[分享]建筑结构丨盘点世界著名足球场顶篷结构!

柠檬橘
2020年4月22日 0 Comment

和记报导:
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巴西里约热内卢
足球场顶篷结构






2019年,我国相继获得2021年世俱杯和2023年亚洲杯的举办权。2021年世俱杯赛制由过去每年一届改为四年一届,参赛球队由原来的7支增至24支,共进行32场比赛。分别在上海等8座城市进行。根据国际足联实地考察评估,我国各地现有的综合体育场,大都是为举办综合运动会或大型群体活动而建,并非专业足球场,无法达到国际足联的办赛标准。那么何为专业足球场呢?


专业足球场是专为足球比赛而建,其与综合体育场的最大区别是去掉了田径比赛所需要的跑道和田赛场地。在足球发展水平较高的欧洲,绝大多数体育场都是专业足球场。近几届世界杯足球赛的比赛场也大都是专业足球场。比较遗憾的是,我国仅有5座专业足球场。



虹口足球场(专业足球场)



在球场内创造足球氛围,保证观众可以舒适的观赛是专业足球场至关重要的因素。专业足球场由于没有田径跑道,看台与球场的距离更近,观众可以与球员更接近,观看比赛时的气氛就会更为紧张激烈。此外,国际足联规定的足球场地标准大小是105mx68m,而综合性体育场的标准内场大小为156mx76m,再加上2侧各10m宽的田径跑道,综合体育场的场地宽度至少达到176mx96m。而足球比赛的最大水平视距大约在150m。这使得在远离球场中心的看台上观众无法舒适地观看比赛。



国家体育场”鸟巢”(综合体育场)



球场的顶篷也是为观众提供良好舒适的观赛环境的重要保证。而相较于千篇一律的比赛场地,体育场顶篷的形象,不论是从场内还是场外观察,都影响着观众对球场的第一直观印象。专业足球场占地面积较小,顶篷结构形式的选择可以更加灵活,因此建筑造型更加丰富多样。下面就让我们一起来盘点一些世界著名足球场的顶篷结构。

    专业足球场顶篷结构的发展   


从现代足球诞生至今,已有一百多年的历史。随着足球运动的普及,专门为足球运动而建的球场也开始出现。早期的球场设施还不完善,绝大部分的球场只有站席,没有顶篷。位于阿根廷首都布宜诺斯艾利斯的糖果盒球场是阿根廷豪门博卡青年队主场。球场1940年启用至今,都没有加装顶篷。虽然这座球场球场硬件简陋,却培养了马拉多纳、巴蒂斯图塔、里克尔梅等足球巨星。



名称:糖果盒球场 La Bombonera(Estadio Alberto J. Armando)
位置:阿根廷布宜诺斯艾利斯 
容量:49000
主队:博卡青年
建成时间:1940年5月25日
翻新时间:1941, 1951-1953, 1996
建筑师:José Luis Delpini, Viktor Sulčič, Raúl Bes


随着技术的进步,特别是上世纪50年代开始电视转播的普及,全室外的球场已无法满足观众的需求,新建的球场为观众配备了更多的设施,老球场则开始了翻新改造,加装座位和顶篷。之后的几十年中,这种采用顶篷覆盖看台的半开敞球场成为主流的形式。


老特拉福德球场在各时期的改建


上世纪后半叶,可开闭式屋盖在球场中开始应用,这使得球场的使用可以不受恶劣天气的影响。但足球本身仍是一项室外运动,阳光和草地更是这项运动的传统要素。天气条件良好时,比赛仍在屋盖开启的状态下进行。费尔廷斯竞技场是德国球队沙尔克04队主场。其最大特点是一个可彻底关闭的顶篷和可以整块移动出球场的草坪。对于全封闭的球场,球场噪音是个不小的问题。球迷发出的呐喊声曾高达129分贝,相当于火箭发射处1米之外的音量。故封闭球场顶篷多采用透声材料。



名称:费尔廷斯竞技场(傲赴沙尔克球场)  Veltins Arena (Arena aufSchalke)

