关于大跨度建筑的调研分析

建筑构造（2）调研报告———对于大跨度建筑的调研分析调研内容：结构体系及其构件、节点是处理建筑的空间和造型的最重要元素，结构体系是可变的，具有极大的再造和重构的可能。运用基本构件，才提高结构效能的基础上，按照结构表现的节本方法，可以重构出富有诗意的空间和充满活力的造型。本次调研的目的是通过对五个曾实地参观过的大跨度建筑进行分析，从而加强对于大跨度建筑结构的认识。从而提升未来设计过程中对于结构与形式美结合的能力。调研大跨度建筑：一、2008年奥运会国家体院馆（鸟巢）二、2008年奥运会国家游泳馆（水立方）三、合肥奥体中心综合体育馆四、合肥大剧院五、上海火车站南站一、2008年奥运会国家体院馆（鸟巢）1、基本概况：中国国家体育场位于北京奥林匹克公园中心区南部。西侧为200M宽的中轴线步行绿化广场，东侧为湖边西路龙形水系及湖边东路，北侧为中一路，南侧为南一路，成府路在地下穿过用地。国家体育场作为2008年北京奥运会的主体育场，奥运会期间，国家体育场容纳观众坐席约为91000个，其中临时坐席约11000。体育场主体建筑为南北长333M、东西宽298M的椭圆型，最高处高69M、最低处高40M；中间开口南北长182M、东西宽124M。主体钢结构形成整体的巨型大跨度钢桁架编织式“鸟巢”结构，体育场看台为混凝土碗型结构，两部分在结构体系上脱开。屋顶维护结构为钢结构上覆盖双层膜结构，即固定于钢结构上弦之间的透明的上层ETFE膜，和固定于钢结构下弦之下及内环侧壁的半透明的下层PTFE声学吊顶。2、建筑结构分析：国家体育场大跨度结构是目前世界上跨度最大的体育建筑之一，“鸟巢”的立面和屋顶结构是由一系列辐射式的钢桁架围绕内环开口旋转编织而成，次级结构填充在辐射状的主结构之间。建筑顶面呈鞍形，大跨度屋盖支撑在桁架柱之上。屋盖结构采用交叉平面桁架体系，主桁架围绕屋盖洞口环梁放射形布置，桁架在环梁近截断。由于主桁架与内环相切，其中一些主桁架在平面外微弯，桁架柱与主桁架+立面次结构共同形成抗侧力体系。主场看台部分采用钢筋混凝土框架——剪力墙结构体系，与大跨度钢结构完全脱开，大量采用由钢板焊接而成的箱型构件，构件截面尺寸巨大，存在大量空间扭曲构件，交叉布置的主结构与屋面及立面的次结构一起形成了“鸟巢”的特殊建筑造型。二、2008年奥运会国家游泳馆（水立方）1、基本概况：国家游泳中心又被称为“水立方”（WaterCube），位于北京内，是为2008年修建的主，也是标志性建筑物之一。它的设计方案，是经全球设计竞赛产生的“水的立方”（[H2O]3）方案。其与(俗称)分列于北端的两侧，共同形成相对完整的北京形象。国家游泳中心62950平方米，总建筑面积65000-80000㎡，其中地下部分的建筑面积不少于15000㎡，长宽高分别为177m×177m×30m。赛后将成为多功能的大型水上运动中心，既可以举办大型的国际国内水上比赛，又能为公众提供水上娱乐、运动、休闲和健身服务等。国家游泳中心内具有永久座椅4000个，奥运期间座椅总数为13000个。中心内包括游泳池、跳水池、热身池、嬉水乐园、餐饮、电影院、娱乐、私人俱乐部等。2、建筑结构分析：对于水立方而言，内在的浪漫是靠自由的结构形式和ETFE气泡的外表营造的。Arup的工程师精彩地实现了规则与自由间的关系，非常契合整个建筑的方式。规则是建筑被人接受而且易于建造的保证，自由水立方需要的结果。把一个基本单元体作为一个几何单元，在空间中相互拼合，以每个边线作为钢杆件，形成空间钢框架体系，这就是结构体系的基本规则。如果这种体系没有边界，它将是一种统一单元无限重复的空间格构框架。将这种格构框架在空间上设定一个角度，然后用建筑所要求的各个界面去切割，由于角度的作用，每一个作为结构几何单元的十二面体与界面相切的位置不同，会呈现不同形状的切面。所以在外立面上便得到了一种自然状态的若干多边形形成的图案。国家游泳中心空间结构的形成过程用二维平面来代表三维空间。第一步是构造一个空间钢桁架的单个单元。这个单个单元可在两个方向上重复以形成大面积的空间钢桁架结构。最后一步是把屋顶及墙体周边不需要的杆件清理掉。最后就形成了一个不仅具有高重复性而且具有高效率的空间钢结构桁架。三、合肥奥体中心综合体育馆1、基本概况：安徽合肥体育中心建造在安徽省合肥政务文化新区南部。用地在习友路以南，潜山路以西，是政务文化新区中央绿化带的南端点。该中心占地面积32.63公顷，总建筑面积18.35万㎡，是一个拥有6万坐席主体育场、8000坐席综合体育馆、3000坐席游泳跳水馆、运动中心等得文化体育公园。当中的综合体育馆按甲级体育馆标准设计，能够举办全国性综合比赛和单项国际比赛。比赛场地为70×40M，可满足搭设体操台要求。根据总体布局的调整要求将训练馆结合起来一体布置。