In het Olympische Sportpaleis, dat de naam 'St. Jordi’ heeft meegekregen, is een sportarena ontworpen van 52 X 97 m2, waarin tijdens de Olympische Spelen van 1992 alle gymnastiekcompetities en alle finales van basketbal en volleybal zullen plaatsvinden. In het voorjaar van 1989 is de officiële opening, gelijktijdig met de wereldkampioenschappen atletiek, die op dat moment in het nabijgelegen en ingrijpend verbouwde Olympisch Stadion van Montjuïc zullen plaatsvinden. De bouw van het nieuwe sportpaleis was al gepland vóór dat bekend werd dat de Spelen van 1992 in Barcelona zouden worden gehouden. Het ontwerp van Isozaki is voortgekomen uit een internationale competitie.
Het sportpaleis heeft een zachtglooiende buitenvormgeving, passend in het heuvellandschap van Montjuïc. Vooral het lage dak rondom heeft een aangenaam golvende buitenrand en brengt het sportpaleis in harmonie met zijn omgeving. Isozaki kiest voor de buitenhuid de kleur grijs en geeft de voorkeur aan een as; metrische vormgeving.
Het dak van het hoofdpaviljoen
Het definitieve ontwerp van de overkapping is asymmetrisch in langsrichting en symmetrisch in dwarsrichting. Het dak kan worden onderverdeeld in het hoogste dak, het tussendak en het laagste dak. Het hoogste dak gaat continu over in het tussendak, slechts gescheiden door een lichtstraat. Samen vormen zij de grote overkapping. De draagconstructie van de overkapping is een koepel van een tweelaags ruimtevakwerk. Rondom het tussendak is er in een conoïdevorm het laagste dak met een golvende buitendakrand. Dit dak wordt gedragen door stalen raatliggers.
Op het ruimtevakwerk van de grote overkapping worden stalen gordingen HNP 140 aangebracht, die door afstandhouders boven de knooppunten van het ruimtevakwerk worden ondersteund. Op deze gordingen is de dakhuid bevestigd. De buitenste dakhuidlaag voor het bovenste dak bestaat uit zinkplaten, terwijl hiervoor op het tussen- en laagste dak voor dakpannen is gekozen.
De grote overkapping
De grote overkapping heeft afmetingen met als grootste lengten in langs- en dwarsrichting 1 2 8 X 106 m. De maximale vrije hoogte er van tot het sportveld is 4 5 meter. De grote overkapping is een koepel met een hoogte van 21 meter tot zijn grondvlak.
Door de gestroomlijnde koepelvorm blijven de windbelastingen op de grote overkapping beperkt. Tevens heeft de koepelvorm de eigenschap van een gunstige continue belastingafdracht. Door van bovengenoemde eigenschappen van de koepelvorm te profiteren en bovendien de koepel als een ruimtevakwerk uit te voeren is een overkapping verkregen met een zeer laag staalgewicht in verhouding tot zijn overspanningen ( 0.74 kN /m 2 grondvlak).
Pantadome
Arata Isozaki’s naaste medewerker, leidinggevend ingenieur en verantwoordelijk voor de berekeningen van het ruimtevakwerk, professor Mamuro Kawaguchi, is tevens de uitvinder van het ingenieuze systeem Pantadome voor het oprichten van koepels. Het zijn de voordelen van Pantadome tijdens de bouwfase, die Arata Isozaki hebben doen besluiten zijn grote overkapping te ontwerpen met toepassing van dit systeem. De overkapping bestaat uit zeventien ruimtevakwerkdelen die onderling, langs enkele randen, scharnierend zijn verbonden. Eén deel vormt de draagconstructie van het bovenste dak. Dit is rondom verbonden met zestien (gekromde) trapeziumvormige delen, die te zamen het dragend element van het tussendak vormen.
De buitenrand van deze tussendakgedeelten rust op portalen of, nabij de hoeken, op pendelstaven die kunnen kantelen en daardoor tijdens het oprichten van de overkapping de verplaatsingen van de dakrand volgen.
De uitvoering volgens het systeem Pantadome vindt in drie fasen plaats. In de eerste fase wordt het ruimtevakwerk en een groot deel van de afbouw vlak boven de grond gemonteerd. De tweede fase betreft het oprichten van de grote overkapping (966 ton!) met behulp van 12 drukvijzels, waarbij de onderling scharnierend verbonden elementen, zijnde het bovendak, de tussendakdelen en de ondersteunende portalen, de bewegingen van dit mechanisme volgen. Het opvijzelen, dat volgens de planning in de zomer van 1988 plaatsvindt, zal twee weken in beslag nemen. Via de Spaanse en de Japanse televisie zal deze bijzondere gebeurtenis worden uitgezonden.
