī)劃場地 圖4 場地規(guī)劃圖
3 方案遴選
3.1 淘汰方案競賽獲得7個原創(chuàng)方案，經(jīng)過兩個階段的專家評審。第一階段獲取深圳市專家技術(shù)評審的合格意見后，接受第二階段的全國院士大師教授的方案評審。
第二階段評審采取兩輪點評和記名投票方式。每輪首先由結(jié)構(gòu)和體育工藝專家點評，確認(rèn)第一階段技術(shù)評審的肯定意見后，進(jìn)行建筑方案點評與投票。
首輪初步點評，主要找出問題，投票淘汰了2個。
3.2 優(yōu)勝及實施方案第二輪點評投票后，2號和7號脫穎為優(yōu)勝方案（圖5、圖6），均具規(guī)劃總圖可改性，或三足鼎立，或帶狀布置，推薦給業(yè)主（政府），選取實施方案。
圖5 2號水晶石方案
圖6 7號銀簍方案
建筑大師有點偏愛2號，并建議其兩館互換位置。競爭者1號方案（美國HOK）主創(chuàng)建筑師David后來指著2號方案說：“clear（純凈一致）！如果我評，也選它”。2號方案贏得了競賽，1號方案主創(chuàng)建筑師的普適價值境界折服了業(yè)主和作者。
兩個優(yōu)勝方案各有特點，難以取舍。政府試想組合為“一鉆兩銀”或“一銀兩鉆”的一場兩館（“鉆”指2號“水晶石”方案，“銀”指7號“銀色編簍”）。建筑師強(qiáng)調(diào)兩個優(yōu)勝方案各自的一場兩館之風(fēng)格統(tǒng)一、“家族”完整、不可分割，暗示組合方案不抵兩個原創(chuàng)方案那么統(tǒng)一、經(jīng)典、純凈。
政府本著“科學(xué)民主集中制”的原則，首先是科學(xué)，按照評審專家意見將2號原創(chuàng)方案（圖5）的兩館互換位置后的調(diào)整方案作為實施方案（圖1）。
4 建筑方案
4.1 建筑技術(shù)
第一階段技術(shù)評審的規(guī)劃、建筑、體育工藝等專家認(rèn)為，7個競賽方案基本合格。具體意見為：
1) 5號方案副場不在體育場北向有違體育工藝。
2) 3個方案為三角形布置，4個帶狀。1號和 4號方案增加了1個建筑單體，4個方案對規(guī)劃條件做了一定的調(diào)整或優(yōu)化， 5號方案規(guī)劃調(diào)整較大。
3) 有一個方案的體育場建筑造形原創(chuàng)性不夠。
4) 各方案的主要技術(shù)指標(biāo)如表1、表2、表3。
4.2 優(yōu)勝方案
2號“水晶[6]石”方案（圖5），一場兩館三足鼎立，形態(tài)各異，風(fēng)格統(tǒng)一，造形別致。立面表皮采用玻璃，屋頂采用PC板，晶瑩剔透，宛如一族巨型水晶石，連同人工湖，與神仙嶺、銅鼓嶺等周邊山貌，協(xié)調(diào)統(tǒng)一，形成“山、水、石[13]”人文景觀，“山、水、燈”夜景（市民留言），透明的表皮顯露著折板結(jié)構(gòu)的力感，美與力的結(jié)合，象征體育精神，成為青春靚麗、生機(jī)勃勃的海濱不夜城—深圳的標(biāo)志！
體育場圍護(hù)采用單層透光材料，體育館采用透光材料襯夾層復(fù)合鋁板，游泳館采用夾層透明材料，功能與立面及自然通風(fēng)采光結(jié)合良好，符合通風(fēng)節(jié)能綠色環(huán)保理念。
“2號方案，做得好不亞于鳥巢[13]！”同濟(jì)教授錢鋒點評。
7號“銀簍”方案（圖6），一場兩館帶狀分布，采用雙層鋁合金編簍肌理立面，銀光閃爍[13]，富有現(xiàn)代生機(jī)。體育場雙層鋁合金屋面內(nèi)輔透光膜材，與交疊錯縫編織立面表皮，形成自然通風(fēng)環(huán)境，兼遮陽功能，創(chuàng)造出適宜觀賽的室內(nèi)柔和光影。編簍肌理立面，視覺沖擊力強(qiáng)，外揚力道，體現(xiàn)體育精神[11]。
