综合性体育馆建筑的大跨度和预应力与声学研究

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【摘要】本文阐述了建筑设计和综合性体育馆建声设计的关联特点，分析了综合性体育馆建筑声学设计的艺术性表现形式，指出体育馆声学艺术与大跨度预应力的建筑设计 ，一是要处理好体育馆比赛大厅大跨度预应力优化设计，二是要注意声学材料的选用与布置建议，三是要符合中心体育馆顶界面声场均匀度及预应力要求。

【关键词】综合性；体育馆建筑；大跨度；预应力；声学

作为体育活动发生的空间载体，体存建筑随着时代的发展，功能日趋复杂、完善，规模逐渐增大。与此同时，科技的发展使技术应用更加多元，形态表现更为多样。基于当代建筑领域发生的深刻变革，学科之间的综合与渗透诱发了建筑设计工作程序和手段的变化：从分离到整合的设计模式。随着对室内声环境的重视，建筑声学设计艺术性表现开始以多元的视角体现于最终的建筑设计和建筑概念发展中。

1、建筑设计和综合性体育馆建声设计的关联

采取技术手段为体育场馆创造优良环境，是建筑空间与造型设计的主要目的，也是建筑主体完成之后环境美化工作的第一步。从声学角度出发，注重解决声学功能与艺术表现之间的矛盾，综合分析材料表现、结构选型、建筑形象等要素之间的制约关系，创造具有亲和力的建筑空间，满足使用者的心理需求。

2.1 体育建筑朝大而综合方向发展

体育建筑功能的逐渐完善间接的促使了体育商业化和运动员职业化，体育商业化的发展加上室内运动项目、演出（演奏）项目的多元化的趋势，使体育建筑也脱离了传统的概念朝着大而综合方向发展。多种功能的综合体，这促进了建筑或建筑群多种功能的联接或综合。体育馆的功能不再局限于确定的单一性用途，而是呈现出不断发展的动态趋势。

2.2 体育馆功能的多元化发展

体育建筑的产生源于古代体育活动的出现。现代体育比赛在内容包括体育比赛项目等方面的变化，使现代体育场无法完全沿袭古代模式，而必须做出相应改变。20世纪科技的巨大发展使体育与媒体、影像文化相结合，同时，随着设计分析方法的改进及材料与施工技术的发展，尤其是20世纪60年代后，电子计算机辅助工程设计使三维受力现象转变成二维成为可能，极大地促进了空间结构类型的发展，多功能的场地布置与移动看台成为综合性体育馆的标志。

2、综合性体育馆建筑声学设计的艺术性表现

对厅堂音质的主观评价除与客观指标有关外，很大程度上还与评价者在厅堂中感受到舒适程度以及视觉效果等因素有关，从而使音质评价带有一定的模糊性。这种模糊性某种程度上决定了音质设计的"艺术性"，即音质设计的优劣在于厅堂满足各项音质指标的前提下，能否在视觉效果上取得观众的最大认同感。

2.1 综合性体育馆声学材料的分类及其属性

不同的材料可以营造出不同的空间氛围，在建筑设计屮，设计师可以通过材料将理念转化为一种可视的信息，从而实现空间情感的表达。材料作为空间表现形式的媒介是使用功能和审美价值的共同体现。在体育馆音质设计中，吸声材料是使最普遍用的一类声学材料，而且在噪声控制和维护结构的隔声设计时，均需使用吸声材料。音质设计中对声学材料的选择，是对声学功能的满足，其次还要考虑材料的装修效果，即材料表现。

2.2 声效空间和建筑声学材料的表现

材料作为室内空间界面表现的物质载体，影响着空间的划分强度和品质的塑造。“材料的物质性”是着重研究材料的属性应用及强调建造方式的词汇，是建筑设计回归到本体设计观念的实现因素，是从设计角度来理解的概念。材料是传递建筑与空间界面信息的传播媒介。在空间界面的设计中，材料与构造是可以直接作用于受众的物质手段，具有其自身的媒介表现性。