In de eindtoestand (de derde fase) wordt in de buitenrand van het tussendak een buis met een diameter van 406 mm doorgekoppeld, waardoor de overkapping wordt gefixeerd. Tevens worden in deze fase de tussendakdelen onderling verbonden met aanvullende ruimtevakwerkstaven, waarna het tussendak een homogeen tweelaags ruimtevakwerk is. Drie voordelen die Mamoru Kawaguchi bij het op deze wijze toepassen van het systeem Pantadome ten opzichte van gebruikelijke bouwmethoden van koepels voor ogen heeft zijn:
— Doordat het ruimtevakwerk vlak boven de grond wordt gemonteerd is het risico tijdens de montage sterk verminderd.
— Door het van binnenuit opvijzelen van het dak is een zeer effectieve manier verkregen om de overkapping omhoog te brengen: de drukkrachten van de vijzels zijn centrisch gericht in tegenstelling tot die van hijskranen, die buiten het bouwwerk geplaatst, gigantische momenten moeten weerstaan.
— Er zijn in de bouwfase weinig hulpconstructies nodig, in tegenstelling tot bijvoorbeeld de bouwmethode van een koepel uitgevoerd als een schaaldak in gewapend beton.
Het ruimtevakwerk
Het ruimtevakwerk wordt vervaardigd in een gepatenteerd systeem van het bedrijf Orona Sociedad Cop. Ltda. in San Sebastian. De verbinding bij dit systeem tussen het conische uiteinde van een staaf en een bolvormig knooppunt wordt gevormd door een enkele verjongde bout, die in een getapt gat van het knooppunt wordt gedraaid. Het tot stand brengen van deze verbinding kan als volgt worden omschreven. Op het dikke gedeelte van de bout worden een dikke en een dunne moer tegen elkaar in vastgedraaid, waardoor de moeren en de bout één geheel vormen. Het dunne gedeelte van de bout wordt in het knooppunt gedraaid, door de dikke moer aan te draaien. Doordat de draad van het dikke en het dunne gedeelte van de bout tegengesteld zijn, wordt voorkomen dat bij het indraaien van de bout de moeren los gaan. Afhankelijk van de indraaidiepte van de bout in het knooppuntgat kan de afstand tussen twee knooppunten nauwkeurig worden afgesteld waardoor tolerantie-afwijkingen van de staaflengten kunnen worden opgevangen. De moeren worden onderling gelost, waarna de dunne moer tegen het buseinde wordt gedraaid. Het eventueel losdraaien van de bout uit het knooppunt wordt zo voorkomen. Deze dunne moer wordt met de dikke moer geborgd.
Dit ruimtevakwerksysteem heeft een duidelijke verwantschap met het MERO-systeem, waarbij de buiseind-knooppuntverbinding ook door één enkele bout tot stand wordt gebracht. Doordat de staven op een bolvormig knooppunt aansluiten is er zelfs een grotere vrijheid in de richtingkeuze van de aansluitende staven. Het is duidelijk dat de montage van het systeem, zoals hierboven omschreven, bewerkelijker is dan het MERO-systeem waarbij met één aandraaihandeling van de bout kan worden volstaan.
De uitvoering van het ruimtevakwerk vindt plaats door Orona Sociedad Cop. Ltda. en de Spaanse bouwgigant Dragados y Construcciones SA , die eerder samen de overkapping van de beurshal 'Feria Iberoamericana’ in Sevilla hebben uitgevoerd.
Het tweelagige ruimtevakwerk met 2.6 meter afstand tussen de lagen, bestaat uit cilindervormige buizen met diameters van 76 tot 267 mm en bolvormige knooppunten met diameters van 110 tot 300mm. In de buitenrand van het bovendakruimtevakwerk is er een verzwaarde ring, die gevormd wordt door een buis met een diameter van 457 mm. In de bovenste en onderste rand van het tussendak zijn ook verzwaarde ringen aangebracht met buisdiameters van respectievelijk 508 en 406 mm. Opgemerkt kan worden dat de onderste ring weerstand moet bieden aan een groot deel van de spatkrachten die ontstaan na het wegnemen van de drukvijzels. De verbindingen tussen de tot ringen doorgekoppelde buizen en alle staven die erop aansluiten zijn lasverbindingen.
Daglicht en ventilatie
In het bovenste dak komen cirkelvormige daklichten, die worden afgedekt door dubbele lichtkoepels van transparant polycarbonaat met een diameter van 1.9 m. In het overstek van de lichtkoepels komt een niet afsluitbare opening voor permanente ventilatie. Om de ventilatie via deze openingen te kunnen vergroten worden in enkele daklichtopeningen ventilatoren geplaatst.