位置:德国盖尔森基兴 
容量:62271
主队:沙尔克04
建成时间:2001年08月13日
建筑师:Hentrich-Petschnigg & Partner


   专业足球场顶篷结构的形式  


顶篷按其形态与受力特点,大体上可归纳为四类结构形式:悬臂式结构、桁架与拱式结构、吊挂式结构和张拉整体式结构。
 

一、悬臂式结构

悬臂式结构常采用悬挑桁架的结构体系,通过根部抗弯来解决承载和刚度的问题。悬臂结构通常设置前后两个支点,使抗倾覆力臂增加。支点多设置于下部看台或地面。

  • 老特拉福德球场


名称:老特拉福德球场  Old Trafford
位置:英格兰曼彻斯特
容量:74994
主队:曼彻斯特联
建成时间:1910年2月19日
翻新时间:1941, 1946-1949, 1951, 1957, 1973,1995-2000, 2006
建筑师:Archibald Leitch (1909)


老特拉福德球场因其迷人的魅力和球场魔幻的气氛而被称为“梦剧场”,其特点除了红色的座椅和外墙,整个球场还被一个气势宏大的钢结构所包围,看台上方悬挑的顶棚朝向场地中央倾斜,成为该体育场的标志性的特征。



 
为了不影响观赛,悬臂顶篷的前支点大多设置于看台柱顶,后支点落于看台外侧。其北看台的悬臂桁架跨度58m,是全欧最长的悬挑顶篷。挑篷的内边缘甚至低于三层看台,这种高度的降低更有利于球场观赛氛围的呈现。



 

  • 安联球场

当建筑在造型上将屋面与外立面连成一体时,后支点可延伸至场外平台或地面。例如拜仁慕尼黑的主场安联球场。



名称:安联球场 Allianz Arena
位置:德国慕尼黑
容量:75024
主队:拜仁慕尼黑
建成时间:2005年5月19日
翻新时间:2015,2017
建筑师:Herzog & de Meuron Arup Sport


球场的外墙和顶篷由2874个气囊膜结构包裹,形成一个整体。顶篷结构由最大50m的悬臂钢桁架组成,桁架的下弦落于看台顶层的混凝土柱,上弦杆则连同外墙结构连接至球场各层平台。






这座举办2006年德国世界杯揭幕战球场有着世界最大的充气膜结构表皮,每个膜结构在夜间可将多种色彩投影在其上,赋予整个球场一种几近魔幻般的意境。



  • 伯纳乌球场

对于在翻新时增加顶篷的球场,当挑篷的支点无法后置时,前置于看台的支点必然会占用部分观众席,且悬挑的长度会受到限制。欧洲很多的老式球场直接将立柱置于观众席前方,这时,在看台上方增设桁架作支点成为了一种不错的选择。



名称:圣地亚哥伯纳乌球场 Santiago Bernabéu Stadium
位置:西班牙马德里 
容量:85454
主队:皇家马德里
建成时间:1947年12月14日
翻新时间:1953, 1957, 1982, 1992, 1998, 2004,2011
建筑师:Manuel Muñoz Monasterio, Luis AlemanySoler (1947),Antonio Lamela (1998, 2004, 2011)


位于马德里的伯纳乌球场落成于1947年,半个多世纪来经历了大大小小多次改建。其三侧看台的顶篷采用从看台顶部悬臂的结构。

主看台则采用桁架作为悬臂结构的前支点,从而在不影响观赛视线的情况下极大的增加了顶篷的覆盖范围。




二、桁架与拱式结构

用杆件构成的桁架或桁架拱是实现大跨度的另一种结构类型。通过避免单根杆件的弯矩,可以最大限度的发挥材料的性能。其高效的结构形式可以实现更大的跨度。同时,落地的桁架和拱,也让顶篷不再依附于看台。不论改建还是新建,结构的布置都更加灵活。

  • 圣西罗/梅阿查球场



名称:圣西罗/梅阿查球场 San Siro(Stadio Giuseppe Meazza)
位置:意大利米兰 
容量:81277
主队:AC米兰/国际米兰
建成时间:1926年9月19日
翻新时间:1955, 1990, 2011-2015
建筑师:Alberto Cugini, Ulisse Stacchini(1925),Perlasca, Bertera (1935),Ronca, Calzolari (1955),Ragazzi, Hoffer, Finzi (1990)