4.3 落選方案
1號“彩帶”方案（圖7），巨型“彩帶”作為建筑及連廊的罩棚（屋蓋），將一場兩館連為整體彩帶，恢宏大氣，輕盈飄逸[5]。唯飄帶的范圍與尺度夸張有過[10]。
圖7 1號彩帶方案
3號方案（圖8），一場兩館三足鼎立。體育場為風(fēng)采獨特和變化的“麻花拱[13]”索網(wǎng)建筑形體，為城市注入永恒的印象和活力，體育館為延展的“菊花”殼體。游泳館屋面為起伏波浪輕型建筑，屋檐水波延伸，細(xì)致生動，與波浪屋頂交響呼應(yīng)[7]。
圖8 3號方案
4號“貝殼”方案（圖9），純凈、圓潤、飽滿的體育場、體育館、訓(xùn)練館（任務(wù)書以外）、游泳館，帶狀分布，與體育商業(yè)街結(jié)合為休閑舒展的一體，宛如靜靜鑲嵌在沙灘中的幾只貝殼，享受著清澈海水一浪高過一浪的輕撫。埋在沙灘中的貝殼體育場，傾斜的環(huán)狀曲線，潔白的屋頂與下部形體鮮明對比，在傾斜的不穩(wěn)中尋求到完美的力學(xué)穩(wěn)定，充滿力量與動感，不同的角度，不同的感受[8]。
圖9 4號貝殼方案
5號方案（圖10），一場兩館三角分布。體育場如航母，體育館如飛船，泳池館屋面結(jié)合造形與室外池的雨水收集系統(tǒng)，組成高科技的綜合體。延橢圓長軸布置的索承屋蓋兩端上翹，宛如中國古建飛檐，與周邊起伏山戀強(qiáng)烈對比。長屋檐下兩側(cè)的巨柱圍廊，30度上揚，宛如張開的雙臂迎向城市，象征飛揚向上的體育精神[9]。唯規(guī)劃調(diào)整較大，副場不在體育場北向有違體育工藝[12]。
圖10 5號方案
6號“夢幻”方案（圖11）， 一場兩館帶狀分布，統(tǒng)一采用“雙層皮”的外遮陽立面，用中國古典美學(xué)演繹傳達(dá)內(nèi)斂感情，向世界展示中國，展示深圳，承擔(dān)2011世界大運會主會場重任。穿孔遮陽板立面，生態(tài)節(jié)能。游泳館立面輔一水波紋肌理，動感、活潑、優(yōu)美的形象載體，代表著立面與功能的表里統(tǒng)一[10]。夜光下，“夢幻斑斕！”
圖11 6號夢幻方案
5 結(jié)構(gòu)方案
5.1 落選方案的結(jié)構(gòu)技術(shù)
1號方案體育場縱向獨立空間桁架平面承重體系（圖12b）技術(shù)可行，但由于跨度超大和高風(fēng)壓，可能難以達(dá)到期望的視覺效果，每榀桁架設(shè)在看臺中央的支承柱影響觀看功能，經(jīng)濟(jì)性一般。兩館采用雙向交叉桁架，技術(shù)先進(jìn)可行[12]。
a V形柱桁架 b 超跨桁架
圖12 2號彩帶結(jié)構(gòu)方案
3號方案體育場采用巨型空間雙螺旋桁架拱與索網(wǎng)形成空間組合結(jié)構(gòu)[7]（圖13a），最大限度地達(dá)到結(jié)構(gòu)體系自平衡，結(jié)構(gòu)輕巧，傳力明確。體育館折疊網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)，受力合理。游泳館采用波面鋼結(jié)構(gòu)，有創(chuàng)意，斜向桿系規(guī)律性強(qiáng)。一場兩館技術(shù)可行，經(jīng)濟(jì)性優(yōu)良[12]。
a 體育場拱索結(jié)構(gòu) b 拱索計算模型 c 體育館、游泳館結(jié)構(gòu)
圖13 3號結(jié)構(gòu)方案
