關于大跨度建筑的調研分析

建筑構造（2）調研報告———對于大跨度建筑的調研分析調研內容：結構體系及其構件、節(jié)點是處理建筑的空間和造型的最重要元素，結構體系是可變的，具有極大的再造和重構的可能。運用基本構件，才提高結構效能的基礎上，按照結構表現的節(jié)本方法，可以重構出富有詩意的空間和充滿活力的造型。本次調研的目的是通過對五個曾實地參觀過的大跨度建筑進行分析，從而加強對于大跨度建筑結構的認識。從而提升未來設計過程中對于結構與形式美結合的能力。調研大跨度建筑：一、2008年奧運會國家體院館（鳥巢）二、2008年奧運會國家游泳館（水立方）三、合肥奧體中心綜合體育館四、合肥大劇院五、上?；疖囌灸险疽弧?008年奧運會國家體院館（鳥巢）1、基本概況：中國國家體育場位于北京奧林匹克公園中心區(qū)南部。西側為200M寬的中軸線步行綠化廣場，東側為湖邊西路龍形水系及湖邊東路，北側為中一路，南側為南一路，成府路在地下穿過用地。國家體育場作為2008年北京奧運會的主體育場，奧運會期間，國家體育場容納觀眾坐席約為91000個，其中臨時坐席約11000。體育場主體建筑為南北長333M、東西寬298M的橢圓型，最高處高69M、最低處高40M；中間開口南北長182M、東西寬124M。主體鋼結構形成整體的巨型大跨度鋼桁架編織式“鳥巢”結構，體育場看臺為混凝土碗型結構，兩部分在結構體系上脫開。屋頂維護結構為鋼結構上覆蓋雙層膜結構，即固定于鋼結構上弦之間的透明的上層ETFE膜，和固定于鋼結構下弦之下及內環(huán)側壁的半透明的下層PTFE聲學吊頂。2、建筑結構分析：國家體育場大跨度結構是目前世界上跨度最大的體育建筑之一，“鳥巢”的立面和屋頂結構是由一系列輻射式的鋼桁架圍繞內環(huán)開口旋轉編織而成，次級結構填充在輻射狀的主結構之間。建筑頂面呈鞍形，大跨度屋蓋支撐在桁架柱之上。屋蓋結構采用交叉平面桁架體系，主桁架圍繞屋蓋洞口環(huán)梁放射形布置，桁架在環(huán)梁近截斷。由于主桁架與內環(huán)相切，其中一些主桁架在平面外微彎，桁架柱與主桁架+立面次結構共同形成抗側力體系。主場看臺部分采用鋼筋混凝土框架——剪力墻結構體系，與大跨度鋼結構完全脫開，大量采用由鋼板焊接而成的箱型構件，構件截面尺寸巨大，存在大量空間扭曲構件，交叉布置的主結構與屋面及立面的次結構一起形成了“鳥巢”的特殊建筑造型。二、2008年奧運會國家游泳館（水立方）1、基本概況：國家游泳中心又被稱為“水立方”（WaterCube），位于北京內，是為2008年修建的主，也是標志性建筑物之一。它的設計方案，是經全球設計競賽產生的“水的立方”（[H2O]3）方案。其與(俗稱)分列于北端的兩側，共同形成相對完整的北京形象。國家游泳中心62950平方米，總建筑面積65000-80000㎡，其中地下部分的建筑面積不少于15000㎡，長寬高分別為177m×177m×30m。賽后將成為多功能的大型水上運動中心，既可以舉辦大型的國際國內水上比賽，又能為公眾提供水上娛樂、運動、休閑和健身服務等。國家游泳中心內具有永久座椅4000個，奧運期間座椅總數為13000個。中心內包括游泳池、跳水池、熱身池、嬉水樂園、餐飲、電影院、娛樂、私人俱樂部等。2、建筑結構分析：對于水立方而言，內在的浪漫是靠自由的結構形式和ETFE氣泡的外表營造的。Arup的工程師精彩地實現了規(guī)則與自由間的關系，非常契合整個建筑的方式。規(guī)則是建筑被人接受而且易于建造的保證，自由水立方需要的結果。