建设单位：咸阳市统一建设工程管理办公室
建筑设计：PTW+CCDI
建筑类别：甲级大型体育场馆
结构形式：看台及附属建筑为钢筋混凝土框架剪力墙结构，雨棚为空间管桁架钢结构体系。
总建筑面积：71646㎡（体育场馆71350㎡、能源中心296㎡）
建筑高度：雨棚最高点结构标高50m（钢结构上弦截面中心线相对±0.000）
展位高度：17.38~27.87m
建筑层数：4层
座位数：38899个座位
项目概况
咸阳奥体中心体育场是PTW和CCDI中标的4万人体育场。位于大西安市咸阳文化体育功能区。是举办2018年陕西省第十六届省运会的主会场，并承担2021年陕西省第十届运动会、第四届全运会的部分比赛项目。计划于2018年5月竣工并投入使用。
项目用地较为紧张，总用地面积约250亩，整体形状呈方形，约410m×410m。体育场东临湖区公园，南临城市主干道北苑一路；南面是体育场主城市广场，东面通过二层平台与湖区公园相连，交通条件优越，景观视线良好（图1）。
图1 总体规划
设计理念
咸阳深入秦川腹地八百里，是秦汉文化的重要发祥地。提取“青铜之乡，立于世界”的设计元素，以“立于咸阳”为设计理念，为秦川打造一座集实用与艺术于一体的地标建筑。建筑形式采用椭圆形，既消化了正圆的刚性，又显得端庄优雅。同时巧妙地解决了局促用地的空间关系。建筑形式为九鼎形，建筑表皮为士兵甲胄形，二层平台为高台形。高大、开放的外立面增加了通风效果，提高了用户的舒适度，让建筑与景观相互渗透。同时巧妙地解决了建筑体量巨大与用地局促的矛盾。远远望去，形成一个绿色的斜坡
高台、宫殿柱廊、屋顶重檐的特点（图2、图3）。
图2 整体鸟瞰图
图3 夜间建筑鸟瞰图
体育场表面采用“玻璃+浅灰色金属+半透明太阳能电池板”的组合，纹理与质感和谐又各异。白天，随着朝阳到夕阳的光彩变化，形成不同的纹理和变幻的光影效果；夜晚，通过夜景灯光设计，内部光影勾勒出建筑的轮廓和质感。 “千尺为气，百尺为形”。远远望去，整个建筑就像一座大鼎矗立在高台上，雄伟、古朴、硬朗；从近处看，夜景灯光勾勒出来的立面肌理就像金色的铠甲，闪烁着金色的光芒。整个概念力求将历史、文化、自然环境、使用功能等因素和形式完美融合（图4）。
图4 架构透视图
天篷设计
体育场是一个旨在为观众提供愉快体验的社交场所，通常是城市的标志性建筑。随着社会的进步和体育事业的发展，从古罗马斗兽场、白城体育场、慕尼黑奥林匹克体育场、安联体育场到北京鸟巢、伦敦碗体育场，从重型砖石材料到钢筋混凝土、钢结构，从从满足表演建筑最基本的视线条件的梯田看台到全雨棚形式，体育场从内部结构形式到外部表皮材料都发生了很大的变化。对于现代体育场馆来说，雨棚（屋顶和立面）不仅要满足不同天气条件下观众的舒适度，而且往往还承担着表达当地历史文化、创造城市地标的责任。下面从结构形式、表皮系统等方面介绍咸阳奥体中心体育场的覆盖设计。
结构形式
雨棚钢结构采用径向平面管桁架悬臂结构和四向周向空间管桁架结构受力体系。最大悬挑长度40m，悬臂根桁架高度6m。整个钢结构雨棚通过倒三角锥斜杆内支撑支撑在下部混凝土柱的顶部。高台区域设有40组支撑。柱顶设有立斜梁和周向环梁；下层设有28组支撑。看台区域由高于看台的混凝土柱顶部支撑，共有68组内部支撑。雨棚桁架延伸到场地外并向下弯曲以支撑在柱侧的牛腿上。为保证雨棚的整体稳定性和面内刚度，沿圆周每隔约40m设置屋顶上弦水平支撑系统。沿圆周的两个水平支撑位于悬臂前端和支撑柱处。墙体结构采用菱形斜交平面桁架，与立面造型相结合（图5、图6）。
