1空間模式
1.1看台、比賽場地和高度組成體育館的空間
1.1.1看檯布局是以視覺質量為依據:
大型體育館的座位往往是沿着周邊布置的,場地長邊兩側的座位是主要的,也有加挑台的。中、小型的也有像大型的那樣是周邊式的,多數是沿着場地長邊布置,或者是一側為主,另一側為輔,也有加挑台的。兼顧文藝演出的,則以不對稱布置為佳,觀眾廳的布置方式,有效形狀為矩形,最佳形狀近於橢圓形。中型體育館的視距(最後排端部的座位到比賽場地最遠的一角),一般在50m以內,大型體育館則在60m以外,所以,大約有50%~80%的座位的明視性是低於中型館。
看台高度隨規模大小、布置方式而不同,但是大、中、小的平面布置和看台高度模式變化不大。
一般球類館的高度:大型館(8000座以上)平均為16.4m,中型館(5000~6000左右)為11.5m,小型館(4000座以下)為11m以下。看台最後座位上空的高度一般為3m。所以看台的高度是一個常數。
1.1.2比賽場地的面積有具體規定(不小於22×44m),是一個常數。
比賽場地上面的高度也是一個常數,中、小型館是按排球要求取12.5~13m,網球則取15m,大型館可取15m。
所以體育館的空間隨着規模大小而變化,並日趨定型化。1.2 看台升起像山坡,傾斜的看台具有很強的向心性和運動感,但是還需要頂棚界面的呼應,才能因視覺空間的“連續”而產生動感。場地好像一片谷地,大片面積的比賽場地,由於它明亮、光滑,像一池春水,起着視覺導向的作用,強調出館內的視覺環境中心。因此,在其上的頂棚也就成為館內的興趣中心。所以體育館內的頂棚界面的處理,在館內空間的構圖中起着主導作用。屋蓋結構的選型和頂棚的處理方式對內部空間的形態和大小的作用是一個關鍵。
近年來,體育館的屋蓋結構,除了已廣泛使用的空間網架外,其它新型結構如懸索、殼體、網殼等結構也被重視起來。利用屋蓋結構的特殊形態與內外環境取得協調,表現為多層次的文化形象,在變化中取得和諧的整體效果。這類屋蓋結構通常不作吊頂,暴露結構。由於結構構件簡潔和諧,輕靈剔透,減輕了高空間的壓抑感,又顯示了科技美。因此體育館的屋蓋形式會出現上凸、水平和下凹的三種基本模式。
2 屋蓋模式的聲學特性
根據功能、技術條件利用屋蓋、地面和牆面等界面,界定出與人有關聯的空間;無論是上凸、水平和下凹的三種基本模式,僅僅是一個初步的、粗糙的雛形空間,但該空間離功能要求、行為特點尚有很大的距離,還需要對此雛形空間進行加工、提練,成為與人的生理、心理、審美有着密切聯繫的館內空間環境。因此要求利用空間的體態、界面的形狀、構件的特點、材料的質感以及總的組合和色彩、機理效果,在館內空間環境設計中體現出立意和氣氛。並且屋蓋結構的模式則是直接決定館內聲場特點,影響將來的聽聞。
2.1上凸形
奈爾維(1891-1978)所設計的羅馬小體育館(1956-1957),是一個直徑為60m的圓形平面,屋蓋體系是由1620個壁厚為25mm的菱形槽板拼裝起來的,在板縫中布筋現澆成肋形而成為波形拱(圖1)。整個穹頂像一個反扣過來的荷葉,輕盈靈巧。並用暴露在外的36根Y形斜撐直接支撐在地環上。該建築無論從外或從內,其力的傳遞脈絡清晰,又不感到在賣弄技術,充分體現簡約、對稱、和諧的科學美,確具自在美的內涵,所以充分表現了“力量”,顯示出體育建築的特徵。該館由一條條精緻的肋所組成的館內的圍合結構,構成了迷人的圖案。而Y形斜撐的支撐拱支點很小,並且正好連接着三塊菱形槽板,使交織成網的肋都順勢匯合到Y形的斜撐上,併流向地環,正是水銀瀉地,天衣無縫,無尚的和諧。從內部望去整個穹頂就像懸浮在空中一般,意境似詩如夢。
這樣形體的建築無論從平面、剖面來看都是存在着聲學缺陷的,但是由於在菱形槽板內鋪設了具有了足夠吸聲量的吸聲材料,可以使如此大的空間中混響時間達到所需要的要求。另外,由於砼的肋與菱形槽板內的吸聲材料,交替地組合,這樣,軟硬交替使整個界面具有非常好的聲擴散性能。所以館內無聲學缺陷且聲能分佈均勻。因此羅馬小體育館具有良好音質,並在建築史上也是一座名作。羅馬大體育館(1958-1960)也是奈爾維的名作(圖2),容納16000座的大體育館,平面也是圓的,直徑達100m,圍合結構是預製裝配的鋼筋砼三角形空透的波形拱。它截面是V形的,富有節奏感,其一條條拱肋像巨龍騰空而起,非常有力;由於起拱高度變換合理,顯示了親切、靈巧,消除了如此大的跨度所具有的沉重感,呈現出動人的空間形象。同樣在預製裝配構件的拱肋中布置了吸聲材料,並且還在拱肋中還布置了空調管道,其外包吸聲保溫材料,所以取得了同樣良好的音質效果。
