北京规划建设 | 朱忠义：刚柔相济，打造安全高效的建筑“骨架”

方钉工社

由cityif与《北京规划建设》期刊联合推出的专栏【北京规划建设】，旨在实践新媒体与传统媒体的融合，每周推稿一次自1987年创刊以来，一直以＂理性成就个性、高度成就深度＂为办刊理念一本表面上看似纯技术的期刊，实际牵涉政治、经济、社会、文化的所有大问题。

为人，是我们的唯一目的

嘉宾：朱忠义北京市建筑设计研究院有限公司总工程师记者：文爱平记  者2020年12月，卢塞尔体育场登上卡塔尔中央银行新发行的面额10里亚尔纸币2022年12月18日，卡塔尔世界杯决赛在主体育场卢塞尔体育场举行，阿根廷总比分7-5战胜法国，夺得冠军。

卢塞尔体育场也随之出圈作为该体育场大跨度结构设计团队的负责人，请问其设计最大的亮点是什么？朱忠义北京建院承担了卢塞尔体育场钢结构和屋顶大跨度索膜结构设计，这是中国企业首次担纲世界杯场馆的结构设计索膜结构是其最大亮点。

奥运会和世界杯不仅是体育健儿的盛会，也是展示体育建筑技术发展的舞台预应力索结构是一种柔性的空间结构体系，由于跨度大、空间结构轻巧、强度高、自重轻、造型新颖等优点，日渐成为大型体育场馆屋盖结构的主流形式如1996年亚特兰大奥运会的乔治亚穹顶，采用的是Levy型索穹顶结构；2006年德国世界杯斯图加特体育场，采用的是轮辐式索桁架结构；2012年伦敦奥运会自行车馆，采用单层索网结构；2014年巴西世界杯马拉卡纳体育场，采用轮辐式索桁架结构；而此次2022年卡塔尔世界杯的8座球场中，其中卢塞尔体育场、艾哈迈德·本·阿里体育场、哈里发国际体育场、贾努布体育场、阿图玛玛体育场、教育城体育场等6座采用了大跨度索结构。

虽然之前做过很多索结构，但这次是我们遇到的最难的一个结构系统卢塞尔体育场屋盖结构投影整体圆形，外环直径309米屋顶呈马鞍形，跨度达278米，屋面76.6米高，最大悬挑96米，大部分区域悬挑都在78米这个索网屋面在同类型索网体系中跨度最大、悬挑距离也最大。

之前我们做过的体育场，一般跨度悬挑在四五十米因为卢塞尔体育场规模很大，92400个坐席，相比之下，我们也盖了很多2023年亚洲杯的场馆，最多只有六万多坐席屋顶采用索膜结构，一是受力效率高，索使用的是高强材料，强度高，在体系里边，它是受拉的，没有失稳的问题，截面可以做得很小，所以体育场空间结构非常轻盈，没有太笨重的构件；二是便于安装，布置简洁。

索在工厂制作好后运抵现场，直接通过牵引张拉到指定位置即可，是完全装配式的结构，省去了焊接环节，需要的安装工人很少，实现绿色建造的同时，保证了工程质量外方原来也有一个索膜结构的方案，但我们在做设计时对其进行了优化。

如原来是六层的索结构，我们给简化成了三层索看着很轻盈简单，但分析设计非常复杂可以把一根绳子想象成一个索，体育场是由很多这种绳子组成的，要给它加预应力拉紧，拉紧后才有刚度，不会变形就和我们晾衣服一样，把绳子拉得紧紧的，衣服挂上后它才不会往下垂。

体育场是有很多绳子相互交叉的，所以索的受力很复杂记  者安全是结构工程师的天职，在完美实现建筑外形和功能要求的同时，还要兼顾结构体系自身的优雅卢塞尔体育场极具冲击力的建筑给世人带来视觉享受的同时，也给结构设计提出巨大挑战。

请问如何为它打造一副安全高效的“骨架”？其关键技术问题是什么？怎样突破？朱忠义卢塞尔体育场采用大跨度柔性索网结构与钢结构，“刚柔相济”为这座宏大的沙漠建筑打造一副安全高效的“骨架”马鞍形的空间钢结构、柔性的索网体系、大面积张拉状态的膜材结构共同组成卢塞尔体育场独具特色的空间屋盖结构。

