文/劉錫良 郜雅

2014 年世界杯由巴西12 座城市的12 座體育場館共同承辦。其中新建的4 所場館與改建或重建的8 所場館均各具特色。這些場館除展現(xiàn)出世界杯帶給人們的體育競技樂趣之外，屬于空間結(jié)構(gòu)的美感也成為一道獨特而亮麗的風(fēng)景線。筆者對這12 個場館的設(shè)計理念、結(jié)構(gòu)體系和結(jié)構(gòu)特點依次進行概括性介紹。

摘自：建筑時報

巴西利亞國家體育場National Stadium

巴西利亞國家體育場興建于1974 年，可容納45200 人。為達到2014 年世界杯的要求，體育場進行重建，增加了一個下層看臺，并重新進行了上層看臺的框架設(shè)計，重建后可容70064 人。體育場建筑面積共21.88 萬平方米，形狀為標(biāo)準(zhǔn)圓形，建筑高度50 米，直徑309 米。屋蓋為索膜結(jié)構(gòu)，索膜結(jié)構(gòu)厚度最大10 米，由48 根直徑10厘米的主索通過墊板與混凝土受壓環(huán)連接。從屋蓋支承處至懸挑邊緣總長103 米，屋蓋由一圈混凝上受壓環(huán)支承。屋蓋上層由多種透明覆蓋材料組成，下層則采用背光膜的設(shè)計形式。該體育場屋頂為可移動式內(nèi)置屋頂，這就意味著這個可以容納7 萬人的體育場在任何季節(jié)都可以使用。下部由228 根混凝土柱子組成，每根柱子高48 米直徑1.2 米，用來支承混凝土受壓環(huán)。

馬拉卡納體育場Maracana Stadium

本屆世界杯決賽球場在巴西最負盛名的體育場一一馬拉卡納體育場舉行。馬拉卡納體育場位于盧巴西里約熱內(nèi)盧，其正式名字叫馬里奧-費勞體育場，這座球場為1950年巴西世界杯而修建，于1948 年開始修建，花費兩年時間建成，建成后最多一次曾容納2 0 萬人觀看比賽，是當(dāng)時世界上最大的體育場，建筑高度24 米，下部由60 根混凝上“Y”形柱支承。馬拉卡納體育場于 2010 年開始翻修，翻修后建筑尺寸長318 米，高度37 米。翻修時將原有只能遮蓋頂層看臺的30 米屋蓋進行延伸。新建屋蓋采用索膜結(jié)構(gòu)，具有兩圈環(huán)索，懸挑 69 米，覆蓋住了所有看臺席位，同時在屋頂安裝1500 塊太陽能光伏板。應(yīng)國際足聯(lián)的建議，馬拉卡納體育場的觀眾容納量也減為73500 位。

圣保羅體育場Itaquerao Stadium

圣保羅體育場為新建場館，建筑面積18.90 萬平方米，屋蓋面積3 .23 萬平方米。建筑長267 米，寬228 米，建筑高度約為43 米。圣保羅體育場屋蓋是一個兩點支承的懸臂網(wǎng)架結(jié)構(gòu)。在看臺區(qū)域沒有任何柱子。屋蓋最邊緣處，網(wǎng)架高度只有3 米，但在兩個主支承點處網(wǎng)架高度達到10 米。屋蓋直接支承在柱子上，將荷載直接傳遞至基礎(chǔ)。南北兩側(cè)整個看臺無柱支承為大跨度屋蓋，采用預(yù)應(yīng)力網(wǎng)架結(jié)構(gòu)形式。由于沒有南北立面，使屋蓋結(jié)構(gòu)可能承受向上的風(fēng)吸力。屋蓋雖然體現(xiàn)出輕巧的夕忙現(xiàn)，但屋蓋重量不能太輕，否則會由于風(fēng)吸力使結(jié)構(gòu)破壞。

新水源體育場Fonte Nova Stadium

新水源體育場位于巴西薩爾瓦多，于1951 年1 月2 8 日開放，2007 年11 月關(guān)閉，三年后拆除。2010 年新球場在，舊址上修建，取代原有水源體育場。新水源體育場建筑高度35 米，長250 米，看臺的南部有一個大型開口。這一開口不僅使體育場內(nèi)空氣流動，同時也使體育場與附近的內(nèi)城湖泊有了直接的關(guān)系，為球場帶來了新的空氣流通。新水源體育場屋蓋為索膜結(jié)構(gòu)，屋蓋懸挑63 米，替代原來懸挑30 米的屋蓋。屋蓋索膜結(jié)構(gòu)矢高最高1 9 米。屋蓋膜結(jié)構(gòu)位于上下應(yīng)力環(huán)之間。屋面采用由聚四氟乙烯纖維制造的PTFT 膜材料，面積301399 平方英尺。