把一個基本單元體作為一個幾何單元，在空間中相互拼合，以每個邊線作為鋼桿件，形成空間鋼框架體系，這就是結構體系的基本規(guī)則。如果這種體系沒有邊界，它將是一種統(tǒng)一單元無限重復的空間格構框架。將這種格構框架在空間上設定一個角度，然后用建筑所要求的各個界面去切割，由于角度的作用，每一個作為結構幾何單元的十二面體與界面相切的位置不同，會呈現不同形狀的切面。所以在外立面上便得到了一種自然狀態(tài)的若干多邊形形成的圖案。國家游泳中心空間結構的形成過程用二維平面來代表三維空間。第一步是構造一個空間鋼桁架的單個單元。這個單個單元可在兩個方向上重復以形成大面積的空間鋼桁架結構。最后一步是把屋頂及墻體周邊不需要的桿件清理掉。最后就形成了一個不僅具有高重復性而且具有高效率的空間鋼結構桁架。三、合肥奧體中心綜合體育館1、基本概況：安徽合肥體育中心建造在安徽省合肥政務文化新區(qū)南部。用地在習友路以南，潛山路以西，是政務文化新區(qū)中央綠化帶的南端點。該中心占地面積32.63公頃，總建筑面積18.35萬㎡，是一個擁有6萬坐席主體育場、8000坐席綜合體育館、3000坐席游泳跳水館、運動中心等得文化體育公園。當中的綜合體育館按甲級體育館標準設計，能夠舉辦全國性綜合比賽和單項國際比賽。比賽場地為70×40M，可滿足搭設體操臺要求。根據總體布局的調整要求將訓練館結合起來一體布置?？紤]賽后的使用便利，訓練館布置在東側，與比賽場地練習方便，輔助用房與比賽廳集中設置，提高使用效率。體育看臺調整為三面布置，分傷心啊3層，觀眾席位約8000個（含約1170個活動坐席），其中貴賓席80個位于看臺中央，記者席60個，位于貴賓席右側，2層為觀眾休息和集散廳。除了比賽外，還能充分適應大型文藝演出的需要。2、建筑結構分析合肥綜合體育館最大的造型特點就是空間這面多，從底部平臺的基座到上部玻璃和金屬幕墻，再到類似F117戰(zhàn)機一樣的折面屋頂，幾乎所有建筑的表面都是由三角面形成的不規(guī)則空間面。整個建筑采用了混凝土結構、立體崗結構桁架、局部鋼網架等結構形式。在確定屋蓋鋼結構形式后，采用了魚骨形態(tài)桁架系統(tǒng)。在圍護結構的設計中，由于綜合體育館的幕墻體系也是三維形態(tài)的，有些幕墻部分也傾斜如屋蓋了，因此該設計中幕墻的結構支撐體系也十分重要，采用了鋼結構桁架與鋼柱相結合的方式，為幕墻提供可靠的結構支撐。通過建立這樣一個結構骨骼使建筑的表皮既能反映建筑師的造型需要，又能體現安全與功能。四、合肥大劇院1、基本概況：合肥大劇院位于政務文化新區(qū)科技綠軸西側，西至路，北臨東流路，南接，建筑面積60000平方米，主要由歌劇廳、音樂廳、多功能廳等部分組成。合肥大劇院位于人工湖畔,平面為橢圓形,整體為被平行分割成若干片的橢球體,各片端部或弓形落地,或飛檐翹起?？偨ㄖ娣e約57281㎡,其中,地上約44299㎡,地下約13982㎡。建筑物包含中間一個1600座的主劇場,兩邊為一個1000座的音樂廳和一個500座的小劇場以及門廳和輔助用房。主劇場臺倉深度為13.5m,其余部分一般為地下一層,深度6m,主要為設備用房和車庫；上部各層分布有入口大廳、各劇場和化妝間、排練廳、辦公室等；屋面為鋼結構,呈橢球形覆蓋在下部的鋼筋混凝土結構上,采用若干片相互平行的拱形桁架,屋面曲線流暢飄逸。2、建筑結構分析：對于合肥大劇院而言，由于劇場觀眾廳、舞臺臺倉、小劇場與音樂廳等形成了多個內部空曠的大空腔,成為多處開大洞的復雜平面結構,而且有多處錯層,結構的各部分之間聯系很弱。為改善抗震性能,采用鋼筋混凝土框架-剪力墻結構。