卢塞尔体育场屋盖直径为278米，悬挑长度78-96米主要有三大特点：一是小曲率的双曲马鞍面屋盖外形是标准双曲抛物面（马鞍面），由于矢跨比和垂跨比过小,单层索网结构不合适二是膜结构造型独特其他工程，膜单元为矩形网格，支承膜结构的拱环向布置，膜支承在拱和径向主索结构上。

而该项目，膜单元为菱形网格，支承膜结构的拱环向布置，膜支承在拱和膜面索上，而部分拱支承不在径向主索上，只能支承在膜面索上以前的结构只有径向索和环向拱，没有膜面索，这个项目有三层索，系统更复杂三是结构厚度受限。

看台布置和视线分析限定屋顶悬挑端≤16米屋盖索膜结构由三部分构成：一是径向交叉轮辐式索桁架为满足屋顶严格的厚度限制要求，采用承重索和稳定索交叉的径向交叉轮辐式索桁架，以保持结构厚度不变为前提，可增加承重索垂度和稳定索拱度，提高受力效率。

沿环向均匀布置48榀索桁架，内与环索相连，外与压环相连，保障屋盖结构的刚度和承载能力二是膜面索，位于双曲马鞍面上，形成建筑造型所需的曲面，采用联方型网格，支承于径向交叉索桁架，用于支承拱和膜结构，协调索桁架受力，提高屋盖结构整体性。

三是拱和膜结构拱沿径向布置，拱脚位于联方型网格顶点，有的拱脚支承于索桁架上，有的拱脚支承于膜面索，膜面索与拱共同形成膜边界，实现屋顶建筑造型该项目结构设计的关键技术问题主要聚焦于七个方面一是复杂索膜结构形态分析。

卢塞尔体育场屋盖是典型的大跨度预应力结构体系，需要依赖预应力建立稳定的结构状态，形成刚度和承载能力因为受力复杂，所以分析上也是复杂的一根绳子加不同的力，拉紧一点，就会垂的少一点，拉的再紧些，它就接近平的了。

这么大一个体育场，由钢索组成，钢索是软的，相当于绳子，所以它要靠施加预应力才能成合适的形状施加多大的预应力，对应相应的形状，所以加的预应力和它的形状是一一对应的我们设计的时候求解一根绳子加多少预应力，还是比较方便的，但卢塞尔体育场是三层的索结构，加多大的预应力合适，没有现成的分析方法。

原来的方法，要不就控制预应力，把预应力控制达到我的目标，但形状可能会有一些改变，会偏离原来设计的曲面要求，或者是原来给定好曲面，但是预应力的控制不太好在预应力和自重等荷载共同作用下形成的平衡状态称为结构的初始态，寻找初始态下结构位形和预应力分布的过程称作形态分析，即找形和找力。

体育场屋顶由轮辐式索桁架、膜面索与拱、膜三部分组成，结构体系复杂，需考虑各部分之间在成形过程中的相互影响为保证建筑造型和排水、视线等功能的实现，需精准控制结构初始态位形于是我们研究了很多的分析方法，希望这种多层的索结构，既能达到想要的曲面形状，也能实现想要的预应力的目标，所以在设计的时候，首先要把它的形状、形态、预应力确定好。

确定这些索结构设计里边最关键的参数的时候，我们研究开发了新的分析方法来找到它的精准建筑造型对应的预用力，这是设计最关键的一步，也是第一步二要考虑边界变形影响的整体结构形态控制屋顶索膜结构形态分析基于固定边界进行。

形态分析后，屋盖结构需与主体钢结构合模计算主体钢结构在屋顶预应力作用下产生弹性变形，将导致屋盖结构初始态偏离目标形态，所以需要考虑主体钢结构变形影响，修正整体结构初始态三是高抗滑移能力索节点设计索桁架环索索夹的不平衡力较大，因此可通过在索夹盖板两侧设置盖板制动器，使索体由单摩擦面抗滑移变为双摩擦面抗滑移，大幅提高索夹抗滑移能力。

索夹盖板螺栓由原方案的14个减少至8个，索夹宽度由900毫米减小至590毫米，索夹重量下降35%四是张拉膜约束的拱计算长度屋顶拱的面外稳定性由张拉膜提供，所以要研究张拉膜约束的拱计算长度系数得出该项目拱面内计算长度约为0.65，面外计算长度系数约为0.8。