图5 雨棚钢结构剖面图
图6 雨棚钢结构剖面图
需要指出的是，由于项目工期紧张，从规划概念阶段就考虑了“标准化、模块化”的策略。径向平面设计管桁架采用两个标准单元，减少了钢结构加工尺寸的种类，大大提高了施工进度，降低了工程造价（图7）。钢结构下部向混凝土柱两侧向内倾斜，均匀的结构单元使整个建筑更加简洁纯粹，一定程度上弱化了建筑体量与局促用地之间的矛盾。
图 7 两个标准化单位
表格生成
基于上述结构体系，雨棚包括立面幕墙和屋顶两部分，形成虚实变化、材质质感不同的外观效果。立面幕墙包括玻璃幕墙和铝板幕墙，屋顶包括立缝金属屋面和阳光板屋面（图8）。
图8 身体形成的结构和皮肤
立面幕墙
立面表皮意为“士兵的铠甲”济南铝镁锰屋面钢结构，呈空间圆锥形状。它由玻璃和穿孔铝板制成，两种材料的质感与概念一致。玻璃和铝板均以三角形为基本结构单元，并在立面上组合成圆锥体单元。为了提高内部空间使用的舒适度，创造良好的自然通风条件，同时为了让火灾时产生的烟雾能够顺利排出，保证使用者的安全，锥体单元之间留有约1m宽，同时对铝板进行穿孔，穿孔率从下到上逐渐增大。总体而言，立面设计力求在形式、舒适度和安全性方面找到和谐与平衡（图9和图10）。
图9 建筑立面图
图10 局部剖视图
玻璃幕墙采用8TP+1.14VB+8TP夹层钢化玻璃，成品面至钢结构距离600mm。玻璃单元的三个边的尺寸约为5m、4m和3m。铝幕墙采用4mm厚银灰色冲孔铝板，表面氟碳喷涂。铝板单元的三边长约为6.6m、5.5m、3m。由于尺寸较大，铝板单元由四块3.3m、2.7m、1.5m铝板组成。背面有罗纹，铝板单元底部预留斜角。立面采光槽的位置。玻璃幕墙与铝板幕墙组合效果如图11所示。
图11 立面幕墙图
在最初的设计中，幕墙与钢结构的连接件是通过两段圆钢连接的。幕墙单元框架采用120mm×5mm圆钢管固定。钢结构侧130mm×4mm圆钢管通过弧板与钢结构焊接。两根圆钢管采用不锈钢螺栓以插拔连接的方式固定，在螺栓固定处留有孔。幕墙安装时留有尺寸调整余量。但由于幕墙为圆锥形，上述方案只能解决安装时圆钢管中心线方向的调整问题。而且，如果两段圆钢管在中心线方向存在角度偏差，这种堵漏方法也是行不通的。好的。
因此，经过与施工单位多次讨论，对上述方案进行了优化，实现连接器在空间上至少可以在两个方向上进行调节。如图12、图13所示，优化后，钢结构侧面圆钢管改为100mm×8mm，端部焊接200mm×150mm×12mm钢板济南铝镁锰屋面钢结构，钢板焊接为16mm厚钢板，125mm×80mm×14mm的连接件与16mm厚的钢板连接，幕墙龙骨采用螺栓固定，通过固定点的孔尺寸余量可实现两个方向的空间调节。连接件的优化为整个复杂幕墙的后续施工和安装提供了良好的条件。
图12 幕墙原设计及结构连接方式
图13 立面连接件优化
屋顶系统
该项目的屋顶系统使用两种材料：金属和太阳能电池板。整个屋顶有两条排水沟。布置如图14所示，以第一排水沟为界，靠近场地一侧为锥形太阳能电池板屋顶，外侧为直立缝金属屋顶。其中，直缝金属以第二排水沟为界分为两种方法。第二排水沟内侧为直缝金属，外侧为直缝金属+3mm厚铝装饰板。
图14 两条排水沟
锥形太阳能电池板的轻盈和透明与金属屋顶的光滑相得益彰。整体结构呈“九鼎”状。由于太阳能电池板的使用，缓解了场馆内的视觉压抑感。屋顶檐口处，在直缝金属屋顶上增加3毫米厚的铝装饰板，使设计理念中的“双檐”意图在形式上更加简洁纯粹，造型轮廓更加清晰（图15）。