4號貝殼結(jié)構(gòu)方案（圖14）。充分利用了多道環(huán)力作用，并巧妙地將索與桁架組合，形成空間環(huán)向索承桁架與放射狀立體索承桁架，形成空間組合結(jié)構(gòu)，技術(shù)先進(jìn)，系統(tǒng)的初步分析計算表明經(jīng)濟(jì)可行。兩館采用張弦桁架結(jié)構(gòu)，受力明確，技術(shù)可行[12]，經(jīng)濟(jì)性較好。
a 體育場結(jié)構(gòu)模型 b 體育場結(jié)構(gòu)軸力圖 c 體育館結(jié)構(gòu) d 游泳館結(jié)構(gòu)
圖14 貝殼結(jié)構(gòu)方案
5號方案體育場采用預(yù)應(yīng)力型鋼砼斜柱，縱向桁架平面承重體系，跨度超長，經(jīng)濟(jì)性一般。體育館橫向空間張弦桁架單向平面承重（圖15b），桁架梁下?lián)?，有違力學(xué)規(guī)律，技術(shù)可行[12]，經(jīng)濟(jì)性一般。
a 體育場 b 游泳館
圖15 5號結(jié)構(gòu)方案
6號體育場建筑結(jié)構(gòu)方案（圖16a）是在7號方案的基礎(chǔ)上增加巨型空間桁架縱向平面承重拱架作為放射形布置的桁架之支承梁，形成空間組合結(jié)構(gòu)，改善了結(jié)構(gòu)性能，平面拱架與橢圓平面的協(xié)調(diào)性需要優(yōu)化。蜂窩狀網(wǎng)架（圖16b）、新型圓弧弦桿網(wǎng)架結(jié)構(gòu)（圖16c）是另一種新設(shè)想，尚須完善與邊界條件適應(yīng)性等方面的結(jié)構(gòu)布置技術(shù)。兩館采用正交、曲線桁架結(jié)構(gòu)。一場兩館技術(shù)可行[12]、體育場經(jīng)濟(jì)性尚好，兩館經(jīng)濟(jì)性較好。
a 交叉管桁架結(jié)構(gòu) b 蜂窩型網(wǎng)架 c 新型圓弧弦桿網(wǎng)架結(jié)構(gòu)
圖16 6號方案體育場結(jié)構(gòu)
5.2 優(yōu)勝方案的結(jié)構(gòu)技術(shù)
7號方案體育場放射形布置，帶有副榀的空間桁架懸挑結(jié)構(gòu)（圖17a），屬于單向平面承重結(jié)構(gòu)體系。技術(shù)可行、經(jīng)濟(jì)性良好。屋面防雨圍護(hù)板設(shè)在下弦，上弦外設(shè)編織鋼板網(wǎng)，屬于暴露鋼結(jié)構(gòu)，需有特別防腐保養(yǎng)措施。兩館采用單向張弦梁剛架，受力明確，縱向支撐需與建筑效果結(jié)合設(shè)計[12]，經(jīng)濟(jì)性較好。
a 體育場 b 體育館、游泳館
圖17 7號結(jié)構(gòu)方案
2號水晶石結(jié)構(gòu)（圖18）“一場兩館結(jié)構(gòu)均為空間折面網(wǎng)殼（由于新規(guī)范將網(wǎng)殼與網(wǎng)架統(tǒng)稱，故后述改為“空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)”），是一種創(chuàng)新、構(gòu)思新穎，桿件受力合理，結(jié)構(gòu)輕巧，結(jié)構(gòu)力感與建筑造形結(jié)合完美。美觀、實用、經(jīng)濟(jì)性優(yōu)良[12]。”
a 體育場 b 體育館 c 游泳館
圖18 2號水晶石結(jié)構(gòu)方案計算模型