五是可适应柔性屋盖结构大变形的马道系统屋顶马道由三圈环向马道+四道径向马道组成，体系复杂中圈和外圈马道位于索桁架跨中位置，需具有适应主结构不均匀大变形的能力马道设备荷载大，布置有最高规格的照明、扬声和通信设备，以及闭幕式预留100吨荷载。

为此，设计了能适应柔性结构不均匀大变形的悬挂马道体系马道基本单元通过带弹簧的长圆孔销轴节点与吊框连接通过调节弹簧刚度，可以兼顾马道结构刚度和变形适应能力六是设计规范钢结构、索结构采用美国规范ASCE/SEI 7-10、AISC 360-10、ASCE/SEI 19-16，采用安全系数法（ASD）；索夹节点依据欧洲规范（EN 1993-1-11）设计；材料全部采用欧洲规范（BS EN 10025、BS EN 10210、BS EN 1090等）；LOD350的BIM；环索采用封闭索，在欧洲采购；其他索采用高钒钢绞线，在国内采购；钢材、螺栓在国内采购。

七是积沙荷载本项目地处沙漠地带，沙尘天气频发，设计中需考虑屋顶积沙的影响要考虑多种分布形式的积沙荷载，且积沙荷载分布要与风荷载匹配这个结构体系，还有一个问题，为了节省造价，缩小体育场的尺寸，我们设计的时候，提出了把主体支撑结构和维护结构合二为一的思路。

原来的方案有一个大柱子，撑着顶上的大圈梁，外边再有一个放幕墙的曲线的桁架，这样带来的问题，一是用钢量比较大，二是建造比较麻烦，因为要先把柱子建好，把环梁建好，再把外边幕墙的维护结构建好，所以就会很复杂同时，这样的一个系统，一个大主钢结构，再来一个幕墙结构，占用的空间比较大，原来的方案体育场外轮廓是330米，后来我们提出了把体育场的大柱子去掉，就利用幕墙结构，既支撑屋顶，支撑压环，又支撑索网，还支撑玻璃幕墙，把维护结构和主体结构合二为一，形成一个高效的结构体系，并且比较稳定，这样一来，结构外轮廓能够缩小到309米，节省了空间，相应的，整个体育场的造价也随之节省。

从我们结构的角度来说，整个体育场的外围结构，用钢量节省了13000吨左右，效率非常高节省造价，对各方来说都还挺满意的记  者卢塞尔体育场创造了六项世界之最包括：全球最大跨度双层交叉索网屋面单体建筑；全球规模最大世界杯主场馆；全球系统最复杂的世界杯主场馆；全球设计标准最高的世界杯主场馆；全球技术最先进的世界杯主场馆，以及国际化程度最高的世界杯主场馆。

为什么说它是国际化程度最高的世界杯主场馆？朱忠义国际化程度最高，我理解是我们中国的建筑设计院工程师参与的国际化程度最高的项目2016年11月，中国铁建CRCC与卡塔尔HBK公司组成联合体中标卢塞尔体育场建设项目，联合体包括全球20多个国家的110家大型分包企业、7000多名中外建设者，共同实施该项目。

该工程总承包是HBK（卡塔尔）- CRCC（中国铁建）联合体；方案设计是：英国福斯特建筑事务所联合体；设计总承包是澳大利亚Aurecon；设计分包是英国AFL（体育建筑）和北京建院BIAD；我们中方参建单位包括精工钢构、巨力、北京建工、海勃膜结构、泛华体育等。

HBK-CRCC联合体特别注重国际化资源的选择和运用，聘请国内外知名团队给予技术上的大力支持比如，鉴于KEO公司对业主的设计思路、标准和要求非常了解，因此，联合体在投标过程中聘请KEO及与其携手的AFL等7家国际知名设计分包作为投标咨询管理单位，对价值工程分析进行研究指导并完成报告的最终编制工作。

同时，中国铁建国际集团沙特公司亦从国内寻找各种技术力量给予支持，邀请了具有大型体育场馆和复杂结构设计经验的北京市建筑设计研究院作为自身的专家咨询团队，在关键技术和设计方面给予重点把控和指导这种国内外优势互补的合作管理模式，极大地增强了技术实力。

