慕尼黑奥运馆之结构设计
建筑师:
Guenter Behnisch
Fritz Auer
Winfried Buexel
Erhard Traenkner
Karl-Heinz Weber mit Juergen Joedicke
工程师:
Benisch & Partner
Frei Otto
Leonhardt & Andrae
主任工程师:
Joerg Schlaich
建筑年代:
1968---1972
钢结构公司:
August Kloenne GmbH
Friedrich Krupp GmbH(著名的克鲁伯公司)
Krupp Industrie- und Stahlbau
Preussag Bauwesen
Steffens & Noelle GmbH
Rheinstahl AG
VOEEST AG (奥地利)
Waagner-Biro AG (奥地利)
外膜:
Rupert App GmbH+ Co,
1967 年10月13日对德国建筑师Behnisch来说是个 终身难忘的日子,这天他的事务所赢得了幕尼黑奥运会场的设计权。这还要归功于评审主任 Egon Eiermann 的支持. 因为Behnisch大胆的帐篷结构在当时是极为大胆和冒风险的设计思想。尽管不久前由Frei Otto 设计的蒙特利尔德国馆采用帐篷结构取得了巨大的成功。
由于奥运会馆在尺度上大大超过其它类似结构,使得人们对它的可行性有怀疑。获奖方案必须还要进行几个可行性研究,它们包括以下几个可能:
a. 一个主撑支起的帐篷结构
b. 一个圆周形的悬挂结构
c. 多个屋顶组成,每个屋顶作为悬挂结构
在同其他的专家( H.Isler, H. Kupfer, A. Gattner) 的共同研究后, 产生了b方案基础上的以多点支撑的圆周帐篷结构 。 1968 年6月21日方案摆在了奥运会建设委员会的面前, 但最后的决定直到第二年的八月才落棰。这期间由于时间的关系,奥运会场已经开始建设,这为以后的施工埋下了很多的困难。在最终的几何形态和拉索的力量计算出来前,地基也被浇下去了。许多事情被迫平行进行,这些都加剧了工程的难度,最后导致了安装周期的拖延和巨大的浪费。对表面材料 Acrylglas 的决定甚至是在1970年7月才做出。 之前人们曾经尝试用镀防水层的木纤维板或表面喷涂人工材料的珍珠混凝土板,但由于这两者刚度太大,都被放弃了。当然电视转播也希望要求屋顶用透明材料。
奥运会场的设计思路同当地的地形结合得很好,满足了组委会对“奥运风景”;“绿色里的奥运会”的设想。
(上图从左到右分别是: 热身馆,主体育场,奥运圣火,中心地,游泳馆,草地,餐厅)
主体育场和游泳馆等都在洼地里着床,只有起伏的屋顶出现在视野里。精心设计的室外设施避免了通常的一大片平屋顶的做法,并且为奥运会后的使用进行了周到的预先考虑。
为什么支撑是斜放的?
其实不管拉索和支撑的角度如何,只要支柱和地面是铰接, 它都会位于合力线上----- 当然合力的大小和方向随支柱同地面的角度而变化。
问题是,支柱不是可以随行所欲的放置的,最好避免柱子立在室内,但同时柱顶又要离屋顶的重力矩仅可能近,为了解决这一矛盾,所以这里只有用斜放支撑的办法了。
一般情况下,为了减小支柱和拉索的受力,支撑是向外斜的(图上是内斜),同拉索承受的巨大的拉应力比,支撑结构的自重几乎只是1%-5%的零头。
施工中的体育场
( 前方较细的杆为施工架,后面较粗的为真正的帐篷结构支撑柱)
奥运会主会场的帐篷屋顶由12根支撑柱顶起结构高点。屋顶总面积为75,000m2。
这样复杂的拉索网络结构要求极高的计算精度,因为拉索结构的受力大小由拉索的长度来控制,每毫米拉索长度的误差就意味着受力的误差,并直接在预张时体现出来进而影响整个形态。当时的数学计算模型只能在S tuttgart大学进行。
一个支撑结构的示意图
在塔吊和放置在支柱顶上的卷扬机的帮助下,拉索网络被安装绳吊起来,并慢慢达到它应该达到的形态,在这个过程中这张网会被外力张紧,当然不是拉住网上随便一点用力扯,而是如图上箭头所示处的面受力点,这样就可以全程控制挑整网和索的拉力。当索头到达支柱顶部时,所有的拉索连接件也都被吊张到了它们应当到达的位置和设计好的形状。
主拉索是由集束辨形索组成,一头浇铸在索头里面,这样这个固定点不在是最弱的受力部分。它可以承受11500kN 的拉力。
工人在把一个索头同支柱头连接起来,右边可见巨大的悬空支点结构(由两根索拉着)
一个支柱单元的组成
Originale Erl