結(jié)構(gòu)方案越新穎、越創(chuàng)新，就越有競爭力，越易取勝；但最具風(fēng)險，因為結(jié)構(gòu)專家具有一票否決權(quán)。由于新穎抽象，令人費解，不斷遭遇質(zhì)疑，不斷有人詢問。作者[1]在給出上述第一階段結(jié)構(gòu)技術(shù)評審意見后，受邀向第二階段方案評審專家作了匯報介紹，得到第二階段方案評審結(jié)構(gòu)專家、清華大學(xué)郭彥林教授的一致肯定，驚險闖關(guān)。當(dāng)時的淺顯釋疑主要如下。
1) 競賽文件有比較充分的技術(shù)說明。
建筑師闡釋為“水晶石”理念，結(jié)構(gòu)師稱作“折板結(jié)構(gòu)folded plate structrure[6]”，概念正確。初步的受力變形分析計算表明，經(jīng)濟(jì)可行。
2) 傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)與結(jié)構(gòu)師迎接挑戰(zhàn)的創(chuàng)新能力：
建國初期的紡織廠房、電子廠房及火車站站臺多采用混凝土折板結(jié)構(gòu)（圖19a）。當(dāng)代聞名的北京798藝術(shù)區(qū)（圖19b），原為當(dāng)年的電子廠，德國引進(jìn)技術(shù)，很多廠房都是折板結(jié)構(gòu)，其折角做了圓潤構(gòu)造處理，相當(dāng)美觀，被藝術(shù)家原樣保留裸體結(jié)構(gòu)（無包裝、無吊頂），僅凈化而用之。
我國有V形折板標(biāo)準(zhǔn)圖，非預(yù)應(yīng)力跨度達(dá)18m，預(yù)應(yīng)力達(dá)27m。
有些公建則為單曲邊折板空間結(jié)構(gòu)（圖19c）、折板拱組合殼結(jié)構(gòu)（圖19d）。
以此為基礎(chǔ)，在計算機(jī)分析能力和結(jié)構(gòu)應(yīng)用技術(shù)高度發(fā)達(dá)的當(dāng)代，應(yīng)該相信結(jié)構(gòu)師能夠迎接挑戰(zhàn)，證明創(chuàng)新結(jié)構(gòu)的可行性，揭示創(chuàng)新結(jié)構(gòu)受力特點，革新發(fā)展出經(jīng)濟(jì)可行的水晶石結(jié)構(gòu)。
a b c d
圖19 折板結(jié)構(gòu)
3) 水晶機(jī)理與折紙手法的感悟：
建筑師設(shè)計理念為“水晶”，取自“水晶機(jī)理”，是追求的目標(biāo)。
其實，實現(xiàn)這一目標(biāo)的工法可由“折紙手法”得到啟示。
a 一張薄紙，支不起來。專業(yè)上講：“沒有抗彎剛度”，不可承重。如單向折皺，則單向折起，產(chǎn)生單向剛度，可單向承重，如同圖19ab。
b 兩端不等距折皺，變成平面折扇，沿圓周線圍合，即單曲邊折紙尖塔（圖19c）。
類推，折皺、裁剪、彎弓、組合，就象折紙燈籠一樣，折紙組合形成拱殼狀（圖19d）。
再想象，矩形紙，正交等距或不等距雙向折皺，鼓起何樣？三角形折皺鼓起何樣？換用圓片紙、圓環(huán)紙呢？橢圓紙、橢環(huán)紙呢？是否想象或產(chǎn)生大運水晶石建筑形體的感覺？甚至想象或創(chuàng)造出更新穎的體形。
4) 結(jié)構(gòu)類型
2號競賽方案設(shè)計師稱之為“折板結(jié)構(gòu)folded plate structrure”，折板就是三角形網(wǎng)格面，屬于單層折面網(wǎng)殼。
5) 下弦在哪里？
由于桿件折來折去，人們自然想用桁架結(jié)構(gòu)理念來理解這類結(jié)構(gòu)，深層次是力之傳遞問題。所以回答：上下弦是“抽象的”，剛度是“折來折去”折出來的，傳力是“空間的”。
6) 變形可控嗎？