BIM的应用也是国际化的一方面，它本身是在全世界推广和应用得比较多的一个技术该工程在设计、采购、资金管理、质量监控的项目全流程采用 BIM（建筑信息模型）技术我们几家设计单位都是用美国规范、基于相同的BIM平台来做设计，然后提交给管理公司。

提交给业主的设计文件，就是BIM的文件因此，虽然大家工作模式不一样，语言可能不同，但都在相同的平台上工作，所以这也是国际化的一个具体的体现建设者们应用 BIM技术给体育场造了一个数字双胞胎模型，实现多专业实时协同设计，大大提高了设计效率和成果质量，根据模型直观地指导施工，并对建筑物进行高效的运营维护管理。

设计规范也很国际化钢结构、索结构采用美国规范；材料全部采用欧洲规范；钢材、螺栓在国内采购项目的屋面索膜结构、主体钢结构和其中主体钢结构选用高强度钢材，全部按照欧标在国内进行加工生产，再运到卡塔尔进行现场拼装。

记  者2022年世界杯期间，32强共在8座球场展开角逐，其中由中方参与设计的场馆仅卢塞尔体育场一座请问你们是如何取得与外方合作机会，让中国设计站上世界舞台的？朱忠义其实接触这个项目还挺偶然的卢塞尔体育场项目，业主为“卡塔尔国家建设及开发最高委员会”（SC），是卡塔尔政府专门成立的一个世界杯组委会的管理机构，统一管理 FIFA 体育场馆和配套设施建设。

2015年12月，SC面向国际市场发布卢塞尔体育场项目招标公告进行招标2016年4月28日，卡塔尔HBK 施工总承包公司（HBK）与中国铁建股份有限公司（CRCC）组成的紧密型联合体（JV）通过了SC 招标资审。

2016年5月6日，JV获得了招标文件并开始组织投标工作标书内原来有一个设计方案，由英国福斯特建筑事务所（Foster+Partner）联合体提供，根据设计图纸估算，该项目工程造价约56亿卡币，但他们做方案时大约是在2013年，那时候石油还处于比较高的价位，等到2016年正式招标的时候，中东的石油降价比较多。

于是，业主要求投标单位对原来的方案进行优化，提出该项目投标总价不得超过28亿卡币，并要求技术标必须包含一份详尽的价值工程分析实施报告，报告须与报价相匹配同时，标准要求很高，标书各项技术要求不仅要满足FIFA标准，还要满足欧美标准、卡塔尔当地标准、GSAS4星环保要求、BIM要求、业主自身技术要求等。

外国人把优化方案称作价值工程value project要实现业主的限价竞标要求，经过 JV 分析和商讨，一致认为常规的商务手段已远不能实现这一目标，并且通过施工工艺、工法、材料替换等优化方法，优化效果也非常有限。

因此，JV决定从设计方案着手，在保持原功能和要求的基础上进行优化和改进结构设计方案的优化任务异常艰巨于是，JV雇了当地的一家公司KEO作为牵头方开始做优化，KEO又找了英国一个做体育建筑的公司AFL，还找了一个英国的结构公司，就是我们北京建院这个角色，这三家主要的公司一起做价值工程，即投标前的优化。

大约是2016年6月份，中国铁建了解到我们单位之前做过不少大跨度工程，在业内有一定的名气，所以就找到我，让我帮他们看看相关资料当时我们想，这世界杯体育场也不一定能中标，看看国外的资料，就当学习吧8月，我受邀去卡塔尔和中铁建当面交流，也参加了两次KEO他们的会议。

当时，KEO组织的是AFL和另一家结构公司来做优化，我们并没有在他们的投标团队里，只是中铁建请我们帮忙看看，从法律上来说对我们是没有保障的但我们把这当成了一次很好的学习机会，特别认真地看了外方资料，并提出了我们自己的优化思路和方法，还对优化的结构做了非常细致的分析研究。

经投标预算组估算和评估，外幕墙及屋面支撑钢结构工程量比原设计减少约40%，屋面索网结构工程量比原设计减少约61%最后，汇总其他专业以及其余项优化成果，本项目工程总造价最终优化到了27.9亿卡币，实现了业主招标的商务要求。