位于米兰的圣西罗(梅阿查)球场是国际米兰与AC米兰共用的主场,其最大特点是条纹状的外墙、环绕球场的巨柱以及飞悬在外的红色屋架。



为了迎接1990年意大利之夏世界杯,在80年代末,该球场进行了现代化改造,增加了第三层看台以及顶篷。新建的第三层看台支承于11个大型的混凝土圆筒,圆筒内侧布置了螺旋楼梯。屋盖则采用桁架结构,主桁架位于外侧,支承在四角高51米的筒体上,并向外挑出。次桁架布置在内侧,桁架高度9.5米。



这种结构形式的采用使得顶篷与看台完全分离。在球场东侧,由于未设置三层看台,高区的观众在欣赏比赛的同时(如果比赛沉闷),还可以一览米兰城的景色。

  • 酋长球场 

类似的结构形式还见于位于北伦敦的酋长球场。这座建成于2006年的现代化球场是“兵工厂”阿森纳的主场。



名称:酋长球场 Emirates Stadium
位置:英格兰伦敦 
容量:59867
主队:阿森纳
建成时间:2006年7月22日
建筑师:HOK Sport (now Populous)


球场的顶篷采用交叉桁架的结构形式,四个主桁架采用三角形钢管桁架,南北方向两榀桁架的跨度达204m,桁架高度15.5m。






桁架由球场四周的混凝土芯筒支承,在混凝土结构上设置三脚钢架与顶篷连接。这使得重达3000吨钢屋盖在视觉上更加轻盈。
桁架需要下部结构作为支点,而拱结构却不必。

  • 新温布利球场



名称:新温布利球场 Wembley Stadium
位置:英格兰伦敦
容量:90652
主队:英格兰国家队
建成时间:2007年5月19日
建筑师:HOK Sport (now Populous), Foster and Partners


位于伦敦的新温布利大球场是英格兰代表队的主场,也是和英格兰国内各种杯赛的决赛场地,是欧洲面积最大的专业足球场,球场容量仅次于诺坎普球场位列欧洲第二。被公认为是全世界上最伟大的球场。其标志特征为高达133米的拱门。




屋盖系统采用拱支索拉结构,拱跨度315m,矢高133m,拱截面最大高度7.4m,为世界上最长的单跨屋顶结构。拱重量1750吨,吊挂起5万平米屋面重量的约60%,从而极大的降低内部立柱的数量。采用细长的拉索可以在球场上投射出最小的阴影。两组拉索采用斜对角线方式布置,不仅可以降低拱面内的弯矩,同时为拱平面外的稳定提供帮助。


 三、吊挂式结构

由于落地结构多设置于建筑空间外部,无需侵球场内空间,以拉索和屋面结构组成的吊挂式结构体系成为了球场建筑常用的结构形式。吊挂结构一方面可以减轻屋面重量,另一方面落地部分往往以巨大的尺度暴露于建筑之外,具有极强的结构表现力。前文所述的新温布利球场就是拱吊挂结构。

  • 伊蒂哈德球场


名称:伊蒂哈德球场 Etihad Stadium (City ofManchester Stadium)
位置:英格兰曼彻斯特 
容量:55017
主队:曼彻斯特城
建成时间:2002年7月25日
翻新时间:2002-2003, 2014-2015
建筑师:ArupSport (stadium design)、Populous (stadium expansion)


伊蒂哈德球场是曼彻斯特城队的主场,我国首位取得英超进球的球员孙继海曾效力于该俱乐部。随着中东石油资产的介入,蓝月军团开始崛起,目前已取得6次顶级联赛的冠军。



伊蒂哈德球场的顶篷采用独立桅杆吊挂的结构形式。12根钢管桅杆设置于球场外周,高度65米,用76根斜拉索拉住屋面结构,每根桅杆布置五到七根不等。桅杆的顶端通过背索锚固至地面。





桅杆拉索的设置使得顶篷的受力点相对均匀,尽管支点之外尚有14m的悬挑,屋面钢梁的高度也在1m以内。

  •   尤文图斯竞技场

名称:尤文图斯竞技场 Juventus Stadium (Allianz Stadium of Turin)
位置:意大利都灵
容量:41507
主队:尤文图斯
建成时间:2011年9月8日
翻新时间:1955, 1990, 2011-2015
建筑师:Hernando Suárez、Gino Zavanella、Giorgetto Giugiaro