只要結(jié)構(gòu)概念成立，強(qiáng)度和變形是可以控制的，連同其他一系列技術(shù)問題都需要通過結(jié)構(gòu)（幾何找形）、桿件材料和截面、甚至節(jié)點的優(yōu)化設(shè)計來實現(xiàn)。
7) 經(jīng)濟(jì)性？
業(yè)主擔(dān)心創(chuàng)新結(jié)構(gòu)用鋼量指標(biāo)太高。作者[1]當(dāng)時只能說該結(jié)構(gòu)新穎，非受力需要的構(gòu)造桿件較少，輕巧，用鋼量自然比鳥巢要小得多。
6 實施方案的結(jié)構(gòu)技術(shù)
該創(chuàng)新結(jié)構(gòu)引起全國各界人士的興趣，以及院士專家教授的關(guān)注，必然受到政府和各參建單位的高度重視，持科學(xué)地態(tài)度、方法和對策，“人肉”探索，攻克每個難題。
挑戰(zhàn)性的結(jié)構(gòu)之設(shè)計首先應(yīng)從基本概念和原理入手。有了清晰的概念，才可設(shè)計出創(chuàng)新性的結(jié)構(gòu)。
6.1 幾何構(gòu)成
大運中心場館結(jié)構(gòu)的幾何構(gòu)成[14]，按兩維單元的平面結(jié)構(gòu)構(gòu)成原理示意為圖20。
由“Г形（平面）剛架”與“桁架（空腹）式Г形剛架”組合，可形成“（組合）桁架式Г形剛架（圖20a）”，屬于平面懸臂承重結(jié)構(gòu)。將Г形剛架結(jié)構(gòu)單元，沿體育場平面周邊放射形布置一周，加上環(huán)周系桿及支撐，就是傳統(tǒng)的體育場平面承重結(jié)構(gòu)體系。建國初期的體育場多采用混凝土結(jié)構(gòu)或?qū)嵏故戒摻Y(jié)構(gòu)Г形剛架，抑或混凝土柱與屋面懸臂鋼桁架組成的Г形剛架。上世紀(jì)末八九十年代，多采用平面鋼桁架式Г形剛架。近些年盛行立體桁架式，如7號競賽方案，屬于帶有副榀立體桁架子結(jié)構(gòu)的立體桁架式。
a 體育場 b 體育館、游泳館
圖20 水晶石結(jié)構(gòu)幾何構(gòu)成單元
Г形空間剛架幾何單元（圖20a），沿趨近于圓環(huán)的橢圓線圍合成空間剛架結(jié)構(gòu)，即大運體育場結(jié)構(gòu)；圖20b門式空間剛架幾何單元沿圓周放射布置圍合，就形成大運體育館結(jié)構(gòu)（圖18b）；沿矩形平面長邊布置，兩端Г形空間剛架封閉，即形成大運游泳館結(jié)構(gòu)（圖18c）。
一場兩館統(tǒng)一的幾何單元構(gòu)成原理是水晶石結(jié)構(gòu)的理論精髓，這一結(jié)構(gòu)體系用于建筑結(jié)構(gòu)屬于國際首創(chuàng)，設(shè)計水平處于國際領(lǐng)先。
6.2 支座形式
既然是空間剛架，而非平面剛架，故“鉸支”成立。前面已述，其實，圖20只是一個示意，并非支座是固支，鉸支即可。
由于建筑美觀要求，故設(shè)計為球鉸。大運體育場球鉸支座的設(shè)計極具挑戰(zhàn)性，其分析研究與設(shè)計成果同樣處國際領(lǐng)先水平。
由于幾乎用盡了動靜平衡力學(xué)分析研究方法，綜合應(yīng)用了跨越多學(xué)科領(lǐng)域知識與材料技術(shù)，與結(jié)構(gòu)體系的提出應(yīng)用，同樣具有挑戰(zhàn)性。
