钢结构之美 | 气候承诺竞技场

“钢材有很多蕴藏的价值，也有很多值得我们称赞的地方，这就是一个很好的实例。”

——Mark Trimble

将西雅图具有历史意义的钥匙球馆改造成为一流的新的气候承诺竞技场，需要将旧的结构几乎全部拆除，并打造一个新的结构，同时还要保留标志性的建筑外立面以及屋顶不变。西雅图的钥匙球馆始于一个世界博览会展馆，现在将其改造成为一个世界级运动和娱乐场馆的工作也已经完成。这个具有悠久历史的华盛顿州立体育馆位于西雅图市以北地区的西雅图中心，最早因1962年世界博览会而新建，它最为人所熟知的身份是1967~2008赛季作为NBA球队西雅图超音速队（俄克拉荷马城雷霆队前身）的主场，随着2008年超音速队离开西雅图，这座体育馆经历了不温不火的几年，虽然也举办了一些大型赛事，但显然无法满足西雅图作为一座国际级城市的雄心，何时能重现往日的荣光？时间来到2016年，西雅图市政府决定针对西雅图中心体育馆更新改造方案进行公开招标，招标文件里提出了以下七点想要实现的目标：

• 提供一个世界级的竞技场，以吸引和呈现音乐、娱乐及体育赛事，包括NBA和NHL赛事；

• 提供的项目设计和场馆运营的方式应与所在地区和邻近社区相结合并加强其联系，且符合城市设计框架；

• 在最低限度的公共财政参与下，实现项目的设计、开发、拆除（如适用）和建设；

• 为项目提供成功和可持续的运营，使其成为一个世界级的场所，同时满足公共财政对运营阶段的参与最少；

• 减轻因项目建设和后期运营所造成的交通运输影响；

• 以对工人公平并符合城市种族和社会正义的倡议方式提供项目建设及运营；

项目吸引了两家联合体进行投标，分别是Oak View Group（简称OVG）和Seattle Partners（简称SP）。SP由著名场馆开发运营公司AEG和西雅图当地专门从事PPP业务的Hudson Pacific Properties共同组成。而OVG则是一家成立一年左右（2015年10月成立）、从事体育&娱乐的咨询、开发和投资的公司，由于成立时间短，OVG在当时甚至都没有任何业绩。但深入了解OVG后发现，它的创始人Tim Leiweke（后称Tim）曾经担任AEG总裁兼首席执行官长达13年，参与了众多场馆项目的开发，比如斯台普斯中心、堪萨斯城的T-Mobile中心以及伦敦的O2，他还先后担任了很多职业体育联盟的俱乐部总裁职务，是美国著名的体育高管，2015年他成立OVG并成为它的首席执行官。Tim的团队旨在西雅图打开他们新的事业版图，他们深知自己的劣势但充满了决心，也志在必得。设计方面邀请了著名的场馆设计公司Populous来操刀，Populous是新热刺球场等一众新球场的设计方，女足世界杯有一半的球场设计也来自于他们，有着极其丰富的经验。融资方面，Tim团队施展出大招，他们规避了第91号倡议，决定采取私人融资而非争取公共资金的形式，这是OVG和SP团队在方案上最大的差异。Tim也发动了一切可以发动的资源，承诺为西雅图再带去一支职业顶级球队。由于在设计、融资和球队引进方面，OVG拥有充满竞争力的提案，这也使得他们最终赢得了这场方案比选的胜利，成为了西雅图中心体育馆更新改造的开发团队。从结果来看，OVG和西雅图海妖队共同出资组建了新场馆经营主体，持股比例为51：49，OVG占大股，西雅图海妖队成为了新体育馆的常驻球队。在西雅图市极其迫切地希望重新引进一支NBA或NHL球队的背景下，OVG成功地帮它实现了这一目标。早在2017年12月西雅图市正式与OVG就重新开发西雅图中心体育馆项目签署合作备忘录后不久，NHL理事会就一致投票批准了西雅图扩张特许经营权的申请，当时NHL只有31支球队，再补充一支球队来平衡赛程也变得理所当然。如此快的速度获得批准，OVG想必谋划已久。而OVG的创始人Tim为了能让这个项目向着自己可控的方向发展，甚至找来了他的亲弟弟Tod，希望两兄弟一起重新创建西雅图。60岁的Tod现在是西雅图海妖队的CEO，和他哥哥一样也是一名美国体育行业的高管，曾担任过NFL的COO以及MLS、NBA、NHL中多个俱乐部的高管，两兄弟曾经同时在NBA和NHL联盟中的不同俱乐部工作过，但从未在同一支俱乐部效力，如今两兄弟因为西雅图也算走到了一起。NBA这些年也一直在探讨扩军的可能性，西雅图是联盟眼中优先级很高的候选城市。