图15 锥形阳光板及“双檐”效果
体育场雨棚是为观众提供舒适观看环境的构件。立面上的穿孔和缝隙为自然通风提供了条件。上述屋顶金属和太阳能电池板的布置，不仅可以保护观众免受日晒雨淋，也保证了建筑可以全天候使用。场地侧面采用半透明太阳能电池板，不仅减少了结构荷载和成本，而且还减少了屋顶阴影与场地的明暗对比，为运动员和赛事转播提供了良好的光环境。
金属屋面板采用0.9mm厚铝镁锰合金立式单锁板。板型采用S65/400型板（板宽400mm，板肋高65mm）。板通过 360 度锁定边缘连接。主檩条采用250mm×100mm×8mm钢方管，次檩条采用120mm×80mm×6mm钢方管。
金属屋顶是一种传统的施工方法。除了防水外，还必须考虑防风、防坠落、防雷等措施。具体施工方法如下（从上到下）：0.9mm厚铝镁锰扇形屋面板、防水透气膜、岩棉、镀锌钢网、次檩条、压型钢板、主檩条、及主体钢结构。铝装饰板屋面方法是：通过专用高强度铝合金卡箍、转接件、双向铝合金圆管、铝合金型材角码固定在立缝上。铝装饰板尺寸为1200mm×500mm，采用铝板作为加强筋（图16~19）。
图16 金属屋顶+铝装饰板结构样本
图17 金属屋面结构节点
图18 铝装饰板背面加强筋结构节点
图19 铝装饰板檩条-双向圆管结构节点
太阳能电池板屋顶采用8mm实心板（板宽800mm，透光率25%，燃烧等级B1）。顶面为均匀的浅乳白色，底面为磨砂（图20）。
图20 太阳能电池板屋顶实体模型
太阳能电池板本身具有重量轻、透明度和纹理选择性强、易于加工等诸多优点。然而，它会随着温度的变化而发生很大的变形。另外，本项目太阳能电池板屋顶形状复杂，接口较多，防水设计难度较大。这已成为本项目的重点工作内容（图21）。
图21 太阳能电池板形状示意图
如图22所示，每个太阳能电池板屋顶单元包含8个三角形斜坡，其中1、4、6和8的标高较低，2、3、5和7的标高较高，并形成一个相交于一点。原设计中，太阳能电池板的拼接方向是沿着屋顶排水方向。为保证屋顶排水顺畅，顶部安装2、3、5、7块太阳能板铝合金卡扣，底部安装1、4、6、8块太阳能板。该板的铝合金卡扣反装，即顶面是平坦的太阳能板，铝合金卡扣在太阳能板下方，避免突出的卡扣阻碍排水（图23~27）。
图 22 阳光板屋顶单元
图23 原始设计、太阳能电池板屋顶布置示意图
图24 优化后，太阳能电池板上下表面均添加凹槽。
图25 原始设计、太阳能电池板高低表面连接节点
图26 原始设计，太阳能电池板平面重叠节点
图 27 原始设计，太阳能电池板锥体顶部节点
但由于1与2、3与4的交点实际上分别是雨水流下时屋顶1、4的前表面，集水面积也较大，所以原设计中的搭接缝与盖板，这会导致更大的泄漏。 、渗水隐患。同时，考虑到太阳能电池板材料随温度的变形较其他连接部件更大，单纯“堵”无法解决防水问题，因此改变了在上述位置增设排水沟的方法。排水沟断面尺寸为200mm。 ×200mm左右，与屋顶第一条排水沟相连。目前，我们正在与施工单位合作制作样品，并深入确认具体细节。
本项目雨棚设计较为复杂，用料较多。各种形状和接缝处理对于整个项目至关重要。通过对设计图纸的不断完善和优化，我们希望能够完美呈现最初的设计理念，最终使项目成为功能合理、使用舒适、具有当地文化特色的地标性建筑。
作者简介：刘辉，CCDI国际设计集团副总裁。代表作品：济南奥体中心、山西体育中心、杭州奥体中心、咸阳奥体中心体育场。