交标书时，英国的结构公司光说概念，没有具体数据，于是正式的招标文件，把我们的资料交上去了我们的设计方案对接国外标准体系，技术先进，注重细节，考虑周全，又有扎实的技术作支撑，获得了国际同行认可到了2016年10月份告诉我们中标了，让去卡塔尔和KEO谈，让他们把大跨度结构、屋顶索膜结构分包给我们做设计。

一开始，KEO对我们很有抵触，因为它是一家阿联酋的公司，管理人员是英国人，还是想用自己国家的设计公司后来经过争取，我们这才被纳入到整个设计团队里面项目管理公司是美国人，他们没有和我们中国工程师打过交道，一开始也是有点不信任，但后来在设计的过程中，看到我们提交的设计文件、分析文件都很好，慢慢转变了态度，包括业主，也就是政府，对我们也特别信任。

后期建造过程中，不管遇到什么问题，都会听取我们的意见从一开始抵触我们，到后面信任和接受，整个过程合作还是很愉快的卢塞尔体育场结构设计的成功，和我们单位在体育建筑设计方面的深厚积累离不开北京建院做的体育建筑比较多，从上世纪60年代建的北京工人体育场、首都体育馆，到亚运会的比赛场馆，再到奥运会、冬奥会的众多场馆，都有我们院的身影，经验积累很丰富，所以我们不管在国内还是在国外做体育建筑设计，都比较有信心。

而且经历了北京奥运会、冬奥会、上海世博会等大型基建工程的锤炼，国内同行的设计水平得到极大提升，中国结构设计已达到了国际先进水平，我们有信心踏上国际赛场跟国外同行同场竞技记  者体育场馆的赛后可持续利用是一个世界难题。

对于大型体育赛事主办城市来说，赛后场馆的再利用是最棘手的问题之一请问卡塔尔世界杯后，体育场馆在可持续利用方面有何考虑？朱忠义卡塔尔世界杯新建和翻修了8个体育场，其中只有974球场为临时场馆，其余将永久保留。

卡塔尔国家很小，总面积11521平方千米，约是北京面积的2/3，对于常住人口才260多万的卡塔尔而言，这些场馆在未来几十年内也不太可能得到有效利用因此，赛事结束后，体育场的部分场馆设施将被拆除并捐赠给其他国家，剩余部分将被重新用作学校、商店、咖啡馆、体育场馆、卫生诊所等。

974体育场，位于拉斯阿布阿巴迪，球场占地面积45万平方米，可容纳4万名观众它由974个集装箱拼装而成，据了解，这是为了彰显卡塔尔发达的海运物流“974”也是卡塔尔的国际长途电话区号974体育场没有像其他球场那样配备全空调，而是设计成交叉通风的开放式体育场，其观众席、卫生间、商店等都是由五彩斑斓的集装箱改装完成的，用完之后可以拆下来继续建造其他的体育场。

这座球场在赛后会被拆解，各部分运往欠发达的国家和地区回收利用它的巧妙构思与赛后材料再利用的安排，在建设大型绿色体育场馆领域中树立了一个标杆同样考虑赛后捐赠的还有贾努布球场，世界杯后该球场的容量将减少到2万人，球场的上层部分被拆除的座椅将会被捐赠给海外足球发展项目。

教育城球场则在本次世界杯比赛结束后，将减少一半场馆容量，提供给附近学区的学生、教职人员、社区居民使用，甚至会在球场旁建造一所新学校，并捐赠观众座位给邻近的发展中国家建造体育场馆，帮助提升更多国家和地区对体育运动和赛事的积极性。

卡塔尔方面原来计划等世界杯结束后，将卢塞尔体育场改造成学校、医院或者商场，高层还可以改造成公寓等体育场的立面、大块的索结构都保留，只是把看台拆了现在，卡塔尔还将举办2030年亚运会，卢塞尔体育场或被改造成综合场馆，增加跑道等，继续服务2030年亚运会。

此外，卡塔尔还有意将2036年夏季奥运会带到多哈卡塔尔曾多次申办过奥运会，但由于国际奥委会对当地夏季高温的担心，卡塔尔最终未能如愿不过刚刚举办的世界杯上，卡塔尔在球场内使用了先进的空调系统，成功解决了运动员对于高温的担忧。