第一个碳中和体育竞技场

位于美国西雅图的气候承诺竞技场前身是西雅图中心的市政和艺术园区，自1962年世博会以来，这里一直是当地重要的体育和娱乐场所。2021年，在投入了10亿美元（约合人民币71.59亿元）进行扩建和改造后，这个历史地标摇身变成了一个80万ft.²（7.43万㎡）的全新地下场馆。

一个能够克服挑战的集成式方法是该项目取得全面成功的关键。结构工程师提供了项目提前交付（Advanced Project Delivery，APD）服务，该服务有助于获得相当可观的工期和成本效益，建造施工和结构设计团队与钢结构团队共同协作，为用于竞技场以及停车库建造所用的8,700t永久性钢结构提供了一个充分协调和互联的Tekla模型，也为3,700t的临时性支护钢结构提供了一整套施工图纸。

保持标志性

在2017年秋天，西雅图地标保护委员会将钥匙球馆列入当地的地标性建筑。这个称号就要求由Paul Thiry设计并在1961年建造的原竞技场的屋顶、幕墙、外部混凝土单元都要在开发团队OVG改造的过程中得到原封不动的保留。因此，如何支撑屋顶并在屋顶下方继续施工就决定了该项目设计和施工的方方面面。原屋顶结构在竖向由20根混凝土Y形柱支承，这些Y形柱则支承在围绕其周边布置的间距约为60ft.（18.29m）的浅基础上。侧向荷载由位于每一侧中部的三肢斜混凝土支柱抵抗。这个三肢混凝土柱作为桥塔，由两个和周边混凝土环梁平行的V形支柱以及一个和屋顶钢拱桁架对齐的扶壁支柱构成。

临时屋顶支撑

鉴于Y形柱和V形柱下方的基础可能会被为了新赛事的楼层开挖工作而破坏，就需要有一个临时的屋顶支撑（Temporary Roof Support，TRS）系统来承担屋顶绝大部分的重力荷载以及抵抗在施工过程中所遭受的风荷载及地震侧向力。作为临时屋顶支撑TRS的3,700t临时钢框架是由LeJeune钢结构公司和Danny’s建筑公司加工和安装的，也是将要建造新竞技场的同样的团队。通过在每一个Y形柱的位置安装一个支护框架来支承重力荷载。一对截面为W36的钢梁，连同一块放置于混凝土屋面结构下方的支承垫板和Y形柱形成了夹层结构。

屋顶的侧向力通过安装在屋顶和V形柱三角形交汇处的巨大的16t重、20ft.（6.1m）长的钢楔来传递到桁架框架体系上。鉴于拉力的传递需要极大数量的后锚固锚栓，这将会对结构的表面造成损坏，因此这些钢楔只传递压力。而采用钢铰和钢楔来连接桁架框架是Thornton Tomasetti公司、Mortenson公司、Danny’s建筑公司以及LeJeune钢结构公司在数小时的头脑风暴之后做出的决定。“当所有各方都进入同一个房间并开始将概念设计和现场工作融合在一起的时候，就可以将最终的设计导向为可能的最佳解决方案”，Danny’s建筑公司的资深结构工程师Eric Fielder说道，“具体来讲，采用了支撑框架体系，重点在于可以提高安装速度并且具有可调性来适应较大的沉井公差，这个解决方案最终节约了大量的时间，没有耽误开挖工作。”

