浅析日本代代木体育馆建筑结构

1、浅析日本代代木体育馆建筑结构摘要本文简要回顾了日本代代木体育馆时代背景、创作理念及概况，重点讨论了代代木体育馆结构形式的优势和特点，以及建筑结构和建筑造型的完美结合。关键词 代代木体育馆 建筑造型 建筑结构 代代木体育馆是亚洲第一位普利兹克建筑奖得主、日本建筑师丹下健三的作品。它是丹下健三结构表现主义时期的顶峰之作，具有原始的想像力，达到了材料、功能、结构、比例乃至历史观的高度统一，被称为20世纪世界最美的建筑之一。日本现代建筑甚至以此为界，划分为前后两个历史时期。1 时代背景1964年，日本获得东京奥运会举办权，日本政府决定借举办奥运会之机让大家重新认识日本。和所有奥运会的主办国一样，日本举

2、国为之欢欣鼓舞。因为这是奥林匹克第一次在非西方国家举办，如何在奥运建筑的设计上体现东方精神就成了大家关注的焦点。丹下健三作为当时日本最有实力地建筑大师，他众望所归的被委托设计第18届奥运会的主场代代木体育馆。20世纪60年代，建筑界新的思潮风起云涌，现代主义、后现代主义的呼声非常强烈。对于丹下来说，一个大的的转机是从1960年前后逐渐开始的，在研究新的工业化社会将给日本带来什么的时候，他发现建筑环境和城市环境都开始急剧地变化，在这个时候，丹下考虑的是建筑如何与之适应。代代木体育馆锁定在丹下提出的“都市轴”高速环状的交通网上。代代木体育馆为亚洲第一个奥运场馆，注定了其为承前启后的建筑，既要彰显日

3、本传统的建筑风格，又要展现日本新的建筑理念。2 创作理念丹下认为：“虽然建筑的形态、空间及外观要符合必要的逻辑性，但建筑还应该蕴涵直指人心的力量。这一时代所谓的创造力就是将科技与人性完美结合。而传统元素在建筑设计中担任的角色应该像化学反应中的催化剂，它能加速反应，却在最终的结果里不见踪影”1这一最基本的理念便是丹下在建筑实践中始终坚持的信条。代代木体育馆是当代仿生建筑的杰出代表，这一个由瞬间的海浪漩涡而引发灵感的设计，其类似海螺的独特造型给人很强的视觉冲击。建筑由两座场馆组成，大的椭圆形为游泳馆，小的圆形为篮球馆。两座馆都用悬链形的钢屋面悬挂在混凝土梁构成的角上，状似蜗牛。建筑采用悬索结构，用

4、数根自然下垂的钢索牵引主体结构的各个部位，从而托起了这座总面积达两万多平米的超大型建筑，成为建筑艺术的经典作品。这种大胆而新颖的结构形式，在当时很罕见，因而建成后引起了不小的轰动。3 概况分析 整个代代木占地91公顷，由一个主馆（游泳馆）和一个附馆（篮球馆）及办公与辅助设施组成。主馆建筑面积25396， 15000座席，其跨度126m×120m，2是用于游泳与跳水比赛的，结上冰又可以进行滑冰比赛，游泳池还有一个隐藏起来的活动盖子，盖上盖子，可以在上面举行柔道之类的比赛。它的平面是由。两个月牙凹口对四口叠在一起组成的，形成一个圆形的观众席和当中的游泳池，圆形的两端伸出两个方向

5、相反的尖角，那里正好是宽阔的观众出入口。屋顶采用悬索结构，这样，在外观上整个屋顶就是个两瓣的贝壳了。附馆在主馆的西南面，建筑面积5591 ，可以容纳4000名观众。用于举行篮球或拳击比赛。它是个直径70米的圆，它的入口也突出在圆的外面。据说，从它的室内看这个扭曲得厉害的屋面，似乎有些像一个正在发力的运动员的身体姿态。主附馆是通过地下部分取得联系的。附属建筑面积3217 ，包括管理用房、餐厅、办公室、公共辅助设施及运动员的练习场地和一个50×12m的室内游泳池，中间的空地形成中心广场。4 结构选择代代木体育馆采用高张力缆索为主体的悬索屋顶结构，创造出带有紧张感和灵动感的大型内部空间。其

6、特异的外部形状加之装饰性的表现，可以追溯到作为日本古代原型的神社形式和竖穴式住居，具有原始的想像力。4.1 主馆主馆的屋面结构是利用一对主钢索在主结构两根塔柱之间进行张拉的悬索桥状的中央结构，并利用此结构与看台后端之间悬挂的悬吊构件组成曲面结构。这两根主钢索在跨中以纺锤状展开，形成了自然采光和人工照明的空间。各主索分别由37根直径为52mm和直径为34.5mm的钢绞线组成。主索的两端锚固在混凝土中。屋面悬吊构件为截面工字型的钢构件，存在弯曲刚度，是半刚性悬挂结构。3选用本结构体系，主要目的是为了结构的合理性。此结构作为张拉结构拥有支撑屋面荷载的能力、对不均匀荷载有补强加劲功能、创造出建筑上非常

7、合理的曲面形式等三方面作用。另外，考虑到造价、工期、地基以及缩小空间容量，产生良好的音响效果等方面，最终采用张拉结构。主馆的结构是由以下三个系列组成的：（1）主索和看台外围之间构成悬吊曲面；（2）利用主钢索、塔柱、锚固块和抗压构件形成类似悬索桥的平衡体系，成为支撑屋面主荷载的中心结构；（3）屋面张拉和看台重量的平衡而形成外围结构。工程规模：主跨度为126m,横向索跨度为44m,横截面最大跨度为120m,主索最高点为地上27.523m,主索的中央挠度为9.653m。3在侧跨内主索接近平行线，主跨度内为了得到顶部采光和人工照明用的空间，采用纺锤形展开。这种屋顶形式在屋脊所有边上产生的拉力与缆索之间