6.3 建筑風(fēng)格體形與結(jié)構(gòu)分類折面圍繞某個空間面“折上折下”或“折里折外”，這個空間面稱作單層折面空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)的“虛構(gòu)面”，虛構(gòu)面其實就是建筑體形面，可用于這類建筑結(jié)構(gòu)的體形描述和分類。體育場為“橢圓平面馬鞍屋面形”、體育館為“圓形平面門式”、游泳館為“矩形平面門式”單層折面空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)。
折面空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)都是“水晶機(jī)理”，或“折板（折紙）”機(jī)理（手法）。3個場館形狀各異，但風(fēng)格完全一致，這符合結(jié)構(gòu)設(shè)計的理想追求。
6.4 傳力路線
根據(jù)上述結(jié)構(gòu)的幾何構(gòu)成分析，可以基本理解受力傳力路線。經(jīng)過力學(xué)分析，體育場的軸力圖（圖21a）抽象的顯示了傳力路線實際是一個空間拱（圖21b）；體育館、游泳館傳力路線可以由幾何構(gòu)成單元圖（圖20）理解為門式剛架受力簡圖（圖21c）。
a 體育場軸力圖（隱約抽象拱） b 體育場結(jié)構(gòu)虛構(gòu)拱 c 體育館、游泳館受力簡圖
圖21 水晶石結(jié)構(gòu)傳力圖
6.5 方案優(yōu)化與經(jīng)濟(jì)性
施工圖設(shè)計人員及早介入外方方案調(diào)整，同步各自計算分析，及時發(fā)問探討，并提出研究課題，如：罩棚與看臺結(jié)構(gòu)相連利弊、結(jié)構(gòu)單元數(shù)（支座數(shù)及桿件長度）與恢宏立面、三環(huán)（內(nèi)環(huán)、馬道環(huán)、肩谷環(huán)）設(shè)置與純凈室內(nèi)、鞍體垂直度及鞍面矢高與體育上揚張力、桿件箱形截面或圓管與折面棱角或圓潤倒角、變形控制標(biāo)準(zhǔn)確定等等，與建筑師密切配合，與國家規(guī)范編委研討，逐個突破，不斷優(yōu)化，最終取得經(jīng)濟(jì)、美觀、可靠的設(shè)計結(jié)果，實際用鋼量約226kg/m2。
6.6 可靠性
最早被質(zhì)疑用鋼量會很大，設(shè)計完成后又遭質(zhì)疑用鋼量比鳥巢小的太多、強(qiáng)度夠嗎？
實際上，該工程結(jié)構(gòu)設(shè)計條件和設(shè)計過程是經(jīng)過事先周密策劃，除通過規(guī)范編委審查、方法和成果都經(jīng)過院內(nèi)和國內(nèi)頂尖專家逐個專題多次研討評審確認(rèn)、經(jīng)過第三方審查外，另有2個國內(nèi)外專業(yè)公司復(fù)核、結(jié)構(gòu)整體（1/10）及節(jié)點試驗（1/3）的科學(xué)驗證（圖24），院士大師鑒定，確認(rèn)了設(shè)計成果的可靠性。
設(shè)計還布置了試加工以及施工安裝、合攏、卸載（腳手架卸載、結(jié)構(gòu)承載）等過程的測控，以及全壽命周期的健康監(jiān)測監(jiān)視，確保萬無一失。
7 建筑效果與技術(shù)成就
建筑效果當(dāng)初被質(zhì)疑的水晶石結(jié)構(gòu)大運中心的一場兩館建筑已建成，實際建筑效果（圖1）與原創(chuàng)設(shè)計效果（圖5）一致，原創(chuàng)設(shè)計師是滿意的，相信當(dāng)初的評審專家和各級領(lǐng)導(dǎo)以及留言市民也會為自己的選擇和期望而欣慰。對于向城市、向社會、向市民交出的這一答卷，相信 “不留敗筆、不留遺憾、不留罵名！”的既定目標(biāo)應(yīng)該達(dá)到了“少留敗筆、少留遺憾、少留罵名！” 之修正期盼!
