Suzhou, non lontana da Shanghai, è conosciuta in Cina come città giardino. Nove dei suoi giardini storici sono stati dichiarati dall’UNESCO Patrimonio dell’Umanità. Non sorprende che il design del Centro Sportivo Olimpico abbia preso spunto da questi giardini paesaggistici cinesi. Il risultato è un vivace parco cittadino e sportivo con un piacevole mix di funzioni, che comprende quattro grandi edifici tra spazi verdi e giochi d’acqua: lo stadio con una capacità di 45.000 posti a sedere e una campata di 250 metri, il centro acquatico con 3.000 posti a sedere, l’arena coperta con 13.000 posti a sedere e il centro commerciale. A sud il parco si apre sul fiume Xietang e, lungo percorsi tortuosi, offre diverse vedute sui corsi d’acqua, sull’architettura e sul paesaggio.

Il design dell’insieme delle costruzioni è volutamente minimalista nello stile e i singoli edifici appaiono sobri nonostante le loro dimensioni. I podi alti 12 metri si proiettano come penisole nel parco e vi si accede dalla strada. I podi e le facciate sono caratterizzati da linee orizzontali in pietra naturale leggera e pannelli in alluminio scolpiti a rilievo. Nella loro costruzione gli edifici sono sviluppati uniformemente. Per la prima volta in Cina, per coprire i grandi edifici sportivi è stata utilizzata la costruzione di un tetto con una rete di cavi a parete singola. In questo modo si ottengono conchiglie paraboloidi che poggiano su supporti a V e sono visibili non solo nelle immediate vicinanze, ma anche da più lontano. Il tetto dello stadio è coperto da una membrana in PTFE, mentre i tetti del centro acquatico e dell’arena coperta sono rifiniti con lamiere metalliche costituite da una resistente lega di alluminio/magnesio/manganese.
Un centro commerciale con uffici e un hotel completa i tre edifici sportivi e contribuisce alla vivacità dell’intero sito. L’area del parco contiene una vasta gamma di impianti sportivi aperti per il calcio, il tennis e altri sport con la palla che possono essere noleggiati privatamente. Grazie a questo concetto di utilizzo poliedrico, il Centro Sportivo Olimpico è diventato rapidamente un modello per la progettazione di altri impianti sportivi in Cina ed è diventato un attraente centro di quartiere.

Gli aspetti strutturali

La struttura del centro sportivo è stata progettata in modo da supportare al meglio l’intenzione architettonica, l’interesse economico del cliente, i requisiti funzionali e le norme di sicurezza applicabili. Si avvale dei più recenti sviluppi nel campo dell’ingegneria strutturale a lunga campata, utilizzando sistemi strutturali innovativi e materiali moderni per elementi primari e rivestimenti.
Per ottenere una progettazione efficiente in termini di costi, è stato necessario valutare i parametri locali del vento di Shenzhen e l’effetto sullo stadio. Utilizzando lo strato limite atmosferico per quanto riguarda l’intensità della raffica, le turbolenze e la velocità del vento, è possibile stabilire un modello di galleria del vento. Offrendo il test informazioni molto dettagliate sulla pressione dinamica del vento esercitata in ogni punto dello stadio, si ottiene l’indicazione di un uso minimo di materiale per quasi tutti gli elementi strutturali del tetto. Inoltre, lo stesso modello di galleria del vento può essere utilizzato per determinare i livelli di comfort interno per gli occupanti e altri effetti riguardanti la crescita dell’erba, studi sulla pioggia, ecc.