卡斯特勞體育場Arena Castelao Stadium

卡斯特勞體育場于1973 年11 月11 日啟用。經(jīng)過翻修后于2013 年再次投入使用，建筑高度約42 米，長約270 米，寬約230米?？ㄋ固貏隗w育場的原結(jié)構(gòu)由干其大坡度被人們稱為混凝土巨人。故在新的鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計和建設(shè)理念中繼續(xù)體現(xiàn)了它居高臨下的風(fēng)格。為減少看臺部分的振動，同時支承新的屋蓋體系，在原有混凝土結(jié)構(gòu)的四周增加了60 個鋼桁架結(jié)構(gòu)，桁架結(jié)構(gòu)高度最高58 米。屋蓋結(jié)構(gòu)分為各個獨立的模塊化的部分進行安裝，可以加快屋蓋結(jié)構(gòu)安裝進度。屋蓋結(jié)構(gòu)選擇了較輕鬧時剛度較大的結(jié)構(gòu)體系，在屋蓋安裝時只需使用小型可移動起重機，而不需要大型固定式起重機。屋蓋結(jié)構(gòu)可以覆蓋所有看臺觀眾，保證了舒適的溫度和良好的通風(fēng)。

沙丘球場Das Dunas Stadium

沙丘球場建筑長271 米，結(jié)構(gòu)高度47 .1 米，由20 個巨大的蒙鋁板的花瓣狀鋼桁架結(jié)構(gòu)組成。高低不對稱造型類似于該城市附近常見的流動沙丘?；ò杲Y(jié)構(gòu)采用鋼桁架結(jié)構(gòu)形式，外部蒙鋁板，起到隔絕熱量和聲音的作用。內(nèi)部采用預(yù)應(yīng)力的聚氯乙烯PVC 膜覆蓋。各個花瓣間的空隙采用半透明的聚碳酸酯材料覆蓋，使得體育場具有良好的采光。

波南部各體育場Arena Pernambuco Stadium

波南部各體育場于2010 年8 月開始建造，建筑高度37 米，長2 8 米。體育場中充分體現(xiàn)了可持續(xù)性的特色。例如有利干通風(fēng)和采光的設(shè)備，雨水回收及采用屋面安裝的太陽能光伏板發(fā)電提供能源的熱水系統(tǒng)。該工程是第一個在拉丁美洲中應(yīng)用ETFE 膜材料的工程，使用ETFE 膜材將整個體育場完全覆蓋。雖然波南部各體育場的外觀發(fā)生過改變，但它仍然是2014 年世界杯12 個場館中外觀最有趣的場館。在2010 年，波南部各體育場的外立面留有幾何形的孔洞，使得陽光可以進人體育場，同時內(nèi)部設(shè)備可以得到良好的通風(fēng)。后來外立面增加了與德國慕尼黑安聯(lián)球場相同的膜材料氣枕作為外立面。波南部各體育場屋蓋采用網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，懸挑32 米，由屋蓋一端支承在混凝土柱上，一段由鋼拉桿與混凝土柱相連。

亞馬遜體育場Arena da Amazonia Stadium

亞馬遜體育場位于巴西瑪瑙斯市，它的前身為維瓦爾當(dāng)體育場(Vivaldao Stadium)。改建后亞遜體育場長240 米，寬200 米，高35 米。由于當(dāng)?shù)貧夂畛睗裱谉幔^眾席的遮陽設(shè)計顯得尤為關(guān)鍵。體育場屋面向外延伸至外立面，形成連貫的環(huán)形。用于遮蓋觀眾看臺區(qū)和連通區(qū)域。屋蓋結(jié)構(gòu)由相互交叉的懸臂空心鋼梁組成，空心鋼梁同時具有熱帶地區(qū)大量排水的功能。在斜向交叉框架的巾間，由半透明的玻璃纖維覆蓋，其表面低輻射的涂層可以反射熱輻射具有冷卻效應(yīng)，同時實現(xiàn)自然通風(fēng)。

米內(nèi)羅體育場Mineirao Stadium

米內(nèi)羅體育場最大的特色是由88 根突出的混凝土肋有規(guī)律地組成的橢圓形結(jié)構(gòu)，體育場長280 米，寬220 米，高度23.6 米，它被巴西評為文化遺產(chǎn)而受到保護。不影響原貌的前提下，于2010 年開始翻修工程，目的是完善其功能和設(shè)計。在改建時僅保留了建筑外層殼體包括88 根混凝土框架結(jié)構(gòu)、混凝土屋蓋和上層看臺。對此外的其他部分均進行重建，包括在原有看臺上方的清水混凝土屋蓋上再增加了一個新的索膜結(jié)構(gòu)屋蓋，使原有屋蓋懸挑長度由30 米擴大到60 米，以增大屋蓋覆蓋面積，降低球場高度，并重新設(shè)計了底層看臺，以使觀眾獲得更良好的視線。周圍的承壓環(huán)和新增的承重支承結(jié)構(gòu)作為一個獨立體系傳遞荷載，緊貼原有結(jié)構(gòu)體系但與原結(jié)構(gòu)斷開，保證了原有特色殼體的安全。