框架提供了靈活寬敞的空間布局,剪力墻主要布置在上下貫通的大空間的周圍和樓電梯間等處。同時,剪力墻布置考慮了平面結構剛度的均勻性,形成空間剛度相對均勻的結構體。其次，對于屋面結構來講，橢球形屋面長軸約178m,短軸約145m,沿長軸方向劃分為相互平行的長條形片狀。各條塊之間有高差相互錯開,互相基本沒有聯系,因此其結構布置相互獨立,豎向構件和支撐系統(tǒng)各自完善。前區(qū)和劇場上方跨度較大,采用平面鋼桁架,桁架沿長條狀屋面的長向布置,沿垂直方向另設置桁架形成平面穩(wěn)定體系。屋面構件均鉸支于混凝土柱上,形成排架結構,由于屋頂高低起伏,下部混凝土樓面也高低各不同。因此,排架柱長短各不相同,剛度也各不相同。長條形屋面雙向剛度相差很大,柱高也較小,利用排架柱自身即可提供足夠的側向剛度。五、上海火車站南站1、基本概況：鐵路上海南站位于西南部，距徐家匯城市副中心約5公里。南站屋和車站南北廣場占地60公頃，東起柳州路，西至桂林南路，北靠，南抵龍吳路。南站主站屋設計為巨大圓形鋼結構，高47米，圓頂直徑200多米，總面積5萬多平方米。建筑整體結構，氣勢磅礴。南來北往的可從主體的架空部分穿行而過，意寓"車輪滾滾，與時俱進"。主站屋為南北貫通、低出、高架候車。大致分為三層：中層與地面同高，為站臺層，設有13條鐵軌和6個上站臺，另有通道與南北廣場相連，還設有貴賓候車室、車站公安派出所等；上層為出發(fā)層，設有周長為800米的高架環(huán)形出發(fā)平臺、可同時容納一萬余人候車的大空間候車區(qū)、檢票通道等；下層為到達層，設有旅客出站地道、南北地下換乘大廳、一號線、三號線、即將建設的輕軌L1線、部分長途和專線等，在站內實現。南站南北廣場平面設計為園林綠地和旅游集散地，南北廣場地下設計二層商鋪、道路和仃車場，總建筑面積為12萬平方米。2、建筑結構分析：在上?；疖囌灸险镜慕Y構表現方式上，把握鋼結構與混凝土構件的形態(tài)表達并賦予美感，充分展現上海南站建筑的結構表現力。屋面采用大跨度鋼結構。結構體系采用內外兩圈柱子及中心內壓環(huán)支撐起圓形屋蓋的形式，最大跨度為152M，最大懸挑長度為24M；在上海南站中，建筑師選用了屋面透明材料，無論是在室內還是室外，均能顯現出南站鋼結構優(yōu)美的斷面輪廓、拉索體系；在屋面構造的配合下，結構骨架與建筑表皮完美結合，充分展示出與眾不同的結構美感。結構構件方面，主梁為兩次分岔的Y形，在各主梁之間布置交叉的拉索，此外，柱子與主梁采用叉形支座連接，連接支座采用鋼件，形態(tài)新穎獨特。六、結束語通過對五個不同類型的大跨度建筑進行調研之后，我覺得在今后的設計過程當中應當多注意建筑結構的設計。一個完整并且優(yōu)秀的建筑設計不僅需要合理的功能，引人注目的形式，而且還需要一個能支撐住整個建筑的結構形式。在平日的建筑設計過程中，指導老師會講一些關于結構的知識，然而我們并沒有太注重這些，我們腦子里裝的就似乎空間和形式。只會去想塑造一個豐富多變的空間和炫目的形式。然而在傳統(tǒng)的概念下對傳統(tǒng)的建筑結構重新認識和思考，是建筑形式、建筑空間、結構構件的再造與重構的融合。技術非但不會束縛創(chuàng)作，反而提供了總要的創(chuàng)作源泉和靈感。以上的五個大跨度建筑中，結構的形式并不會使得參觀者感覺鋼鐵的冰冷，相反的，充滿韻律的鋼結構構件的巧妙處理使得鋼結構下的大跨度建筑顯得美感十足。對于結構的巧妙運用，不得不提到的建筑師就是卡拉特拉瓦，他的作品中注重自由的流動、組織構成的形式及結構自身的