体育建筑的可持续利用，从结构专业来说，其结构最好能够实现拆除，并且拆卸以后可重复利用像北京体育场比较多，那在这儿举办完比赛，我们是不是可以拆了以后援建到另外一个地方我觉得这种思路以后可以推广这种用螺栓，或者榫卯连接的大跨度结构，没有焊接，拆卸、安装非常方便。

其实我们国内现在有这个技术，但用的还不多，主要用在一些军队的机库可拆卸的体育建筑可以节省很多成本，符合我们建筑结构技术发展的要求，也符合现在社会发展所提倡的低碳环保、绿色建筑的要求记  者目前，全球碳排放中约40%来源于建筑行业。

卡塔尔承诺让2022年的赛事成为首届“碳中和”世界杯请问在卢塞尔体育场结构设计时，是怎样减少建筑全生命周期的碳排放，实现低碳环保的？朱忠义为兑现“碳中和”世界杯的承诺，组委会制定了详细的实施路线图，在场馆建设、电力供应、交通设施等方面全方位地融入了创新、可持续、低碳的办会理念，以及各种节能、降碳、环保的新思路、新设计和新技术。

卡塔尔属热带沙漠气候，即使比赛被安排在冬季进行，当地气温仍然不低因此如何在呈现风格化设计的同时，给运动员及观众提供舒适的环境，成为了此次世界杯体育场馆建设需要解决的重要问题从建筑结构的角度，我觉得卢塞尔体育场采用的索结构就是低碳环保的。

第一，从材料上来说，索是高强材料，如我们平时用的Q345钢，屈服强度是345MPa，抗拉强度是500Mpa左右，但是索的抗拉强度可以达到1860MPa，因此需要用的材料少，也就绿色环保了第二，索的安装是一种装配式的安装，不需要现场的工人焊接，只用很少的螺栓连接，直接通过千斤顶牵引提升装置就安装到位了。

这些都是符合绿色环保要求的第三，我们通过体系的优化，利用先进的 BIM 技术对钢结构与屋面索网进行优化设计，大幅降低钢材消耗，索的材料节省了40%左右，这也是减少碳排放一种具体的贡献记  者新中国成立以来，中国体育从羸弱走向昌盛，体育建筑也从当初的寥寥无几发展为现在的配套完整、类型丰富，特别是随着亚运会、奥运会、冬残奥会等一系列大型国际赛事在中国的举办，中国体育建筑更迈入了世界体育建筑的前列。

伴随着我国体育事业的发展，北京建院先后设计了众多体育地标建筑，积累了丰富的体育建筑经验您能结合北京建院的体育建筑设计发展之路简要回顾一下我国体育建筑结构发展的历程吗？朱忠义我感觉，我们国家的建筑大跨度结构发展还是挺迅速的。

伴随着我国体育事业的发展，北京建院先后设计了工人体育场、国家奥林匹克体育中心和亚运村、国家体育馆、国家速滑馆等为代表的新中国四代体育地标建筑建成于1961年的北京工人体育馆，建筑面积约4万平方米，整体形式为圆形，屋盖采用轮辐式双层悬索结构，跨度达到94米，是我国悬索结构大跨度建筑的经典之作，当时在全世界都是很先进的。

工人体育馆大跨结构在教科书里边经常出现建成于1968年、现在仍在使用的首都体育馆，跨度为99米×112.2米，是当时国内跨度最大的网架结构建筑负责设计的是我们北京建院新中国第一代建筑大师熊明半个多世纪来，首都体育馆见证了新中国体育一次次的大事件，这里曾承办过1990年北京亚运会、2001年世界大学生运动会、2008年北京奥运会等综合性国际大赛。

2022年北京冬奥会，首都体育馆园区仍是核心场馆群之一，承办了短道速滑、花样滑冰两项赛事我们院的马国馨院士，主持设计了国家奥林匹克体育中心，1990年在这里成功举办了第十一届亚运会亚运会的英东游泳馆是全国首个斜拉索网壳屋盖结构，斜拉索网壳屋面结构一改过往平直、板正的结构惯例，赋予建筑更多的灵动感。

2008年北京奥运会的国家体育馆，比赛馆区域屋顶跨度为114米×114米，采用了双向张弦空间网格结构，是目前世界上最大的双向张弦结构这个结构的上弦是纵横相交的钢管桁架，下弦为双向高强张拉索网整个受力形式简洁合理，就如同射箭的弓，上面的钢管桁架受压，下面的高强钢索网受拉，并通过竖向腹杆向上支撑钢桁架。

