國家大劇院6750噸鋼架結(jié)構(gòu)是如何做到中間沒有一根柱子的

國家大劇院在建筑方面的確體現(xiàn)了國際一流的水準(zhǔn)，開創(chuàng)了國內(nèi)建筑的先河，進(jìn)行了許多大膽的嘗試，如采用鈦金屬板這種主要用于制造飛機(jī)等航空器的金屬材料作為建筑屋面材料，大膽的橢圓形外觀和四周的水面構(gòu)成了一個水上明珠的建筑造型，新穎、前衛(wèi)，構(gòu)思獨特，整體上體現(xiàn)了21世紀(jì)世界標(biāo)志性建筑的特點，堪稱傳統(tǒng)與現(xiàn)代、浪漫與現(xiàn)實的完美結(jié)合。

國家大劇院設(shè)計之初有兩個原則：第一，它是世界一流的劇院；第二，它不能搶過人民大會堂。最終的大劇院以一個龐大的橢圓呈現(xiàn)在世人面前，成為一個造型新穎，構(gòu)思獨特的地標(biāo)性建筑。

根據(jù)法國著名建筑師保羅·安德魯?shù)臉?gòu)想，國家大劇院建成后的景觀如下：巨大的綠色公園內(nèi)，一泓碧水環(huán)繞著橢圓形的銀色大劇院，鈦金屬板和玻璃制成的外殼與晝夜的光芒交相輝映，色調(diào)變幻莫測。劇院的四周是部分透明的金色網(wǎng)狀玻璃墻，頂上是從建筑內(nèi)部能夠看到的天空。有人將建成后大劇院的外形形容為“一滴晶瑩的水珠”。

然而，要把法國建筑師的作品從圖紙變成現(xiàn)實，卻并不那么容易。建筑屋面呈半橢圓形，整個建筑漂浮于人造水面之上，行人需從一條80米長的水下通道進(jìn)入演出大廳。具有柔和的色調(diào)和光澤的最大跨度達(dá)212米的鈦金屬覆蓋只有0.44毫米厚！可見其技術(shù)難度有多大。

面對一系列的技術(shù)難題，施工者是怎樣解決的呢？大劇院業(yè)委會黨委書記王爭鳴介紹說，就現(xiàn)在的建筑水平來說，許多技術(shù)難題并不是沒有方案解決，難就難在盡可能少花錢，找到最優(yōu)解決方案。

國家大劇院殼體結(jié)構(gòu)由一根根弧形鋼梁組成，這個巨大的鋼鐵天穹幾乎可以將北京工人體育場全部罩住。 

令人驚奇的是，如此巨大的鋼架結(jié)構(gòu)中間卻沒有用一根柱子支撐。也就是說，重達(dá)6750噸的鋼結(jié)構(gòu)要完全依靠自身的力學(xué)結(jié)構(gòu)體系來保證安全穩(wěn)定。

這種柔性的設(shè)計使得國家大劇院就像一個太極高手，用以柔克剛、四兩撥千斤的手段化解了來自外界的各種力量。在大劇院的鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計中，整個鋼結(jié)構(gòu)的用鋼量每平方米僅197公斤，低于許多同類的鋼結(jié)構(gòu)建筑。這個殼體鋼結(jié)構(gòu)施工難度極大，在吊裝鋼梁時，使用了國內(nèi)最大噸位的吊車。

國家大劇院高46米，但其地下深度卻有10層樓那么高，有60％的建筑面積都在地下，最深達(dá)到32.5米，是目前北京地區(qū)公共建筑最深的地下工程。 

大劇院地下蘊(yùn)藏著豐沛的地下水，這些地下水所產(chǎn)生的浮力可以托起重達(dá)100萬噸的巨型航母，如此巨大的浮力足以托起整個國家大劇院。

傳統(tǒng)的解決辦法是將地下水不停地抽出，但這樣抽取地下水的后果是，將會在大劇院一帶的地下形成一個5公里范圍的"地下水漏斗"，導(dǎo)致周邊地基發(fā)生沉降，甚至地面建筑可能出現(xiàn)裂縫。

為了解決這一難題，工程技術(shù)人員經(jīng)過精密調(diào)研，用混凝土從地下水最高水位直到地下60米黏土層，澆筑一道地下隔水墻。這個由地下混凝土墻體形成的巨大"水桶"，可以將大劇院地基圍得嚴(yán)嚴(yán)實實。水泵就在"水桶"里面將水抽走，這樣，無論地基里怎么抽水，"水桶"外的地下水也不會受影響，因而周圍的建筑物也就安然無恙。