La struttura di copertura dello stadio

La struttura del tetto a lunga campata dello stadio è concepita come una struttura leggera, efficiente dal punto di vista dei materiali e quindi ecologica ed economica. La struttura del tetto può essere suddivisa nei seguenti elementi strutturali principali:
– due anelli di tensione all’interno, sovrapposti;
– un anello di compressione all’esterno;
– i cavi disposti a raggiera che legano gli anelli interni ed esterni con un sistema a capriate;
– gli archi in acciaio rinforzati da cavi, che fanno da supporto per i pannelli di copertura;
– le colonne a V che sostengono la struttura del tetto.
Ognuno dei due anelli di tensione interni è costituito da quattro cavi completamente serrati. Le forze di precompressione in questi due anelli, tenuti separati da puntoni, producono forze di trazione nei cavi superiori e inferiori che costituiscono le “capriate” disposte radialmente. Le forze di trazione nelle capriate inducono a loro volta forze di compressione nell’anello esterno, che possono essere scomposte in due anelli paralleli fatti di tubi d’acciaio infine riempiti di calcestruzzo. Almeno in ogni punto in cui entrano i cavi della capriata, i due anelli sono collegati tra loro per ottenere una sufficiente rigidità (vedi schemi in alto in questa pagina).

La precompressione nel sistema serve a limitare le deformazioni e le oscillazioni del tetto, nonché qualsiasi flessione dell’anello di compressione causata da un carico non uniforme. Poiché, come i cerchi di una ruota a raggi, le capriate non solo trasferiscono i carichi agli anelli di compressione, ma li stabilizzano anche contro lo svergolamento.
I cavi superiore e inferiore delle capriate sono legati tra loro tramite diversi trefoli (tra anello di tensione e anello di compressione) e un tubo d’acciaio (tra anello di tensione superiore e inferiore). Queste bretelle si trovano direttamente sotto ogni arco di membrana. La membrana è tesa su archi di tubi d’acciaio rinforzati con trefoli e cavi perimetrali che costituiscono i cavi superiori delle capriate.
Per ottenere connessioni esteticamente leggere tra gli elementi strutturali sono stati realizzati soprattutto dettagli in acciaio pressofuso (vedi dettagli a centro pagina).
Le strutture dei cavi precompressi si estendono in larghezza con una quantità minima di materiali, ma sono costose, in quanto sono ancorate posteriormente e finemente reticolate. Le coperture con cavi ad anello combinano le caratteristiche positive delle strutture a cavo e a membrana: sono costituite da una struttura primaria a maglie larghe costituita da una struttura primaria sigillata, cioè “auto-ancorata”, da un anello di compressione e tensione rinforzato con cavi e da una struttura a membrana precompressa nel mezzo. Naturalmente, in un numero limitato di possibilità.
L’utilizzo del principio dell’auto-ancoraggio per risparmiare su costose fondazioni e spalle è un trucco mutuato dalla costruzione di ponti. Tuttavia, limita la varietà di forme disponibili: così come il ponte sospeso auto ancorato e a fune richiede una piattaforma perfettamente diritta per sostenere le elevate forze di compressione che si formano da auto-ancoraggio, così il tetto a fune ad anello può avere “solo” una forma geometrica rigorosa!

Il rivestimento

La copertura deve proteggere gli spettatori dalla pioggia e dall’abbagliamento del sole. Questo strato traslucido può essere realizzato con membrane tessili precompresse. Per fornire una curvatura di superficie sufficiente tra i cavi superiori delle capriate (che fungono da cavi perimetrali) vengono introdotti degli archi.
Per il rivestimento è opportuno utilizzare una membrana in tessuto di vetro rivestito in PTFE. Rispetto ad una membrana in poliestere rivestita in PVC, questo materiale presenta vantaggi in termini di resistenza al fuoco, resistenza ai raggi UV e agli agenti chimici, capacità autopulente e durata.

Realizzazione e montaggio

I tubi d’acciaio delle colonne e degli anelli di compressione vengono forniti in segmenti e saldati in loco. Per i cavi del tetto non è necessaria alcuna impalcatura. Dopo il completamento dell’anello di compressione esterno, gli anelli di tensione interni vengono disposti sul campo dello stadio e collegati alle travi tramite cavi. Utilizzando martinetti idraulici nei successivi punti di ancoraggio delle capriate, l’intera struttura viene sollevata lentamente e in modo uniforme. Dopo la precompressione della struttura a fune vengono posizionati gli archi in acciaio e i pannelli di membrana vengono precompressi e infine fissati.

