空间结构在2014巴西世界杯场馆中的应用

刘锡良++郜雅

2014年世界杯由巴西12座城市的12座体育场馆共同承办。其中新建的4所场馆与改建或重建的8所场馆均各具特色。这些场馆除展现出世界杯带给人们的体育竞技乐趣之外，属于空间结构的美感也成为一道独特而亮丽的风景线。笔者对这12个场馆的设计理念、结构体系和结构特点依次进行概括性介绍。 摘自：建筑时报

马拉卡纳体育场Maracana Stadium

本届世界杯决赛球场在巴西最负盛名的体育场一一马拉卡纳体育场举行。马拉卡纳体育场位于卢巴西里约热内卢，其正式名字叫马里奥-费劳体育场，这座球场为1950年巴西世界杯而修建，于1948年开始修建，花费两年时间建成，建成后最多一次曾容纳2 0万人观看比赛，是当时世界上最大的体育场，建筑高度24米，下部由60根混凝上“Y”形柱支承。马拉卡纳体育场于 2010年开始翻修，翻修后建筑尺寸长318米，高度37米。翻修时将原有只能遮盖顶层看台的30米屋盖进行延伸。新建屋盖采用索膜结构，具有两圈环索，悬挑 69米，覆盖住了所有看台席位，同时在屋顶安装1500块太阳能光伏板。应国际足联的建议，马拉卡纳体育场的观众容纳量也减为73500位。

巴西利亚国家体育场National Stadium

巴西利亚国家体育场兴建于1974年，可容纳45200人。为达到2014年世界杯的要求，体育场进行重建，增加了一个下层看台，并重新进行了上层看台的框架设计，重建后可容70064人。体育场建筑面积共21.88万平方米，形状为标准圆形，建筑高度50米，直径309米。屋盖为索膜结构，索膜结构厚度最大10米，由48根直径10厘米的主索通过垫板与混凝土受压环连接。从屋盖支承处至悬挑边缘总长103米，屋盖由一圈混凝上受压环支承。屋盖上层由多种透明覆盖材料组成，下层则采用背光膜的设计形式。该体育场屋顶为可移动式内置屋顶，这就意味着这个可以容纳7万人的体育场在任何季节都可以使用。下部由228根混凝土柱子组成，每根柱子高48米直径1.2米，用来支承混凝土受压环。

圣保罗体育场Itaquerao Stadium

圣保罗体育场为新建场馆，建筑面积18.90万平方米，屋盖面积3 . 23万平方米。建筑长267米，宽228米，建筑高度约为43米。圣保罗体育场屋盖是一个两点支承的悬臂网架结构。在看台区域没有任何柱子。屋盖最边缘处，网架高度只有3米，但在两个主支承点处网架高度达到10米。屋盖直接支承在柱子上，将荷载直接传递至基础。南北两侧整个看台无柱支承为大跨度屋盖，采用预应力网架结构形式。由于没有南北立面，使屋盖结构可能承受向上的风吸力。屋盖虽然体现出轻巧的夕忙现，但屋盖重量不能太轻，否则会由于风吸力使结构破坏。

新水源体育场Fonte Nova Stadium

新水源体育场位于巴西萨尔瓦多，于1951年1月2 8日开放，2007年11月关闭，三年后拆除。2010年新球场在，旧址上修建，取代原有水源体育场。新水源体育场建筑高度35米，长250米，看台的南部有一个大型开口。这一开口不仅使体育场内空气流动，同时也使体育场与附近的内城湖泊有了直接的关系，为球场带来了新的空气流通。新水源体育场屋盖为索膜结构，屋盖悬挑63米，替代原来悬挑30米的屋盖。屋盖索膜结构矢高最高1 9米。屋盖膜结构位于上下应力环之间。屋面采用由聚四氟乙烯纤维制造的PTFT膜材料，面积301399平方英尺。

卡斯特劳体育场

Arena Castelao Stadium

卡斯特劳体育场于1973年11月11日启用。经过翻修后于2013年再次投入使用，建筑高度约42米，长约270米，宽约230米。卡斯特劳体育场的原结构由干其大坡度被人们称为混凝土巨人。故在新的钢结构设计和建设理念中继续体现了它居高临下的风格。为减少看台部分的振动，同时支承新的屋盖体系，在原有混凝土结构的四周增加了60个钢桁架结构，桁架结构高度最高58米。屋盖结构分为各个独立的模块化的部分进行安装，可以加快屋盖结构安装进度。屋盖结构选择了较轻闹时刚度较大的结构体系，在屋盖安装时只需使用小型可移动起重机，而不需要大型固定式起重机。屋盖结构可以覆盖所有看台观众，保证了舒适的温度和良好的通风。

沙丘球场Das Dunas Stadium

沙丘球场建筑长271米，结构高度47 . 1米，由20个巨大的蒙铝板的花瓣状钢桁架结构组成。高低不对称造型类似于该城市附近常见的流动沙丘。花瓣结构采用钢桁架结构形式，外部蒙铝板，起到隔绝热量和声音的作用。内部采用预应力的聚氯乙烯PVC膜覆盖。各个花瓣间的空隙采用半透明的聚碳酸酯材料覆盖，使得体育场具有良好的采光。

