綜合性體育館建筑的大跨度和預(yù)應(yīng)力與聲學(xué)研究

陳小桔　康勇聰

【摘要】本文闡述了建筑設(shè)計和綜合性體育館建聲設(shè)計的關(guān)聯(lián)特點，分析了綜合性體育館建筑聲學(xué)設(shè)計的藝術(shù)性表現(xiàn)形式，指出體育館聲學(xué)藝術(shù)與大跨度預(yù)應(yīng)力的建筑設(shè)計 ，一是要處理好體育館比賽大廳大跨度預(yù)應(yīng)力優(yōu)化設(shè)計，二是要注意聲學(xué)材料的選用與布置建議，三是要符合中心體育館頂界面聲場均勻度及預(yù)應(yīng)力要求。

【關(guān)鍵詞】綜合性；體育館建筑；大跨度；預(yù)應(yīng)力；聲學(xué)

作為體育活動發(fā)生的空間載體，體存建筑隨著時代的發(fā)展，功能日趨復(fù)雜、完善，規(guī)模逐漸增大。與此同時，科技的發(fā)展使技術(shù)應(yīng)用更加多元，形態(tài)表現(xiàn)更為多樣?；诋?dāng)代建筑領(lǐng)域發(fā)生的深刻變革，學(xué)科之間的綜合與滲透誘發(fā)了建筑設(shè)計工作程序和手段的變化：從分離到整合的設(shè)計模式。隨著對室內(nèi)聲環(huán)境的重視，建筑聲學(xué)設(shè)計藝術(shù)性表現(xiàn)開始以多元的視角體現(xiàn)于最終的建筑設(shè)計和建筑概念發(fā)展中。

1、建筑設(shè)計和綜合性體育館建聲設(shè)計的關(guān)聯(lián)

采取技術(shù)手段為體育場館創(chuàng)造優(yōu)良環(huán)境，是建筑空間與造型設(shè)計的主要目的，也是建筑主體完成之后環(huán)境美化工作的第一步。從聲學(xué)角度出發(fā)，注重解決聲學(xué)功能與藝術(shù)表現(xiàn)之間的矛盾，綜合分析材料表現(xiàn)、結(jié)構(gòu)選型、建筑形象等要素之間的制約關(guān)系，創(chuàng)造具有親和力的建筑空間，滿足使用者的心理需求。

2.1 體育建筑朝大而綜合方向發(fā)展

體育建筑功能的逐漸完善間接的促使了體育商業(yè)化和運動員職業(yè)化，體育商業(yè)化的發(fā)展加上室內(nèi)運動項目、演出（演奏）項目的多元化的趨勢，使體育建筑也脫離了傳統(tǒng)的概念朝著大而綜合方向發(fā)展。多種功能的綜合體，這促進了建筑或建筑群多種功能的聯(lián)接或綜合。體育館的功能不再局限于確定的單一性用途，而是呈現(xiàn)出不斷發(fā)展的動態(tài)趨勢。

2.2 體育館功能的多元化發(fā)展

體育建筑的產(chǎn)生源于古代體育活動的出現(xiàn)?，F(xiàn)代體育比賽在內(nèi)容包括體育比賽項目等方面的變化，使現(xiàn)代體育場無法完全沿襲古代模式，而必須做出相應(yīng)改變。20世紀科技的巨大發(fā)展使體育與媒體、影像文化相結(jié)合，同時，隨著設(shè)計分析方法的改進及材料與施工技術(shù)的發(fā)展，尤其是20世紀60年代后，電子計算機輔助工程設(shè)計使三維受力現(xiàn)象轉(zhuǎn)變成二維成為可能，極大地促進了空間結(jié)構(gòu)類型的發(fā)展，多功能的場地布置與移動看臺成為綜合性體育館的標(biāo)志。

2、綜合性體育館建筑聲學(xué)設(shè)計的藝術(shù)性表現(xiàn)

對廳堂音質(zhì)的主觀評價除與客觀指標(biāo)有關(guān)外，很大程度上還與評價者在廳堂中感受到舒適程度以及視覺效果等因素有關(guān)，從而使音質(zhì)評價帶有一定的模糊性。這種模糊性某種程度上決定了音質(zhì)設(shè)計的"藝術(shù)性"，即音質(zhì)設(shè)計的優(yōu)劣在于廳堂滿足各項音質(zhì)指標(biāo)的前提下，能否在視覺效果上取得觀眾的最大認同感。

2.1 綜合性體育館聲學(xué)材料的分類及其屬性

不同的材料可以營造出不同的空間氛圍，在建筑設(shè)計屮，設(shè)計師可以通過材料將理念轉(zhuǎn)化為一種可視的信息，從而實現(xiàn)空間情感的表達。材料作為空間表現(xiàn)形式的媒介是使用功能和審美價值的共同體現(xiàn)。在體育館音質(zhì)設(shè)計中，吸聲材料是使最普遍用的一類聲學(xué)材料，而且在噪聲控制和維護結(jié)構(gòu)的隔聲設(shè)計時，均需使用吸聲材料。音質(zhì)設(shè)計中對聲學(xué)材料的選擇，是對聲學(xué)功能的滿足，其次還要考慮材料的裝修效果，即材料表現(xiàn)。

2.2 聲效空間和建筑聲學(xué)材料的表現(xiàn)

