Làm thế nào mà Tòa nhà khung thép 6.750 tấn của Trung tâm Biểu diễn Nghệ thuật Quốc gia lại không có một trụ cột nào?

Trung tâm Biểu diễn Nghệ thuật Quốc gia quả thực đã phản ánh trình độ kiến ​​trúc hạng nhất quốc tế, đi tiên phong trong kiến ​​trúc trong nước và có nhiều nỗ lực táo bạo, chẳng hạn như sử dụng các tấm kim loại titan, chủ yếu được sử dụng trong sản xuất máy bay và các loại máy bay khác. , làm vật liệu lợp mái nhà. Hình bầu dục táo bạo và mặt nước xung quanh tạo thành hình kiến ​​trúc ngọc trai trên mặt nước, mới lạ, tiên phong và độc đáo. Nhìn chung, nó thể hiện đặc điểm của những tòa nhà mang tính bước ngoặt thế giới trong thế kỷ 21 và có thể gọi là sự kết hợp hoàn hảo giữa truyền thống và hiện đại, lãng mạn và hiện thực.

Thiết kế của Trung tâm Biểu diễn Nghệ thuật Quốc gia bắt đầu với hai nguyên tắc: thứ nhất, đó là một nhà hát đẳng cấp thế giới; Thứ hai, nó không thể cướp Đại lễ đường Nhân dân. Nhà hát lớn cuối cùng ra mắt thế giới với một hình bầu dục khổng lồ, trở thành một tòa nhà mang tính bước ngoặt với hình dáng mới lạ và ý tưởng độc đáo.

Theo tầm nhìn của kiến ​​trúc sư nổi tiếng người Pháp Paul Andreu, cảnh quan sau khi hoàn thành của Nhà hát Quốc gia như sau: trong một công viên xanh rộng lớn, một hồ nước trong xanh bao quanh nhà hát hình bầu dục màu bạc, tấm titan và vỏ kính phản chiếu ánh sáng của ngày và đêm, và màu sắc thay đổi. Nhà hát được bao quanh bởi những bức tường kính bằng lưới vàng trong suốt một phần và trên cùng có tầm nhìn ra bầu trời từ bên trong tòa nhà. Có người miêu tả diện mạo của Nhà hát lớn sau khi hoàn thành giống như “giọt nước pha lê”.

1. Mái vòm lớn nhất Trung Quốc được xây từ 6.750 tấn dầm thép

Lớp vỏ NCPA bao gồm các dầm thép cong, mái vòm thép khổng lồ gần như có thể bao phủ toàn bộ Sân vận động Công nhân Bắc Kinh.

Điều đáng ngạc nhiên là một khối lượng lớn như vậykết cấu khung thépkhông được hỗ trợ bởi một trụ cột duy nhất ở giữa. Nói cách khác, kết cấu thép nặng 6750 tấn phải hoàn toàn dựa vào hệ thống kết cấu cơ khí của chính nó để đảm bảo an toàn và ổn định.

Thiết kế linh hoạt này khiến Trung tâm Biểu diễn Nghệ thuật Quốc gia giống như một bậc thầy thái cực quyền, người xoa dịu mọi thế lực từ thế giới bên ngoài bằng các phương tiện mềm và cứng. Trong thiết kế củakết cấu thépcủa Nhà hát lớn, lượng thép sử dụng trong toàn bộ kết cấu thép chỉ là 197 kg/m2, thấp hơn nhiều tòa nhà kết cấu thép tương tự. Việc thi công kết cấu thép vỏ này vô cùng khó khăn và cần cẩu có trọng tải lớn nhất Trung Quốc được sử dụng khi nâng dầm thép.

2. Đổ tường chắn nước ngầm để chống lún nền móng xung quanh

Trung tâm biểu diễn nghệ thuật quốc gia cao 46m nhưng độ sâu dưới lòng đất cao bằng tòa nhà 10 tầng, 60% diện tích xây dựng là dưới lòng đất, sâu nhất 32,5m, là công trình ngầm công cộng sâu nhất tòa nhà ở Bắc Kinh.

Có nguồn nước ngầm dồi dào và sức nổi do những nguồn nước ngầm này tạo ra có thể nâng một tàu sân bay khổng lồ nặng 1 triệu tấn, sức nổi khổng lồ đủ để nâng toàn bộ Nhà hát Lớn Quốc gia.