國家大劇院是一個封閉建筑，沒有對外窗戶，在這樣的密閉空間，室內(nèi)空氣要完全依靠中央空調(diào)來調(diào)節(jié)，因此對空調(diào)的健康功能就提出了一定要求。在SARS之后，大劇院的工程人員對空調(diào)的安裝、回風(fēng)系統(tǒng)、新風(fēng)機(jī)組的標(biāo)準(zhǔn)等提高了標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)一步完善，以確保中央空調(diào)符合健康標(biāo)準(zhǔn)。

大劇院的屋面有36，000平方米，主要由鈦金屬板和玻璃板拼裝而成。鈦金屬強(qiáng)度大，耐腐蝕，且色澤好，是一種主要用于制造飛機(jī)等航空器的金屬材料。屋面將由10，000多塊約2平方米大小的鈦板拼裝而成。由于安裝角度總在變化，每一塊鈦板都是一個雙曲面，面積、尺寸、曲率都不同。鈦金屬板的厚度只有0.44毫米，既輕且薄，如同一張薄薄的紙，因此下面必須有一個由復(fù)合材料制成的襯層，每一塊襯層也將切割成與上面的鈦金屬板同樣大小，因此這個工作量和工作難度都極大。

目前，在國際上還沒有這么大面積在建筑屋面使用鈦金屬板的。日本的建筑使用鈦板的較多，這一次大劇院將委托日本的一家廠商來制作鈦金屬板。

鈦金屬屋面殼頂?shù)那逑词羌闊┦拢腥颂岢觯绻褂萌斯で鍧嵉姆绞剑瑫@得笨拙而不美觀，應(yīng)采用先進(jìn)技術(shù)來解決。

目前，工程人員正傾向于選擇一種高科技的納米涂料，涂上這種涂料后，附著物將不會沾到物體的表面，只要用水一沖，所有污垢將全部被沖刷干凈。

但由于這是一項新技術(shù)，還沒有類似的工程實例可以參考，工程人員正在對這種納米涂料進(jìn)行試驗室強(qiáng)化試驗，是否采用還要等試驗結(jié)果出來以后才能下定論。

大劇院共使用了20多種天然石材，全部來自國內(nèi)十余個省市。僅大廳的22個區(qū)域就使用了十余種石材，名為"錦繡大地"，寓意中華民族的錦繡山河。 

有來自承德的"藍(lán)鉆"、山西的"夜玫瑰"、湖北的"滿天星"、貴州的"海貝花"……其中很多都是稀有品種，如產(chǎn)自河南的"綠金花"已是絕版石材。

鋪設(shè)在橄欖廳產(chǎn)自北京的"白玉翡翠"為白色石材帶斜線綠筋，斜線紋路天然生成，且全部朝同一方向，十分罕見。大劇院石材鋪設(shè)總面積約10萬多平方米，工程人員堅持使用國產(chǎn)石材，幾經(jīng)周折才全部找到在色彩和紋路上吻合設(shè)計師理念的石材。

如此大規(guī)模的無輻射石材開采、加工對工程人員來說也是巨大的挑戰(zhàn)，就連設(shè)計師安德魯也驚嘆于中國石材的繽紛艷麗和中國石材開采、加工技術(shù)的精湛。

國家大劇院三個劇場總共能容納5500人左右，加上演職人員最多時達(dá)7000人，由于國家大劇院獨特的設(shè)計，劇院四周被一個巨型露天水池所圍，因此一旦發(fā)生火災(zāi)等突發(fā)事件，如何迅速將7000名觀眾從這個四周被水包圍的“蛋殼”里安全撤離，在設(shè)計之初，就是設(shè)計師們需要解決的棘手難題。

實際上，國家大劇院的消防疏散通道最終是按1.5萬人能迅速撤離的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計的。其中，在地下3米和7米處，各有觀眾疏散通道8到9處，它們從巨型水池底下穿過，直通外部廣場。觀眾通過這些通道，能夠在4分鐘之內(nèi)全部安全疏散，這比消防條例中規(guī)范的6分鐘的時間還要短。

此外，在劇院與露天水池之間設(shè)計有一條寬達(dá)8米的環(huán)形消防通道，相當(dāng)寬敞，可容納兩輛消防車并排通行，同時還留有兩米寬的人行通道，消防隊員可通過消防通道及時到達(dá)著火點，這樣消防人員與被疏散人員可以各走各的路，互不干擾。

這座“城市中的劇院、劇院中的城市”以一顆超越想象的“湖中明珠”的奇異姿態(tài)出現(xiàn)。表達(dá)的是內(nèi)在的活力，是外部寧靜籠罩下的內(nèi)部生機(jī)。大劇院代表了一個時代的結(jié)束與另一個新的時代的開始。