尤文图斯竞技场,又名都灵安联球场,是意大利尤文图斯队主场,在为了1990 年世界杯而兴建的都灵阿尔卑斯体育场基础上重建完成。其顶篷采用巨型独立桅杆吊挂结构,南北两侧分别布置A形钢柱,四组长约93m的斜拉索将顶篷主结构体系悬挂在柱顶端。每个主柱被6根长约 128m斜拉索锚固在地面上。





顶篷两方向三角形桁架的跨度分别为125和88m,桁架的跨中高度约7.7m。为了确保在风吸作用下主体结构的稳定性,四个主节点均被两根拉索分别锚固在地面和主看台上。


 

四、张拉整体式结构

足球场的顶篷四面围合,也给张拉整体式结构提供了发挥的空间。就像由自行车的车轮结构概念衍生的轮辐式张拉整体结构,当环形封闭时,内侧的拉力环与外侧的压力环通过内部拉索形成“自锚”,组成轻质的顶篷结构,适用的跨度可达约300m。

  • 马拉卡纳球场


名称:马拉卡纳球场 Maracanã Stadium
位置:巴西里约热内卢 
容量:78838
主队:CR Flamengo, Botafogo FR, Fluminense FC,CR Vasco da Gama
建成时间:1950年6月16日
翻新时间:1999-2000, 2005-2007, 2010-2013
建筑师:Waldir Ramos, Raphael Galvão, MiguelFeldman, Oscar Valdetaro, Pedro Paulo B. Bastos, Orlando Azevedo, Antônio DiasCarneiro (1948), Fernandes Arquitectos Associad


马拉卡纳球场曾举办1950年和2014年两届世界杯决赛,并作为里约奥运会主场馆,在巴西最负盛名。其一度是世界最大的足球场,最多一次曾容纳20 万人观看比赛。面积巨大却不设田径跑道,也可见足球运动在巴西的纯粹。





马拉卡纳球场于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米的顶篷进行延伸。新建顶篷采用环索结构,共设置1个外圈压环和3个外圈拉环,悬挑68米。顶篷下部由60根混凝土“Y”形柱支承。 

  • 诺坎普球场

名称:诺坎普球场 Camp Nou
位置:西班牙巴塞罗那 
容量:99354
主队:巴塞罗那
建成时间:1957年9月24日
翻新时间:1980,1994
建筑师:Francesc Mitjans and Josep Soteras


诺坎普球场,是西班牙豪门巴塞罗那队主场,曾举办过1982年西班牙世界杯开幕式,最多能容纳105000名观众,是欧洲容量最大的足球场。



长期以来,诺坎普球场只在一侧看台设有顶篷,悬挑结构由26根钢梁组成。在最新的改建方案中,新增的顶篷将覆盖整个看台区域,面积达50000平方米。其结构形式也将采用张拉整体式的环索结构,共设置1个压环和3个拉环。双向跨度达280m和240m。


 


  结语  
由于新冠疫情的影响,2021年中国世俱杯已确定延期,世界各国的足球联赛几乎全部暂停。本文中提及的多座球场已被临时改造成物资分发中心和方舱医院。愿疫情早日过去,愿足球带给我们的精彩与快乐如期而至!
 

参考资料
[1] Stadium database. http://stadiumdb.com/
[2] World stadiums. http://www.worldstadiums.com/
[3]轻·远德国约格·施莱希和鲁道夫·贝格曼的轻型结构 (德)安妮特·博格勒编著
[4]大跨度建筑钢屋盖结构选型与设计丁洁民等
[5]专业足球场建筑设计研究 李晓欣
[6]Designing The City of Manchester Stadium, Martin Austin,etc.
[7]Wembley National Stadium, Foster + Partners.
[8]新尤文图斯体育场结构设计,Massimo Majowiecki.
[9]Widespan Roof Structures, Michael Barnes, etc.
[10]Structural Engineering Art andApproximation 2nd edition,Hugh Morrison.
[11]Stadia Arenas and Grandstands:Design, Construction and Operation, P. Thompson,etc.
[12]Multilayered: Engineered Variety, Schlaich Bergermann Partner




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