La struttura del tetto delle due arene coperte

La forma distintiva del tetto a doppia curva può essere ottenuta utilizzando una rete di cavi. Si adatta perfettamente alla forma e alla campata, offrendo una combinazione tra resistenza e leggerezza. I cavi che costituiscono la rete sono ancorati all’anello di compressione perimetrale. I puntoni inclinati (disposti a forma di traliccio perimetrale a doppia V) sono sostenuti da una struttura in cemento armato sottostante.
La maggior parte delle forze dei cavi viene intercettata dall’anello, mentre i puntoni portano solo carichi gravitazionali. Tutte le forze differenziali e le imperfezioni di carico si trasmettono attraverso l’anello di compressione (vedi schemi rappresentativi in alto).
La rete di cavi adottata è costituita da cavi a spirale, rivestiti in galfan, disposti a coppie.

La distanza tra i cavi può variare da 3,5 a 4 m. I criteri principali per lo sviluppo della geometria della rete di cavi sono stati la capacità dei cavi a spirale e la spaziatura più adeguata alle campate dei pannelli di riempimento e alle possibili dimensioni dei lucernari.
L’analisi e la geometria sono state realizzate utilizzando un software di analisi e modellazione all’avanguardia in ambiente 3d. La chiave è stata la chiara comprensione della relazione tra la forma di un cavo, la flessibilità del supporto (anello di compressione) e le forze di tensione che agiscono al suo interno. Una corretta valutazione della flessibilità dell’anello di compressione è stata fondamentale per garantire sia la forma del tetto che l’utilizzo dei cavi rimanendo entro limiti accettabili (vedi a lato).
Il rivestimento è stato realizzato con pannelli di tamponamento del tetto in cassette prefabbricate. Realizzati con lamiere e travetti morbidi, sostengono uno spesso strato di isolamento. I pannelli nella loro forma sono approssimativamente rettangolari. Il fatto stimolante è che i pannelli sono sostenuti da una rete di cavi relativamente flessibile, il che richiede un adeguato sistema di supporto.
La soluzione è costituita da morsetti in acciaio pressofuso. I trefoli a spirale sono ancorati in raccordi in acciaio ad alta resistenza. La sicurezza dell’ancoraggio contro la rottura deve essere almeno il 90% della resistenza alla rottura del cavo. Non deve verificarsi alcuno slittamento. Inoltre il fissaggio deve consentire ai pannelli di flettersi e respirare quando la rete di cavi si estende, si contrae e si distorce.
Lo scarico dell’acqua dal tetto è stato realizzato per mezzo di una grondaia con un solo bordo, che drena il tetto verso tubi di scarico disposti ad ogni estremità inferiore della sella disegnata dalla forma della copertura (vedi a lato).

Realizzazione e montaggio

I cavi dopo l’arrivo in cantiere vengono srotolati e posizionati a terra secondo la geometria del layout. I nodi dei cavi sono stati fissati insieme in posizioni precise e contrassegnate in fabbrica. Il sollevamento della rete a fune procede successivamente. Una volta completato il sollevamento, i cavi vengono bloccati nell’ordine corrispondente.

Struttura Sottotetto e Tribuna

Il tetto è stato progettato per una struttura auto-ancorata. In questo modo il tetto trasferisce alla struttura sottostante principalmente le forze verticali dovute al peso proprio, alla neve e al vento. L’anello di compressione esterno del tetto poggia su colonne.
In tutti i punti in cui le capriate sono fissate all’anello di compressione, sono presenti le colonne a forma di V. La tribuna è stata progettata come una struttura comune in cemento armato che porta ad una soluzione economica. Le travi a dente della tribuna sono fissate alle colonne con mensole.