經(jīng)過對結(jié)構(gòu)的分析顯示，原結(jié)構(gòu)屋蓋已經(jīng)發(fā)生約30 厘米的撓度。故在改建前對米內(nèi)羅體育場進行原結(jié)構(gòu)的加固工作。分為3 個步驟：預(yù)應(yīng)力糾偏——在結(jié)構(gòu)增加懸臂屋蓋前，在混凝土肋板側(cè)面采用鋼拉索施加預(yù)應(yīng)力的同時，在屋蓋下方支頂液壓千斤頂對結(jié)構(gòu)進行糾偏，使原結(jié)構(gòu)屋蓋懸臂端恢復(fù)向上的位移9 厘米。加固——在88 根混凝土肋下方門廊處澆筑混凝土，并在看臺下方增加鋼柱進行補強。安裝鋼結(jié)構(gòu)新屋蓋——新的鋼屋蓋分為兩個部分，首先安裝屋蓋1，屋蓋1 后部支承在看臺上，通過錨固螺栓懸掛并固定在原混凝土屋蓋上，然后在屋蓋1 的懸挑端上繼續(xù)安裝屋蓋2，最后拆除液壓千斤頂，使新增鋼結(jié)構(gòu)屋蓋與原有混凝土屋蓋共同工作。

潘塔納爾體育場Arena Pantanal Stadium

潘塔納爾體育場位于巴西庫亞巴，是南美洲的地理中心，它取代以前的大綠體育場Jose Fragelli。潘塔納爾體育場的名字來源于潘塔納爾濕地的動植物包圍。潘塔納爾體育場于2010 年開始施工，建筑高度36 米，長270 米，建筑面積8 萬平方米，具有開放性的四個角。潘塔納爾體育場屋蓋為網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，屋蓋寬54 米，桿件采用板式節(jié)點螺栓連接。網(wǎng)架采用分塊安裝法，網(wǎng)架安裝完成后將采用2.56 萬平方米的膜材料覆蓋屋面。

拜沙達體育場Arena da Baixada Stadium

拜沙達體育場是巴西最古老的體育場之一，位于巴西巴拉那州庫里奇巴。它的的正式名稱為若阿金·阿梅里科·吉馬拉埃斯體育場，1914 年完工，在1970 年關(guān)閉，之后在1984 年重開。1997 年新的拜沙達體育場動工，為應(yīng)對2014 巴西世界杯的舉辦要求，球場在2012 年12 月開始再次進行翻修，將座位增加到41456 個。

新的拜沙達體育場建筑面積12.80 萬平方米，建筑高度約42 米，長約215 米，是巴西唯一一個具有可開合屋蓋的體育場。該場館可開合屋蓋部分跨度63 米，長度98米，由兩塊屋蓋通過軌道滑動，可以在15分鐘內(nèi)實現(xiàn)打開或關(guān)閉概可滑動屋蓋的兩根軌道為鋼桁架，跨度190 米，桁架高度10 米。為了安裝新的屋蓋，拆除了體育場內(nèi)原有的6 個塔狀結(jié)構(gòu)的阻礙，屋蓋表面覆蓋半透明的太陽能光伏電池。

貝拉里奧體育場/河岸球場Beira 一Rio Stadium

貝拉里奧體育場位于阿雷格里港市（the city of Porto Alegre），于1969 年建成，建造花費了約10 年。改建工程時，在原結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上，增加了65 個葉狀的輕型屋面結(jié)構(gòu)，以取代原有只能遮蓋部分看臺的屋蓋。在葉狀結(jié)構(gòu)之間采用透明的聚四氟乙烯PT FE 膜材，形成一個完整的表面，使得陽光可以射進看臺，并在球場內(nèi)形成一個穩(wěn)定的溫度場。葉狀結(jié)構(gòu)采用鋼桁架，高34.75 米，長52 米。

2014 年巴西世界杯的12 個比賽場館或新建或改建、重建，空間結(jié)構(gòu)在這些場館中得到了廣泛應(yīng)用。希望文中介紹的場館結(jié)構(gòu)體系和改建方法對我國體育場館的新建及對既有結(jié)構(gòu)的加固改建可有一定的借鑒意義，也希望可為今后類似工程提供一定的參考價值。同時，文中介紹內(nèi)容也從另一個方面體現(xiàn)出了空間結(jié)構(gòu)在世界范圍內(nèi)的蓬勃發(fā)展。