本文转自：iStructure
ID: iStructure2017
2019年11月底，2020东京奥运会的主场馆——新国立体育馆正式竣工。在经历了多次投标，超额预算，重新设计，再投标的爱恨情仇后，终于将建筑师隈研吾（Kuma）和大成建设（Taisei Construction）团队设计的方案成功落地。
▲建成的新国立体育馆
整个过程十分曲折，充满着矛盾与争议。
01 初始方案
故事要从6年前说起，为举办2020年东京奥运会，新国立体育馆向世界各地的优秀建筑师募集，此次竞赛由安藤忠雄担当审查员长，最终扎哈·哈迪德团队的设计方案在盲选中击败了其它45个团队。
▲ZAHA中标方案
初始方案外形如同一顶自行车头盔，呈现非常分明的肌肉与力量感，主体拱结构连接处理则辅以悬链索网结构，整体呈流线型，体育馆的设计也是联合了多家公司近百人的设计团队，耗时2年。
▲ZAHA中标方案
▲ZAHA中标方案合作设计
安藤忠雄这样评价：“流线型和未来的设计将日本思想传递给其他国家，我相信这个体育场将成为未来一个世纪的世界体育圣地”。
▲安藤忠雄与扎哈
巨型钢结构拱梁在制造难度上较大，根据官方估计，建设费用将高达2520亿日元(约164亿rmb)，几乎是官方最早估算1300亿日元的两倍。不仅如此，因为场馆建成后高度有70米，而当地限高是28米，按照比例需要占用极大的面积，导致会破坏到明治神宫外苑，附近的居民也需要强制拆迁。
▲市民反对ZAHA方案
因此，日本建筑界泰斗、普利兹克建筑奖得主桢文彦发起了在线请愿，联合了五十岚太郎、伊东丰雄、隈研吾等著名建筑师在内的105人签署了一份请愿书，希望修改建造计划。
▲ZAHA修改后方案
于是扎哈团队在原方案的基础上进行了修改，修改后样子低调了一些，可能因为特殊的造型，也引发了日本网民的PS活动，即使修改建设方案，其费用也高达2000亿日元。
▲网友PS
最后安倍快刀斩乱麻，决定重新投标。
著名建筑师Richard Rogers发布声明说“我想表达我对取消扎哈哈迪德建筑师事务所设计的决定的关切，如果日本现在失去勇气，放弃一个由国际评审团选出的世界上最优秀的建筑师设计，不仅会导致2020年东京奥运会的场馆质量下降，还会损害日本的国际信誉，以及作为世界级建筑设计推动者的声誉。”
02 推倒重来
最终由隈研吾和伊东丰雄两位建筑师团队进行pk。由日本体育协会（Japan Sport Council）召集的一个评审小组进行评估，评审小组成员包括建筑和景观设计专业人士。据《日本时报》报道，“日本性”是选择胜出设计的关键因素。小组成员还被要求对每个提案的成本和预期施工时间进行评分。
▲Kuma vs Ito
小 i 找到了隈研吾和伊东团队的投标文件，我们先看看隈研吾的方案，从剖面图中可以看出，屋盖结构采用空间桁架悬挑约60m，下弦及腹杆为钢木结构，也是采用了日本传统的落叶松木。上弦为钢结构。
▲主结构剖面
看台主结构为钢筋混凝土及钢骨混凝土结构，局部柱间采用减震阻尼，看台斜梁为钢骨混凝土，整体形成比较稳定的抗侧结构。屋盖的悬挑端部为一圈环桁架，通过屋面的轻微上拱获得一定的形抗能力，有效的减小了恒、活以及风雪下的竖向位移。
▲屋盖结构
▲上拱屋面有利于减小竖向位移
大家都知道，木材的耐久性终究还是较差，所以从屋架的节点大样可以看出，下弦和腹杆首先是通过带肋T形刚进行连接，保证了在长期荷载以及地震作用下能够承受产生的轴力和弯矩，其次在T形钢上嵌入木块，提供轴向刚度且仅承受轴力，同时防止T形钢的屈曲失稳。
▲腹杆与下弦杆节点
▲上弦杆节点
小 i 感觉这种构造可能还有一个好处就是若是木材坏了，可以比较方便的进行替换。整体的施工顺序也是比较常规，首先进行看台主结构的安装，其次设置临时支撑吊装屋盖桁架并进行组装。最近进行看台次结构的组装。整体施工比较简易，也算是在时间较紧张情况下的一个万全之策。
▲主结构施工过程
伊东方案定义了独特而如羽毛状起伏的屋顶，以及在体育场周围等间距分布的实木支柱。
▲Ito方案