采用这个结构以后，最终的用钢量比最初的设计方案减少了约15%2022年冬奥会标志性场馆——国家速滑馆，外形上由22条晶莹美丽的“丝带”状曲面玻璃幕墙环绕，因此，又被称为“冰丝带”长198米、宽124米双曲面马鞍形单层索网结构屋面设计，是目前世界上规模最大的单层双向正交马鞍形索网屋面体育馆。

这个巨大的屋顶通过49对承重索和30对稳定索编织成索网状屋面，再铺设1080块4米×4米单元屋面板从这些项目来看，我们单位做的体育建筑工程还是很有前瞻性的，结构创新都走在前列，而且一直在创新记  者2023年2月6日，土耳其发生两次7.8级地震，震感遍及亚欧非多洲。

说到地震，应急避难场所备受关注体育场馆不仅推动了体育公共服务的均等化，因其空旷坚固的特点，如今在避灾避险方面发挥着重要作用我国是世界上各种自然灾害发生频率较高的国家，《国务院关于进一步加强防震减灾工作的意见》（国发（2010）18号）就已经提出“各地区要结合体育场馆等公共设施，因地制宜搞好应急避难场所建设，统筹安排所需的交通、供水、供电、环保、物资储备等设备设施”。

请问体育建筑作为紧急情况下改建避难场所的首选，结构设计时应注意些什么？汶川地震时，曾是最大抗震救灾中心的绵阳九洲体育馆的结构设计有何特点？朱忠义体育建筑有时会在紧急情况下改建为避难场所如果能将其设计成装配式的建筑结构，就能够实现快速拆卸、快速安装。

这些结构，可以作为应急的储备物资有应急的时候，把它运到那个地方快速安装起来，用作方舱也好、应急避难也好，都可以当在这个地方完成了它的应急功能后，我们又把它拆成构件储存起来备用2008年，我国发生了“5·12”汶川特大地震。

绵阳九洲体育馆科学合理的结构设计与高质量高标准的建设，使其在大震中安然无恙，成为当地最大的抗震指挥和灾民安置中心2003年，绵阳市为筹建2005年第十三届世界拳击锦标赛主场馆，面向全国开展工程设计招标当地对此场馆的建设高度重视，对参与竞标的团队及其建设方案进行了全市公投，最终，北京市建筑设计研究院的方案中标。

我参加了项目中大跨空间结构的设计根据屋盖造型，我们采用了四个落地拱架作为主要承重结构，包括两个单跨165米的中拱和两个三跨165米的边拱，拱架之间采用桁架联系和支承屋面整个结构支承在拱脚和边拱中间部分，共8个支座。

体育馆新颖独特的造型为项目的结构设计带来了诸多难点当时绵阳当地抗震设防烈度只有6度六度区，相当于我们国家抗震设防最低的一档在满足国家设计要求的前提下，设计规范不能随便提高设防烈度，会增加造价但是，对于这个当地可容纳人数最多、可承担国际赛事的体育馆，我与设计团队设想，为确保安全，不仅要保障大型建筑的日常使用安全，还必须充分考虑大震等不可预测因素的影响。

我们院四位院总大师针对难点也提出了一致的意见：“要保证大跨度拱结构拱脚基础的安全性和整体性；确保空间结构的整体稳定性，要防止支座失效或变形后的连续倒塌”为此，我们团队在设计周期极为紧迫的情况下，把防连续倒塌设计作为重中之重来对待。

我们对大跨空间结构的关键构件进行了多方面的验算和校核，进行了预防偶然荷载的防连续倒塌设计；对结构的薄弱点进行了充分研究，对关键构件和部位进行了加强；对于一般普通部位则尽可能优化减少用钢量，既做到轻巧省钢，又提高结构安全度和冗余度。

拱脚基础在三轮的方案设计后，最终采用了重力墩式基础方案，并对基础支座关键构件进行了包括岩层滑移面影响等多方面的验算和校核，以确保万无一失基于此，保证了绵阳九洲体育馆的安全，在“5·12”汶川特大地震来袭时，有些维护结构发生了开裂，但主体结构没发生倒塌。