材料作為室內(nèi)空間界面表現(xiàn)的物質(zhì)載體，影響著空間的劃分強度和品質(zhì)的塑造?！安牧系奈镔|(zhì)性”是著重研究材料的屬性應(yīng)用及強調(diào)建造方式的詞匯，是建筑設(shè)計回歸到本體設(shè)計觀念的實現(xiàn)因素，是從設(shè)計角度來理解的概念。材料是傳遞建筑與空間界面信息的傳播媒介。在空間界面的設(shè)計中，材料與構(gòu)造是可以直接作用于受眾的物質(zhì)手段，具有其自身的媒介表現(xiàn)性。

2.3 聲學(xué)材料的聲效與視覺屬性

材料作為室內(nèi)建筑設(shè)計的載體包含了形狀、肌理、質(zhì)感和色彩等視覺特征以及物理、化學(xué)性能，以有形的實體傳達種種主觀上的美觀信息以愉悅?cè)说母泄?37]。材料的應(yīng)用離不幵材料的的基本屬性，然而對聲學(xué)材料（或結(jié)構(gòu)）藝術(shù)性表現(xiàn)的研究，是與材料的視覺特性相關(guān)的，即視覺屬性是材料通過特殊的加工和組合方式或本身所具有的特定的視覺特征。聲學(xué)裝修工程中應(yīng)用到的聲學(xué)材料同其他室內(nèi)裝飾材料一樣具有相同的視覺特征。

3、體育館聲學(xué)藝術(shù)與大跨度預(yù)應(yīng)力的建筑設(shè)計

3.1 體育館比賽大廳大跨度預(yù)應(yīng)力優(yōu)化設(shè)計

由于比賽大廳容積較大，平均自由程長，因此距離聲源較遠的反射面很容易產(chǎn)生回聲。下面分別就穹型屋頂、包廂欄板這些容易產(chǎn)生回聲及顫動回聲等聲缺陷的部位進行論述，并分析和總結(jié)出避免措施。

3.1.1屋面形態(tài)的預(yù)應(yīng)力設(shè)計要求

比賽大廳凈空很高，計算機聲學(xué)模型分析顯示穹型屋頂是產(chǎn)生回聲及顫動回聲的源頭。同時，屋頂和比賽場地是兩個面積很大的相對反射面，它們之間會產(chǎn)生顫動回聲的聲缺陷。體育館屋面為金屬屋面，上層為蜂窩鋁板金屬層，下層為直立鎖邊復(fù)合保溫屋面，屋面采光天窗為無色中空保溫玻璃，金屬和玻璃都屬于硬質(zhì)材料，要注意設(shè)計時的預(yù)應(yīng)力處理，處理得好，噪音減少；處理不好，雜音很多，而且很容易產(chǎn)生強反射聲。對這些部位的處理方法是對屋頂做強吸聲處理，避免回聲的。

3.1.2 基于包廂玻璃壁面的回聲反射及預(yù)應(yīng)力設(shè)計

對于大型綜合性體育館來講，看臺中間的以及各看臺的后墻面通常會產(chǎn)生較長延遲的不利的聲反射，會影響觀眾席、舞臺以及可能的麥克風(fēng)位置。這些不利的聲反射，一般而宮為與直達聲到達的時超過50ms（語言）和80ms（音樂）的反射聲。因為預(yù)應(yīng)力設(shè)計的時候就在考慮到這些距離的建筑施工。

3.2 聲學(xué)材料的選用與布置建議

中心體育館主比賽場為弦支頂鋼結(jié)構(gòu)體系，這意味著，比賽大廳的支撐結(jié)構(gòu)是硬性連接的，通過鋼結(jié)構(gòu)傳播的結(jié)構(gòu)噪聲，會通過引起比賽大廳內(nèi)的內(nèi)面面板的振動，而將噪聲傳入大廳內(nèi)。聲學(xué)設(shè)計中聲學(xué)材料的選用必須經(jīng)過嚴格的樣品檢驗，以便確定是否能夠滿足所需的聲學(xué)要求。同時，聲學(xué)材料中穿孔吸聲板的穿孔率、板厚及其聲學(xué)屬性、透聲性能，與建筑設(shè)計人員進行了商定，共同確定了吸聲板材的形式。

3.3 中心體育館頂界面聲場均勻度及預(yù)應(yīng)力要求

比賽大廳中心場地地面為主要聲反射面，聲學(xué)要求既考慮場地使用情況宜鋪設(shè)木質(zhì)地板并留有一定空腔，這有利于對低頻的吸收。中心體育館屋面屬于上凸形屋面形式，頂界面的集中形式使比賽大廳的空間形態(tài)主次分明，向心感強。屋頂是整個場館中面積較大的部分，由金厲材料和采光玻璃屋面構(gòu)成。由硬質(zhì)材料構(gòu)成的弧形頂界面很容易產(chǎn)生回聲、聲聚焦和聲染色等聲缺陷，因此需要布置吸聲材料，以提高場館的聲場均勻度和保證語言清晰度等。這里就要求建筑預(yù)應(yīng)力要考慮進去，比如：最外層蜂窩板裝飾板，可以最大限度地減少撞擊噪聲；中間層為隔聲層，其構(gòu)成為直立鎖邊復(fù)合保溫層，聲學(xué)要求最外層與中間層保留一定厚度的空腔，這樣可以增加屋面系統(tǒng)的隔聲量。

結(jié) 語

在體育建筑快速發(fā)展的今天，特別是室內(nèi)綜合性體育館，其建筑外部形象與內(nèi)部空間都面臨著更高、更綜合的要求。建筑聲學(xué)設(shè)計師肩負著創(chuàng)造良好聲環(huán)境與不同空間藝術(shù)要求相結(jié)合的雙重使命。

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