通过剖面我们可以看出，屋面也是通过出挑空间桁架，不过是全钢结构，通过桁架之间相互5度左右的错动形成起伏的屋面，屋盖结构与柱顶铰接，尾部通过拉杆拉住。通过三道环桁架加强整体的形抗作用。
▲主结构剖面
▲屋面生成逻辑
▲屋盖结构环桁架
我们再来看下周边木立柱，72根承重支柱具有象征意义，因为它们借鉴了日本为庆祝节日而建造高大支柱的传统，同时也代表了日本的72个微季节。
▲立柱原型
即使到了今天，日本也有几处保存完好的考古遗址，其历史可以追溯到绳文时代（约公元前12,000年），当时发现了大型柱状建筑物，据信这些建筑物曾被用作纪念碑或神社。
▲参照古代日本的立柱传统
（从左到右，三内丸山遗址，茅胁遗址和东大寺为佛教寺庙）
关于木柱本身的构造，芯柱的尺寸通过计算需要确定，第二层是85mm的耐火构造，用于火灾时碳化保护里面的芯柱，最外层是50mm的耐久性构造，用于应对常日的风雨侵蚀。
▲木柱构造
木材终究是木材，光依靠72根木柱支撑屋盖结构似乎不是让人那么放心，于是采取了诸多措施来提高结构的安全冗余度。
仅承受轴力的木柱：
▲木柱构造
图上看，似乎是整个木柱支撑屋面，实际上，上下端均为混凝土柱，从而保证和屋顶钢结构、看台混凝土斜梁以及下部结构有效连接，混凝土柱和木柱之间通过锚筋内灌石墨，保证了木柱处于“纯粹的受压状态”。
中间层隔振与减震：
与kuma的纯减震方案有所不同，看台主结构采用中间层隔震以及少量的减震阻尼，提高结构周期以降低地震力，同时，针对顶部隔震、中间层隔震以及非隔震方案就屋顶响应、立柱响应、成本、工期做了比较，通过形象化的图表给出了直观的综合评价。
▲中间层隔震与减震
▲不同位置隔震方案结构响应对比
基于压缩工期、施工技法、人力来源等多角度评审，评委会选定隈研吾的方案（造价约1500亿日元），毕竟在紧张的时间内落地性和完成度还是一个重要的考量因素。但是争议似乎并没有停止，先是ZAHA事务评论隈研吾的替代设计与她自己的有“惊人的相似之处”（详细体育场布局和座椅配置）。同时日本国内部分建筑师、结构师认为现在的设计从一个极端走向了另外一个极端。
巧合的是，2019年末，Zaha建筑师事务中标了世界首个木制足球场，该体育场将在英格兰格洛斯特郡为足球俱乐部森林绿流浪者而建。
▲ZAHA木结构足球场
建成后，它的目标是成为世界上最绿色的足球场，完全由木材建造，并采用可持续能源供电。同样是木元素的体育场，从内部效果图来看，似乎是要和新国立体育馆pk一下。
03 一点想法
看完kuma和伊东的投标方案，小i 还是有些不成熟的思考与感触，抛出来和大家讨论。
这两个提案分别有48页和50页，内容非常深入，涵盖了从基本效果图到环境因素，时间和成本等所有内容，大到结构施工，小到吊顶细部与草皮保养，事无巨细。
▲投标文件
可能由于时间紧张，投标模式采用建筑+建造公司（Design to construction system）组队投标。隈研吾与大成建设就方案A进行了合作，而伊东则与建筑公司竹中工务店和清水建設就方案B进行了合作。这样建造公司的话语权非常高甚至可以部分主导设计走向，这样对设计本身是不是件好事？
▲建造单位PK
就投标文件的结构内容来说，感触最深的有两点，
一是投标阶段就进行了节点试验以及一些耐火和承载力试验，同时进行了非常深入的结构计算。小i 不知道是特殊项目会这样还是一般大项目都会做的这么仔细。
▲木柱耐火试验
▲木柱与混凝土连接段压屈试验
▲应力比分析与连续倒塌分析
二是计算结果的呈现采用了非常直观且易懂的表格和图像，非结构专业也能大概体会到是什么意思，可读性非常强。
▲看台斜板对抗侧的贡献分析
最后的疑问就是奥运主场馆的标志（纪念）性意味着什么？
▲代代木竞技场
1964年东京奥林匹克竞技场的国立代代木竞技场第一体育馆。建筑师丹下健三采用十分新颖的悬吊屋面，挑战了当时的建设技术的极限。被认为无法实现的施工工法，对他的批判不绝于耳。但是，时间让这座拥有优美曲线的竞技场被评为东京奥运会的象征之一，也成为了代代木的丰碑。
▲ZAHA & 代代木竞技场
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