2.2 下凹形
懸索結構多數是這類型的,可以減小館內容量和混響時間以及平均自由程(4V/S,V—容積m3,S—總的表面積m2)因此也減少了吸聲材料的用量;同時由於下凹頂界面,能把比賽場上的聲音均勻地擴散到館內各區域,所以這種形體是對聲學有利的,建築內部聲學空間形態與結構造型相符。被譽為60年代劃時代的體育建築傑作——丹下健三所設計的國立室內綜合競技場(即代代木體育中心,圖3),採用了懸索結構,其屋蓋是下凹形的。
2.2.1游泳館
15000座席,容積16萬m3,混響時間空場為3s,滿場為1.9s。其跨度為126m,懸索部分在外立面形成屋脊,屋脊兩側面是採光面;在館內形成了一條美麗新穎的光帶(圖4),該光帶內部空間(圖5)的設計為:以百頁窗作為外界面,變直射的自然光為散射光,內部具有人工照明以滿足館內照明的需求;另外,設有排風系統。在光帶下面是穿孔鋁板內填超細玻璃棉為吸聲和散光兩用的大隔柵板。
該館的頂界面完全保持了懸索結構下凹的優美曲線,在屋面板下鋪設了穿孔鋁板,內填玻璃棉作為吸聲和保溫兩用。自然光沿着頂界面的曲面,漸漸地散開,館內籠罩在淡淡的光線中,曲面頂棚向上,向中間升起,呈現一種朝氣蓬勃的氣氛。館內聲學效果較好。
2.2.2體育館
體育館為螺旋形懸索結構(圖6),圓形平面,4000座席。其支撐結構柱位於一側的觀眾席后的通道處,由於支撐柱的頂部是採光口,自然光由此口漫射而入,隨着館內的頂棚自下而上逐漸螺旋般地漸漸地明亮起來,光線柔和而飄逸,加強了螺絲旋形懸索構件所構成旋形線條的頂棚所創造的向上動勢,高攀搏擊、煥發活力的氣氛。比賽場地正處於懸索結構下凹曲面下,館內的頂棚也是穿孔鋁板,其後填玻璃棉,吸聲處理同游泳館,音質效果令人滿意。
丹下鍵三的這個傑作對後來的體育館建築影響很大,尤其是自然採光和人工照明組成的光帶的形式,更為風靡,其中不乏好例,但也有由於缺乏系統思想指導設計,顧此失彼,整體效果不良。有的屋蓋是採用上凸的鋼網殼,取得光帶,其內凹的曲體面會產生聚焦和回聲,有的還產生多重反射,形成多重回聲。另外這些自然採光的光帶大都是直射式的,直射光很強,產生眩光,影響使用;目前更有甚者,取消了屋面板,採用透明的或透光的屋面,對聲、光效果和空調系統的設計更為複雜,有待探索和研究。
2.3 水平
空間桁架、網架結構多屬此類,也是目前我國體育建築中常見的類型,由於這種拉平取齊的頂界面,容易產生獃滯乏味的感覺,缺乏新意,所以更需要從界面形狀,構件特點,材料質地等空間構圖上着意,創造空間環境,使其產生多樣的變化,生動的意趣
天津市河西體育館是把空間吸聲體布置在網架的下弦桿(圖7),它們與方筒形的燈具和通風口組成一個空透、變化、立體感很強的吸聲頂棚,雖未暴露結構,仍保留了不作吊頂的靈活性和通透感。由於十字形倒錐體的空間吸聲體具有視幻的感覺,他們與同面積方筒的燈具和通風口的重複、交替的出現,節奏和流動感受很強。如同樂曲中的主題和變奏,產生了很生動的和活躍的氣氛,美的視覺效果就油然而生。十字形的空間吸聲體是白色的,其邊框是鋁合金的,在燈光中產生細條的光渾,閃爍不定,增添了華麗多姿的裝飾效果,喚起視覺,起了主導的作用。
體育比賽時,館內的燈光暗熄。只有頂光集中照射在場地上,此時頂棚成了“灰色”的模糊界面,它與觀眾席、端牆等界面相銜接、交融,起着過渡、轉化和統一的作用,更加突出了明亮、活躍的比賽場的中心地位。文娛演出時,由於場地燈彩的餘輝,使空間吸聲體的鋁合金邊框產生閃爍點點的碎光,上下交相輝映,他們含蓄、不確定的光點,使空間的魅力倍增,渲染出一種異常活躍、輕鬆和華麗的氣氛。
北京月壇體育館內的空間吸聲體,在下弦桿懸挂與照明結合的圓形的空間吸聲體,隱喻體育館的館名,裝飾和聲學性能都很好。(圖8)
廣州市天河體育中心游泳館、容積86045m3,平均每座位佔有25m3。館內現有的能敷設吸聲材料的表面,即使都布置了能適應於潮濕空氣條件的穿孔鋁板,還達不到所要求的吸聲量。結合空間鋼桁架屋蓋結構,採取在桁架的下弦桿和腹桿上鋪設微穿孔鋁板(圖9),形成倒四方錐形的空間吸聲體,增加了吸聲面積,滿足了吸聲的要求。這種具有雕塑感的多棱形頂棚,統一了結構、聲學處理和裝飾的需求,頗具時代感,也能與平靜如鏡或跳躍波動的水面相協調,所以很受各界的讚賞。廣州華南師範大學手球館的處理也是利用空間鋼桁架為骨架,做成倒四方錐形的空間吸聲體,如同天河體育中心游泳館的倒四方錐形空間吸聲體,間隔地布置懸挂圓筒形吸聲體,動感很強(圖10),聲學特性很好又很經濟。
以上四個館的音質和裝飾效果都很好。