在瓶子里造船

在这样一个临时支护的屋顶下方并且围绕着临时支护结构设计和建造一个新的钢框架竞技场，就如同是在一个瓶子里造船。该竞技场是世界上第一个获得净零碳认证的场馆，由1层位于原有的小尺寸赛事楼层标高之下15ft.（4.57m）的新赛事活动楼层、4层位于地面以及地下的完整的竞技场楼层以及2层位于周边地面之上的楼层组成。所有的楼层都延伸到原屋顶的边界之外，典型的楼面构造是混凝土压型钢板和钢梁的组合。新超级碗的座位是采用由钢支架支撑的预制混凝土体育场单元搭建而成的。

为了对屋顶进行抗震加固，其他措施包括加固屋顶钢桁架及其连接节点从而使其满足最新的规范要求以及负担新结构的附加荷载。屋顶结构现在可以支承两个30t的显示屏连同起重设备、一个新的检修步道以及一个可支承100t荷载的庞大索具格栅以适应现代巡回演出和颁奖典礼的需要。

抗震设计

支撑着原屋顶的20根Y形柱以及8根V形柱被一直向下延伸到赛事活动楼层并再一次支撑起这个有着近60年房龄的屋顶的重力荷载。这些向下延伸的柱支撑着来自新竞技场楼面的局部重力荷载，同时也进行了隔震处理从而免遭地震作用影响。这些V形柱，连同3个原来的以及1个改进的扶壁，将屋面的侧向荷载传递到新的上层观众大厅框架上，在电梯井核心筒处采用了屈曲约束支撑BRB来抵抗来自压平桥的侧向荷载并将其向下传递到主观众大厅楼面。为了提升用户舒适度，在靠近大跨桁架中部的位置布置了两个调谐质量阻尼器，可以用来控制大跨楼面体系的振动。Thornton Tomasetti公司还对原结构进行了高要求的非线性响应时程分析，包括在地面运动中考虑了土-结构相互作用效应并采用了屈曲约束支撑BRB来控制新索具格栅的性能指标。因此，就免去了对原有混凝土屋面单元进行加固的必要，也能够大幅减少由于地震作用影响而需要修复的屋面钢构件数。

节约时间和成本

像气候承诺竞技场这样复杂的项目必须要采用综合性的方法来应对所有挑战。所有的项目参与方，包括业主、建筑师、结构工程师、项目经理、钢结构承包商，都适时地提供了意见和反馈，以形成创新性的、实用的且适宜建造的解决方案。Thornton Tomasetti公司也实施了其项目提前交付APD（Advanced Project Delivery）服务，这有助于获得相当可观的工期和成本效益。采用APD做法，Thornton Tomasetti公司的结构工程师和钢结构详图商都可以参与到设计阶段中，这样在打造一个各方协调的钢结构模型的同时也可以提供早期的加工、安装和详图服务。和传统的交付方式相比，这个早期的模型也为施工团队提供了更加完整和详细的信息。并且，该模型也可以和钢结构加工商共享，成为其完成最终的施工图以及加工过程中驱动其计算机数控（CNC）设备的数据基础。该公司的施工工程和结构设计团队与LeJeune钢结构公司共同协作，为用于竞技场以及停车库建造使用的8,700t永久性钢结构提供了一个充分协调和互联的Tekla模型，也为3,700t的临时性支护钢结构提供了一整套施工图纸。

这种做法也有助于降低成本、缩短工期，并减小了复杂的钢框架、连接节点以及屋顶下方围绕着临时性支护结构的紧张、受限的场地及相关因素所致的实施风险。通过采用APD做法，项目团队能够加速钢材采购和详图设计进程，也使得钢材加工更早地开始，缩短近4个月的工期并基本上免去了信息征询RFI（Request for Information）、后期协调环节，也基本消除了典型、常见的现场问题。

一支强大的团队

来源 | 建筑钢结构进展微信公众号