随即，该场馆成为当地最大的抗震指挥和灾民安置中心考虑到其后余震会不断来袭，为确保结构的绝对安全，在公司齐五辉总工程师和周笋副总工程师的指导下，我把各种可能出现的不利情况重新一一研究，对于关键部位逐个过筛检查，反复验算结果表明，该馆在大地震下安全可靠，可以用于抗震救灾。

我们设计团队又与该馆管理人员密切配合，提示馆方及时安排对关键部位做好检测，要求在每次4级以上余震后例行检测；同时，要求馆方对于有可能存在隐患的部位留出安全距离，避免围墙局部砖块脱落，伤及避难群众在主震和上万次余震的考验下，九洲体育馆结构表现完好，保证了在此避难的上万群众毫发无损。

记  者除了体育建筑，您还设计了“天眼”、大兴国际机场等众多备受瞩目的项目，其中，您个人最喜欢的是哪一个？其特色是什么？朱忠义因为我研究生博士学的专业是大跨度空间结构，所以我设计最多的，一是体育馆，如烟台的体育场、新疆的体育场、国家体育馆、赞比亚的体育馆等；二是航站楼，如北京的T3航站楼、大兴国际机场、深圳的机场、昆明的机场等。

我觉得每个项目都有亮点，但是卡塔尔卢塞尔体育场确实做的挺艰辛，但最后的效果还是挺好的从2016年开始做设计，做方案，到工地现场的配合，一直到2022年年底都在跟踪，花了很多的精力，遇到很多问题，又一一解决这些问题。

2017年，我们完成卢塞尔体育场结构设计任务，还取得多项创新成果，并在海南三亚、山东日照等地的体育场项目推广应用，进一步推动了索结构发展及设计水平的提升海南三亚国际体育产业园体育场，风荷载比较大，与岳卿瑞院士合作，设计了碳纤维增强复合材料拉索 ( CFRP 索)组成的轮辐式索桁架结构。

将CFRP索应用于该工程索桁架内环交叉索，与采用传统钢索相比，索体有效截面积减小约40%，自重减轻约80%，并且因其较小的索体轴向刚度，减小了对环索内力的影响，显著降低了索夹承受的不平衡力，简化了索夹构造，省去了平衡索等抵抗不平衡力的附加措施。

天眼FAST，位于地形地貌复杂的贵州喀斯特洼地，精度要求和几何尺度都远超常规建筑结构，而且为满足观测需求，还要求结构具有主动变位功能，这些都给结构设计带来了前所未有的挑战由于所处地貌复杂，FAST圈梁支承柱高度在3米-50米不等，导致结构和基础受力复杂，并且圈梁温度作用明显。

这个问题在项目前期一直没有得到有效解决后来我提出将柱子与圈梁隔开，通过一个径向可动支座进行滑动释放，并且发明了满足力学模型的相关产品，有效解决了复杂山区环境对结构受力的影响，并且减小了索网变位过程中应力变化幅，FAST反射面变位也更加灵活。

其实我们做建筑结构的，都是在做项目的过程中逐步得到提高的，所以我觉得做每个项目都是一次提升每个工程，你别看他有大有小，但都面临着不同的挑战虽然我们原来已做过很多的体育场、机场，但现在建筑技术在不断发展，设计过程中，会遇到很多新问题，可能要投入很多精力来研究才能解决。

不断地挑战，不断地创新，从而提升我们的能力和技术，并推动整个行业进步记  者请您从建筑结构的角度，谈一谈未来中国体育建筑的发展方向，将会有哪些新的发展态势？朱忠义从我们专业的角度来说，还是更安全更高效的结构体系。

更安全，设计人员要正视建筑结构设计工作中存在的不足，并且严格根据建筑结构规范及设计要求开展工作同时，还要不断提高自身的专业技能，提高建筑结构设计的安全性更高效，一是结构体系高效，材料省强度高的材料可以减少用量，随着钢索、碳纤维材料、复合材料的推广和应用，可能会促进结构的新发展；二是建造高效，人工省。

如装配式结构，只需要很少的人工，就能安装起来，还很方便拆卸，拆卸后可以用在其他的地方，这都是高效低碳的发展方向原文发表于《北京规划建设》杂志2023年第1期cityif获授权微信首发，如需转载请联系本号。

方钉导航