7.1 結(jié)構(gòu)水平中國工程院士專家組評審認(rèn)為，深圳大運體育場結(jié)構(gòu)設(shè)計技術(shù)水平達(dá)到“總體國際先進(jìn)，結(jié)構(gòu)體系等方面國際領(lǐng)先”，獲2010中國鋼結(jié)構(gòu)金獎（國家優(yōu)質(zhì)工程），權(quán)威性的肯定和工程實踐證明了競賽方案階段的技術(shù)評審意見，經(jīng)受了考驗，完成了承辦世界大運賽事的重任。
a 箱形截面焊接節(jié)點 b 主桿箱形截面鑄鋼節(jié)點 c 焊接平面鉸支座
圖22 水晶石結(jié)構(gòu)節(jié)點比選方案
a 主桿圓管鑄鋼節(jié)點 b 鑄鋼球鉸支座
圖23 水晶石結(jié)構(gòu)工程節(jié)點照片
a 體育場整體試驗?zāi)Ｐ?nbsp;b 體育館整體試驗?zāi)Ｐ?nbsp;c 節(jié)點試驗?zāi)Ｐ?br />
圖24 試驗?zāi)Ｐ?br />
8 鳴謝
本文直接引用了7個競賽方案的效果圖和有關(guān)原始資料，建筑方案原創(chuàng)建筑師的論述[5]-[11]、方案評審專家點評意見[12][13]。
感謝方案競賽單位[5]-[11]，感謝第一階段技術(shù)評審專家：張弛規(guī)劃師（當(dāng)時的職稱，下同）、楊華高級規(guī)劃師、高青教授級高級建筑師（本文審稿人）、肖明高級建筑師、袁勇高級工程師（體育工藝）、郭滿良教授級高工（結(jié)構(gòu)）、陳志強(qiáng)教授級高工（結(jié)構(gòu)）、牛曉陽教授級高工（暖通）、凌智敏教授級高工（強(qiáng)弱電）。
感謝第二階段方案評審專家：鐘訓(xùn)正院士（建筑）、朱榮遠(yuǎn)教授級高級規(guī)劃師、王富海教授級高級規(guī)劃師、郭明卓設(shè)計大師（建筑，本文審稿人）、黎沱芬設(shè)計大師（建筑）、張家臣設(shè)計大師（建筑）、錢鋒教授（建筑）、張伶伶教授（建筑）、劉毅高級建筑師、湯順宏高級工程師（體育工藝）、郭彥林教授（結(jié)構(gòu)）。
感謝市政府、工務(wù)署、體育局和規(guī)劃局的各級領(lǐng)導(dǎo)，尤其感謝體育局場館建設(shè)管理處負(fù)責(zé)建筑方案征集競賽的袁勇處長。
感謝承擔(dān)深圳大運中心規(guī)劃建筑設(shè)計國際競賽的代理單位深圳市鑫中建建筑設(shè)計顧問有限公司，感謝參加和關(guān)注該項目設(shè)計與建造的所有人士，尤其是優(yōu)勝方案公示期間留言的市民。
參考文獻(xiàn)
[1] 孟建民，失重，中國建筑工業(yè)出版社，2008年
[2] 郭滿良等，災(zāi)難的遺產(chǎn)—紐約世貿(mào)雙塔樓坍塌分析，建筑結(jié)構(gòu)，2002年9月
[3] 張弛等，深圳市奧林匹克中心（大運中心曾用名）設(shè)計規(guī)劃要求，深圳市規(guī)劃局，深圳市體育局，中國城市規(guī)劃設(shè)計研究院深圳分院，2005年12月
[4] 郭滿良，袁勇等，深圳市世界大學(xué)生運動會體育中心詳細(xì)規(guī)劃及一場兩館建筑方案設(shè)計國際邀請競賽，競賽文件、及詳細(xì)規(guī)劃、主體育場、主體育館和游泳館設(shè)計任務(wù)書（共4冊），深圳市工務(wù)署，深圳市體育局，深圳市規(guī)劃局，深圳市鑫中建建筑設(shè)計顧問有限公司2006年4月30日
[5] David等（美國HOK），深圳市世界大學(xué)生運動會體育中心詳細(xì)規(guī)劃及一場兩館建筑方案設(shè)計國際邀請競賽方案（下同）（1號），2006年6月25日
[6] 曼哈德 •馮•格康等（德國GMP），（同上，下略），2號方案
[7] 澳洲COX， 3號方案
[8] 北京市建筑設(shè)計研究總院， 4號方案
[9] 澳洲BLIGH VOLLER NIELD, 5號方案
作者簡介：郭滿良1 黃朝捷1 凌江1 肖明2
（1深圳市建筑設(shè)計研究總院，深圳，518031， 2中國建筑西南設(shè)計院深圳分院，深圳，518030）
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