Giải pháp truyền thống là bơm nước ngầm liên tục, nhưng kết quả của việc bơm nước ngầm này sẽ là hình thành một “phễu nước ngầm” ngầm dài 5km bao quanh Nhà hát Lớn, khiến nền móng xung quanh bị lún và thậm chí bề mặt công trình có thể bị nứt.

Để giải quyết vấn đề này, các kỹ sư và kỹ thuật viên đã tiến hành nghiên cứu chính xác và đổ bê tông chắn nước ngầm từ mực nước ngầm cao nhất đến lớp đất sét ở độ sâu 60 mét dưới lòng đất. "Cái xô" khổng lồ này được hình thành bởi một bức tường bê tông ngầm, bao quanh nền móng của Nhà hát lớn. Máy bơm hút nước ra khỏi thùng nên dù có bơm bao nhiêu nước từ móng lên thì nguồn nước ngầm bên ngoài thùng cũng không bị ảnh hưởng, các công trình xung quanh được an toàn.

3. Điều hòa không khí trong không gian hạn chế

Trung tâm Biểu diễn Nghệ thuật Quốc gia là một tòa nhà khép kín không có cửa sổ bên ngoài. Trong một không gian khép kín như vậy, không khí trong nhà được điều hòa hoàn toàn bởi máy điều hòa trung tâm, do đó, một số yêu cầu nhất định được đặt ra đối với chức năng sức khỏe của máy điều hòa. Sau dịch SARS, đội ngũ kỹ thuật của Nhà hát Lớn đã nâng cao tiêu chuẩn lắp đặt điều hòa, hệ thống cấp gió hồi, cấp gió tươi… nhằm nâng cao hơn nữa tiêu chuẩn đảm bảo điều hòa trung tâm đáp ứng tiêu chuẩn sức khỏe.

4. Lắp đặt mái hợp kim titan

Phần mái của Nhà hát lớn có diện tích 36.000 mét vuông và chủ yếu được làm bằng các tấm titan và kính. Kim loại titan có độ bền cao, khả năng chống ăn mòn và màu sắc tốt, chủ yếu được sử dụng trong sản xuất máy bay và các vật liệu kim loại máy bay khác. Mái nhà sẽ được lắp ráp từ hơn 10.000 tấm titan có kích thước khoảng 2 mét vuông. Bởi vì Góc lắp đặt luôn thay đổi nên mỗi tấm titan là một hyperboloid, có diện tích, kích thước và độ cong khác nhau. Độ dày của tấm kim loại titan chỉ 0,44 mm, nhẹ và mỏng như một tờ giấy mỏng nên phải có lớp lót làm bằng vật liệu composite bên dưới và mỗi lớp lót sẽ được cắt theo kích thước bằng tấm titan. tấm kim loại phía trên nên khối lượng công việc và độ khó trong công việc là vô cùng lớn.

Hiện tại, trên mái tòa nhà quốc tế không có diện tích tấm kim loại titan lớn như vậy. Các tòa nhà Nhật Bản sử dụng tấm titan nhiều hơn, lần này Nhà hát Lớn sẽ ủy quyền cho một nhà sản xuất Nhật Bản sản xuất tấm kim loại titan.

5. Vệ sinh phần vỏ mái

Việc làm sạch vỏ mái bằng titan là một vấn đề rắc rối, người ta đề xuất rằng nếu sử dụng phương pháp làm sạch thủ công sẽ tỏ ra bất tiện và kém thẩm mỹ, nên sử dụng công nghệ tiên tiến để giải quyết.

Hiện nay, các kỹ sư đang có xu hướng lựa chọn lớp phủ nano công nghệ cao, không bám dính vào bề mặt đồ vật sau khi phủ, chỉ cần xả nước thì mọi bụi bẩn sẽ bị cuốn trôi.

Tuy nhiên, vì đây là công nghệ mới nên không có ví dụ kỹ thuật tương tự để tham khảo, các kỹ sư đang tiến hành các thử nghiệm tăng cường trong phòng thí nghiệm đối với lớp phủ nano này, việc có sử dụng kết quả thử nghiệm hay không sẽ được xác định sau.