Op de overgang bovendak-tussendak en op de hoeken van het tussendak komen lichtstraten. Het dakmateriaal is hier transparant polycarbonaat kanaalplaat met een dikte van 16 mm. Om een toetreding van alleen diffuus licht te bewerkstelligen worden er onder deze lichtstraten jaloezieën met metalen lamellen aangebracht. In de buitenrand van het tussendak en de overgang bovendak-tussendak komen roosters voor toetreding van ventilatielucht.
Het binnenklimaat
Een systeem voor het bewerkstelligen van een behaaglijk binnenklimaat heeft Isozaki ontwikkeld in samenwerking met Dr. Ojima, verbonden aan de universiteit van Tokyo. In het ontworpen systeem is er vooral gebruik gemaakt van natuurlijke ventilatie. Als het waait zijn de luchtdrukverschillen aan loef- en leizijde van het dak de stuwende factor voor de toetreding van voldoende verse ventilatielucht via roosters in de dakranden van het bovenste en het tussendak. Door vier turboventilatoren in de hoeken van het sportpaleis èn ventilatoren in enkele daklichtopeningen wordt bereikt dat ook in tijdenvan windstil weer luchtdrukverschillen tussen binnen en buiten ontstaan, die de noodzakelijke ventilatie verzekeren. Op warme zomer dagen kan aanvullend, door de wind of door de turboventilatoren, de lucht van de binnenruimte in beweging worden gebracht, waardoor de behaaglijkheid van het binnenklimaat wordt verhoogd. Er wordt verwacht dat bij de ontworpen isolatie, accumulatie en ventilatie van het sportpaleis bij benadering temperaturen tussen 15 °C en 2 5 °C zullen voorkomen. Omdat de behaaglijkheid verbeterd kan worden door het in beweging brengen van de binnenlucht kunnen, bij dergelijke temperaturen, dure installaties voor het koelen achterwege blijven. Er wordt een voldoende behaaglijk binnenklimaat gerealiseerd, waarbij de kosten tijdens het gebruik vrijwel nihil zijn.
Dakpannen op ruimtevakwerk
Men kan zich afvragen wat van Isozaki de overwegingen zijn geweest om dakpannen en zink voor het dak toe te passen. Deze materialen zijn immers van een heel andere orde dan het ruimtevakwerksysteem. Ligt het niet méér voor de hand een materiaal te kiezen dat technologisch overeenstemt met dat van de draagconstructies? Voor de ontwikkeling van de vorm van het ruimtevakwerk was een geavanceerde technologie vereist, niet alleen voor de berekeningen, maar ook voor de prefabricage en de montage. Evenwicht tussen technologie en ontwerp heeft geleid tot de hier beschreven oplossing.
In tegenstelling hiermee zijn de keuzes met betrekking tot de afbouw. Andere aspecten hebben hier prioriteit verkregen boven de technologie, zoals het onderhoud, de duurzaamheid en de mogelijkheid van eenvoudige reparaties. Het oorspronkelijke idee van Isozaki was het dak van het hoofdpaviljoen een uiterlijk te geven, dat herinnert aan de Japanse dakpan ’Jyoshu Gawara’ van klei met metallicgrijs als grondkleur. In een later stadium is gekozen voor een dakpan, die meer in overeenstemming is met de lokaal in Catalonië toegepaste dakpannen.
In een voorstudie zijn de Arabische dakpan, de platte dakpan en de Romaanse dakpan op hun toepassingsmogelijkheid geanalyseerd. Bij deze dakpannen deden zich problemen voor bij het zoeken naar detailoplossingen in de overgangen van de verschillende dakgedeelten. Het moeilijk afkorten van deze pantypen zou leiden tot een aanzienlijk breukverlies-percentage. Ook waren er bedenkingen wat betreft de waterdichtheid van deze buitenste dakhuidlaag.
Uiteindelijk is een nieuw type dakpan ontwikkeld met als grootste afmetingen 3 2 X 1 g cm2, met een ronde onderrand en twee inkepingen aan de bovenkant om het gewicht te verminderen. Het toegepaste materiaal is grès met een waterabsorbatiegraad kleiner dan 6%. Door het opbrengen van onder andere aluminiumhoudende stoffen voor het bakken wordt een dakpan met een grondkleur metallic-grijs verkregen, in overeenstemming met de gedachten van Isozaki.
Een waterkerende laag van geschuimd poly-etyleen op het houten dakbeschot verzekert de waterdichtheid bij eventuele waterdoorlating van de dakpannenlaag, in het geval van bijzondere weersomstandigheden.