波南部各体育场

Arena Pernambuco Stadium

波南部各体育场于2010年8月开始建造，建筑高度37米，长2 8米。体育场中充分体现了可持续性的特色。例如有利干通风和采光的设备，雨水回收及采用屋面安装的太阳能光伏板发电提供能源的热水系统。该工程是第一个在拉丁美洲中应用ETFE膜材料的工程，使用ETFE膜材将整个体育场完全覆盖。虽然波南部各体育场的外观发生过改变，但它仍然是2014年世界杯12个场馆中外观最有趣的场馆。在2010年，波南部各体育场的外立面留有几何形的孔洞，使得阳光可以进人体育场，同时内部设备可以得到良好的通风。后来外立面增加了与德国慕尼黑安联球场相同的膜材料气枕作为外立面。波南部各体育场屋盖采用网架结构，悬挑32米，由屋盖一端支承在混凝土柱上，一段由钢拉杆与混凝土柱相连。

亚马逊体育场Arena da Amazonia Stadium

亚马逊体育场位于巴西玛瑙斯市，它的前身为维瓦尔当体育场（Vivaldao Stadium）。改建后亚逊体育场长240米，宽200米，高35米。由于当地气侯潮湿炎热，观众席的遮阳设计显得尤为关键。体育场屋面向外延伸至外立面，形成连贯的环形。用于遮盖观众看台区和连通区域。屋盖结构由相互交叉的悬臂空心钢梁组成，空心钢梁同时具有热带地区大量排水的功能。在斜向交叉框架的巾间，由半透明的玻璃纤维覆盖，其表面低辐射的涂层可以反射热辐射具有冷却效应，同时实现自然通风。

米内罗体育场Mineirao Stadium

米内罗体育场最大的特色是由88根突出的混凝土肋有规律地组成的椭圆形结构，体育场长280米，宽220米，高度23.6米，它被巴西评为文化遗产而受到保护。不影响原貌的前提下，于2010年开始翻修工程，目的是完善其功能和设计。在改建时仅保留了建筑外层壳体包括88根混凝土框架结构、混凝土屋盖和上层看台。对此外的其他部分均进行重建，包括在原有看台上方的清水混凝土屋盖上再增加了一个新的索膜结构屋盖，使原有屋盖悬挑长度由30米扩大到60米，以增大屋盖覆盖面积，降低球场高度，并重新设计了底层看台，以使观众获得更良好的视线。周围的承压环和新增的承重支承结构作为一个独立体系传递荷载，紧贴原有结构体系但与原结构断开，保证了原有特色壳体的安全。

经过对结构的分析显示，原结构屋盖已经发生约30厘米的挠度。故在改建前对米内罗体育场进行原结构的加固工作。分为3个步骤：预应力纠偏——在结构增加悬臂屋盖前，在混凝土肋板侧面采用钢拉索施加预应力的同时，在屋盖下方支顶液压千斤顶对结构进行纠偏，使原结构屋盖悬臂端恢复向上的位移9厘米。加固——在88根混凝土肋下方门廊处浇筑混凝土，并在看台下方增加钢柱进行补强。安装钢结构新屋盖——新的钢屋盖分为两个部分，首先安装屋盖1，屋盖1后部支承在看台上，通过锚固螺栓悬挂并固定在原混凝土屋盖上，然后在屋盖1的悬挑端上继续安装屋盖2，最后拆除液压千斤顶，使新增钢结构屋盖与原有混凝土屋盖共同工作。

潘塔纳尔体育场

Arena Pantanal Stadium

潘塔纳尔体育场位于巴西库亚巴，是南美洲的地理中心，它取代以前的大绿体育场Jose Fragelli。潘塔纳尔体育场的名字来源于潘塔纳尔湿地的动植物包围。潘塔纳尔体育场于2010年开始施工，建筑高度36米，长270米，建筑面积8万平方米，具有开放性的四个角。潘塔纳尔体育场屋盖为网架结构，屋盖宽54米，杆件采用板式节点螺栓连接。网架采用分块安装法，网架安装完成后将采用2.56万平方米的膜材料覆盖屋面。

拜沙达体育场

Arena da Baixada Stadium

拜沙达体育场是巴西最古老的体育场之一，位于巴西巴拉那州库里奇巴。它的的正式名称为若阿金·阿梅里科·吉马拉埃斯体育场，1914年完工，在1970年关闭，之后在1984年重开。1997年新的拜沙达体育场动工，为应对2014巴西世界杯的举办要求，球场在2012年12月开始再次进行翻修，将座位增加到41456个。

新的拜沙达体育场建筑面积12.80万平方米，建筑高度约42米，长约215米，是巴西唯一一个具有可开合屋盖的体育场。该场馆可开合屋盖部分跨度63米，长度98米，由两块屋盖通过轨道滑动，可以在15分钟内实现打开或关闭概可滑动屋盖的两根轨道为钢桁架，跨度190米，桁架高度10米。为了安装新的屋盖，拆除了体育场内原有的6个塔状结构的阻碍，屋盖表面覆盖半透明的太阳能光伏电池。

贝拉里奥体育场/河岸球场

Beira一Rio Stadium

贝拉里奥体育场位于阿雷格里港市（the city of Porto Alegre），于1969年建成，建造花费了约10年。改建工程时，在原结构基础上，增加了65个叶状的轻型屋面结构，以取代原有只能遮盖部分看台的屋盖。在叶状结构之间采用透明的聚四氟乙烯PT FE膜材，形成一个完整的表面，使得阳光可以射进看台，并在球场内形成一个稳定的温度场。叶状结构采用钢桁架，高34. 75米，长52米。

2014年巴西世界杯的12个比赛场馆或新建或改建、重建，空间结构在这些场馆中得到了广泛应用。希望文中介绍的场馆结构体系和改建方法对我国体育场馆的新建及对既有结构的加固改建可有一定的借鉴意义，也希望可为今后类似工程提供一定的参考价值。同时，文中介绍内容也从另一个方面体现出了空间结构在世界范围内的蓬勃发展。