2.3 声学材料的声效与视觉属性

材料作为室内建筑设计的载体包含了形状、肌理、质感和色彩等视觉特征以及物理、化学性能，以有形的实体传达种种主观上的美观信息以愉悦人的感官137]。材料的应用离不材料的的基本属性，然而对声学材料（或结构）艺术性表现的研究，是与材料的视觉特性相关的，即视觉属性是材料通过特殊的加工和组合方式或本身所具有的特定的视觉特征。声学装修工程中应用到的声学材料同其他室内装饰材料一样具有相同的视觉特征。

3、体育馆声学艺术与大跨度预应力的建筑设计

3.1 体育馆比赛大厅大跨度预应力优化设计

由于比赛大厅容积较大，平均自由程长，因此距离声源较远的反射面很容易产生回声。下面分别就穹型屋顶、包厢栏板这些容易产生回声及颤动回声等声缺陷的部位进行论述，并分析和总结出避免措施。

3.1.1屋面形态的预应力设计要求

比赛大厅净空很高，计算机声学模型分析显示穹型屋顶是产生回声及颤动回声的源头。同时，屋顶和比赛场地是两个面积很大的相对反射面，它们之间会产生颤动回声的声缺陷。体育馆屋面为金属屋面，上层为蜂窝铝板金属层，下层为直立锁边复合保温屋面，屋面采光天窗为无色中空保温玻璃，金属和玻璃都属于硬质材料，要注意设计时的预应力处理，处理得好，噪音减少；处理不好，杂音很多，而且很容易产生强反射声。对这些部位的处理方法是对屋顶做强吸声处理，避免回声的。

3.1.2 基于包厢玻璃壁面的回声反射及预应力设计

对于大型综合性体育馆来讲，看台中间的以及各看台的后墙面通常会产生较长延迟的不利的声反射，会影响观众席、舞台以及可能的麦克风位置。这些不利的声反射，一般而宫为与直达声到达的时超过50ms（语言）和80ms（音乐）的反射声。因为预应力设计的时候就在考虑到这些距离的建筑施工。

3.2 声学材料的选用与布置建议

中心体育馆主比赛场为弦支顶钢结构体系，这意味着，比赛大厅的支撑结构是硬性连接的，通过钢结构传播的结构噪声，会通过引起比赛大厅内的内面面板的振动，而将噪声传入大厅内。声学设计中声学材料的选用必须经过严格的样品检验，以便确定是否能够满足所需的声学要求。同时，声学材料中穿孔吸声板的穿孔率、板厚及其声学属性、透声性能，与建筑设计人员进行了商定，共同确定了吸声板材的形式。

3.3 中心体育馆顶界面声场均匀度及预应力要求

比赛大厅中心场地地面为主要声反射面，声学要求既考虑场地使用情况宜铺设木质地板并留有一定空腔，这有利于对低频的吸收。中心体育馆屋面属于上凸形屋面形式，顶界面的集中形式使比赛大厅的空间形态主次分明，向心感强。屋顶是整个场馆中面积较大的部分，由金材料和采光玻璃屋面构成。由硬质材料构成的弧形顶界面很容易产生回声、声聚焦和声染色等声缺陷，因此需要布置吸声材料，以提高场馆的声场均匀度和保证语言清晰度等。这里就要求建筑预应力要考虑进去，比如：最外层蜂窝板装饰板，可以最大限度地减少撞击噪声；中间层为隔声层，其构成为直立锁边复合保温层，声学要求最外层与中间层保留一定厚度的空腔，这样可以增加屋面系统的隔声量。

结 语

在体育建筑快速发展的今天，特别是室内综合性体育馆，其建筑外部形象与内部空间都面临着更高、更综合的要求。建筑声学设计师肩负着创造良好声环境与不同空间艺术要求相结合的双重使命。

参考文献：

[1]刘延昌，孙凤明，张海亮等.辽宁营口奥体中心综合性体育馆建声设计[J].电声技术，2011，35（3）：8-12.

[2]钟丹.中小型体育馆建筑声学处理方法的研究[D].湖南大学，2007.

[3]赵勇.小型综合性体育馆设计[J].科学时代，2011，（10）：51-52.