6. Toàn đá gia dụng, thể hiện đất đẹp

Nhà hát lớn đã sử dụng hơn 20 loại đá tự nhiên, tất cả đều từ hơn 10 tỉnh, thành phố ở Trung Quốc. Chỉ riêng 22 khu vực của chánh điện đã sử dụng hơn 10 loại đá, được đặt tên là “Đất huy hoàng”, mang ý nghĩa những ngọn núi và dòng sông lộng lẫy của đất nước Trung Hoa.

Có "Kim cương xanh" từ Thừa Đức, "Hoa hồng đêm" từ Sơn Tây, "Bầu trời đầy sao" từ Hồ Bắc, "hoa vỏ sò" từ Quý Châu... Nhiều trong số đó là những giống quý hiếm, chẳng hạn như "hoa vàng xanh" từ Hà Nam , đã hết bản in.

"Ngọc bích trắng" được đặt trong Sảnh ô liu được sản xuất ở Bắc Kinh là một viên đá trắng có các đường chéo màu xanh lá cây, các đường chéo được tạo ra một cách tự nhiên và tất cả đều theo cùng một hướng, rất hiếm. Tổng diện tích lát đá của nhà hát lớn là khoảng 100.000 mét vuông, nhân viên kỹ thuật nhất quyết sử dụng đá trong nước, sau nhiều lần xoay chuyển để tìm ra tất cả loại đá phù hợp với ý tưởng của nhà thiết kế về màu sắc và kết cấu.

Việc khai thác, chế biến đá không bức xạ quy mô lớn như vậy cũng là một thách thức lớn đối với các nhân viên kỹ thuật, ngay cả nhà thiết kế Andrew cũng phải ngạc nhiên trước loại đá Trung Quốc đầy màu sắc và công nghệ khai thác, chế biến đá Trung Quốc tinh xảo.

7. Thoát ra ngoài nhanh chóng và an toàn

Ba rạp của Nhà hát Lớn Quốc gia có sức chứa tổng cộng khoảng 5.500 người, cộng với dàn diễn viên và đoàn làm phim lên tới 7.000 người, do Nhà hát Lớn Quốc gia thiết kế độc đáo, nhà hát được bao quanh bởi một hồ bơi ngoài trời khổng lồ, Vì vậy, trong trường hợp khẩn cấp như hỏa hoạn, làm thế nào để nhanh chóng đưa 7.000 khán giả ra khỏi mặt nước được bao quanh bởi "vỏ trứng" để sơ tán an toàn, khi bắt đầu thiết kế, đó là một vấn đề khó khăn mà các nhà thiết kế phải giải quyết.

Trên thực tế, đường hầm thoát hiểm tại Trung tâm Biểu diễn Nghệ thuật Quốc gia cuối cùng được thiết kế để cho phép 15.000 người sơ tán nhanh chóng. Trong số đó, có tám đến chín lối thoát hiểm, mỗi lối đi có ba và bảy mét dưới lòng đất, xuyên qua hồ bơi khổng lồ và dẫn đến quảng trường bên ngoài. Thông qua những lối đi này, khán giả có thể được sơ tán an toàn trong vòng bốn phút, tức là ít hơn sáu phút mà luật cứu hỏa yêu cầu.

Ngoài ra, giữa nhà hát và bể bơi ngoài trời còn có một kênh cứu hỏa rộng tới 8m được thiết kế khá rộng rãi, có thể chứa được 2 xe cứu hỏa chạy cạnh nhau, đồng thời chừa lại một kênh dành cho người đi bộ rộng 2m. , lính cứu hỏa có thể tiếp cận điểm cháy kịp thời thông qua kênh cứu hỏa, để nhân viên cứu hỏa và nhân viên sơ tán có thể tự đi mà không cần can thiệp.

“Nhà hát trong thành phố, thành phố trong nhà hát” này xuất hiện với thần thái kỳ lạ như “hòn ngọc trong hồ” ngoài sức tưởng tượng. Nó thể hiện sức sống bên trong, sức sống bên trong dưới sự tĩnh lặng bên ngoài. Nhà hát lớn tượng trưng cho sự kết thúc của một kỷ nguyên và sự khởi đầu của một kỷ nguyên khác.