8、的上空形成了一条宽阔裂缝。丹下为了削弱裂缝感，设计成建筑天窗，日光通过这一系列天窗深入体育馆室内。在主体结构的两端，则通过延伸部分屋顶一直到缆索地面的基础来创造大方、美观的入口；同时，屋脊所形成的开口裂缝及其上的天窗部件在高塔柱处完全结束。屋面板为4.5mm厚的钢板，安装在悬吊钢构件间设置的间距为1.5m的轻型钢檩条上。4.2 附馆附馆位于基地正西面，并采用与游泳馆同样的结构原则，但它所完成的工作形式与游泳馆有很大差别。小体育馆的屋顶从一根位于东面观众席后方、单独的混凝土高塔柱上成褶皱状悬挂。塔柱支撑着一根主要的悬挂构件呈螺旋状向下，一直延伸到地面锚固；这根悬挂构件准确轨迹的确定是通过一个旋转

9、的以塔柱为原点投射的钢杆阵列。小体育馆屋顶张拉构件通过这根主索悬挂，并沿举起的混凝土基础外边缘以有秩序的间隔插入。篮球馆的内部空间则通过木材色调带给人温暖感，但内部空间占主导性的是其反向漏斗形态，这种空间形式似乎是用一种漩涡运动向上拉升空间，直至天窗得以释放，天窗连续地位于塔柱和主索之间。从结构角度看，这两座体育馆用支索替代屋顶刚性构件是一种妥协和折中的办法，需要靠屋顶不充分的曲面形式予以补偿，不充分曲面在屋顶的分界处特别明显。因此有人指出，这两座体育馆的所有结构是半刚性结构而不是纯粹的张力形式；当然，在这里对纯粹性的不满必须向建筑表现力让步。两座体育馆惊人的美丽并在各个部分都富于表现力。这两

10、座体育馆所有主要的连接构件都被清楚地设计、表达。此外，所有的结构细节是条理清晰、明确的。5 结构分析 代代木体育馆运用悬索结构，这种结构是由柔性拉索及其边缘构件所形成的承重结构。因为索主要承受轴向拉力，可以最大限度的利用钢材的强度，如果再配以高强轻质的材料，可以大大减轻结构自重，跨越很大的跨度。4悬索结构的组成：索网-多股钢绞线、钢丝绳；边缘构件-梁、拱或桁架；支承结构-钢筋混凝土立柱，框架结构。丹下很乐于使用简洁的构成手法创造丰富得惊人的表现力，下面这三张简单的草图可以清楚地说明代代木体育馆主馆的结构构成：首先是一个类似悬索桥的系统，它是吊起整个巨大屋面的主要构件，它决定了结构的尺度，它的安

11、全也决定了整个结构的安全。然后，两边各有一个半圆形的钢筋混凝土刚性环被从主缆上伸出的众多钢缆吊离地面，与地面形成一个倾角，整个体育馆的基本形态就是这样。当然实际的样子要复杂一些，主要的变化在于，丹下先生没有把主缆的锚锭放在中轴线了，而是顺时针转了一个角度，并且两边吊起的也不是半圆，而是各在端部伸出一个尖角直通主缆的锚锭，这样才形成了最终的像是两个错开的半圆的样子。另外，在众多吊索的中央可能增加了一道圈梁，以制造出现在这样的屋面曲线。但这些变化都不改变这个体育馆基本的结构构成。5大概也正是通过这些变化，再加上大尺度的效果，传力如此清晰而简洁的结构体系展现出来的却是丰富无穷的表现效果。旁边的小体育

12、馆的结构构成更加简单，与大体育馆相比，更有张力，更具有创造性。总的来讲它就像是一个人在用力的拽起一个圆环。但与下面的图中表现的样子不同的是，丹下先生在背后的锚索上又做出了有趣的变化。背索没有直接连到主塔上，而是从后面绕出来，在主塔身前绕了一圈之后连到了塔尖上。传力路径没有大的变化，但建筑效果却突然生动了起来。采用高张力缆索为主体的悬索屋顶结构，创造出带有紧张感、力动感的大型内部空间。悬索结构由受拉索、边缘构件和下部支承构件所组成。拉索按一定的规律布置可形成各种不同的体系，边缘构件和下部支承构件的布置则必须与拉索的形式相协调，有效地承受或传递拉索的拉力。 拉索一般采用由高强钢丝组成的钢绞线、钢丝

13、绳或钢丝束，边缘构件和下部支承构件则常常为钢筋混凝土结构。代代木体育馆属于单向悬索结构，它的特点是轴向拉伸抵抗外荷作用，能充分利用钢材强度，施工方便，费用低，便于建筑造型。丹下创造出一个新奇迹，在运用悬索结构时巧妙的将两个单向悬索结合在一起，而在承受拉力最大的两大斜坡的交界处把两个承重钢索分开，以便减轻钢索的负荷，减少钢架的拉力，而室内，却没有一根支撑物，房顶形成一个圆形，就像固定在柱子上的一块布。6 结语代代木体育馆是上世纪60年代现代建筑技术进步的象征。柔性设计当时被视为最复杂的设计，其复杂在于大跨度、大空间，让场馆及其他设施都被统一在这个用高张力缆索为主体的悬索屋顶结构之下，他摆脱了当时勒·柯布西耶推崇的柱式建筑，被誉为划时代的建筑。这种带有鲜明民族风格的悬索结构凹曲屋顶，其构思原型来自日本纹章图案“巴”。该图案将向心、离心、流动等运动趋势统一于一体，象征着循环往复的运转。