考虑赛后的使用便利，训练馆布置在东侧，与比赛场地练习方便，辅助用房与比赛厅集中设置，提高使用效率。体育看台调整为三面布置，分伤心啊3层，观众席位约8000个（含约1170个活动坐席），其中贵宾席80个位于看台中央，记者席60个，位于贵宾席右侧，2层为观众休息和集散厅。除了比赛外，还能充分适应大型文艺演出的需要。2、建筑结构分析合肥综合体育馆最大的造型特点就是空间这面多，从底部平台的基座到上部玻璃和金属幕墙，再到类似F117战机一样的折面屋顶，几乎所有建筑的表面都是由三角面形成的不规则空间面。整个建筑采用了混凝土结构、立体岗结构桁架、局部钢网架等结构形式。在确定屋盖钢结构形式后，采用了鱼骨形态桁架系统。在围护结构的设计中，由于综合体育馆的幕墙体系也是三维形态的，有些幕墙部分也倾斜如屋盖了，因此该设计中幕墙的结构支撑体系也十分重要，采用了钢结构桁架与钢柱相结合的方式，为幕墙提供可靠的结构支撑。通过建立这样一个结构骨骼使建筑的表皮既能反映建筑师的造型需要，又能体现安全与功能。四、合肥大剧院1、基本概况：合肥大剧院位于政务文化新区科技绿轴西侧，西至路，北临东流路，南接，建筑面积60000平方米，主要由歌剧厅、音乐厅、多功能厅等部分组成。合肥大剧院位于人工湖畔,平面为椭圆形,整体为被平行分割成若干片的椭球体,各片端部或弓形落地,或飞檐翘起。总建筑面积约57281㎡,其中,地上约44299㎡,地下约13982㎡。建筑物包含中间一个1600座的主剧场,两边为一个1000座的音乐厅和一个500座的小剧场以及门厅和辅助用房。主剧场台仓深度为13.5m,其余部分一般为地下一层,深度6m,主要为设备用房和车库；上部各层分布有入口大厅、各剧场和化妆间、排练厅、办公室等；屋面为钢结构,呈椭球形覆盖在下部的钢筋混凝土结构上,采用若干片相互平行的拱形桁架,屋面曲线流畅飘逸。2、建筑结构分析：对于合肥大剧院而言，由于剧场观众厅、舞台台仓、小剧场与音乐厅等形成了多个内部空旷的大空腔,成为多处开大洞的复杂平面结构,而且有多处错层,结构的各部分之间联系很弱。为改善抗震性能,采用钢筋混凝土框架-剪力墙结构。框架提供了灵活宽敞的空间布局,剪力墙主要布置在上下贯通的大空间的周围和楼电梯间等处。同时,剪力墙布置考虑了平面结构刚度的均匀性,形成空间刚度相对均匀的结构体。其次，对于屋面结构来讲，椭球形屋面长轴约178m,短轴约145m,沿长轴方向划分为相互平行的长条形片状。各条块之间有高差相互错开,互相基本没有联系,因此其结构布置相互独立,竖向构件和支撑系统各自完善。前区和剧场上方跨度较大,采用平面钢桁架,桁架沿长条状屋面的长向布置,沿垂直方向另设置桁架形成平面稳定体系。屋面构件均铰支于混凝土柱上,形成排架结构,由于屋顶高低起伏,下部混凝土楼面也高低各不同。因此,排架柱长短各不相同,刚度也各不相同。长条形屋面双向刚度相差很大,柱高也较小,利用排架柱自身即可提供足够的侧向刚度。五、上海火车站南站1、基本概况：铁路上海南站位于西南部，距徐家汇城市副中心约5公里。南站屋和车站南北广场占地60公顷，东起柳州路，西至桂林南路，北靠，南抵龙吴路。南站主站屋设计为巨大圆形钢结构，高47米，圆顶直径200多米，总面积5万多平方米。建筑整体结构，气势磅礴。南来北往的可从主体的架空部分穿行而过，意寓"车轮滚滚，与时俱进"。主站屋为南北贯通、低出、高架候车。大致分为三层：中层与地面同高，为站台层，设有13条铁轨和6个上站台，另有通道与南北广场相连，还设有贵宾候车室、车站公安派出所等；上层为出发层，设有周长为800米的高架环形出发平台、可同时容纳一万余人候车的大空间候车区、检票通道等；下层为到达层，设有旅客出站地道、南北地下换乘大厅、一号线、三号线、即将建设的轻轨L1线、部分长途和专线等，在站内实现。南站南北广场平面设计为园林绿地和旅游集散地，南北广场地下设计二层商铺、道路和仃车场，总建筑面积为12万平方米。2、建筑结构分析：在上海火车站南站的结构表现方式上，把握钢结构与混凝土构件的形态表达并赋予美感，充分展现上海南站建筑的结构表现力。屋面采用大跨度钢结构。结构体系采用内外两圈柱子及中心内压环支撑起圆形屋盖的形式，最大跨度为152M，最大悬挑长度为24M；在上海南站中，建筑师选用了屋面透明材料，无论是在室内还是室外，均能显现出南站钢结构优美的断面轮廓、拉索体系；在屋面构造的配合下，结构骨架与建筑表皮完美结合，充分展示出与众不同的结构美感。结构构件方面，主梁为两次分岔的Y形，在各主梁之间布置交叉的拉索，此外，柱子与主梁采用叉形支座连接，连接支座采用钢件，形态新颖独特。六、结束语通过对五个不同类型的大跨度建筑进行调研之后，我觉得在今后的设计过程当中应当多注意建筑结构的设计。一个完整并且优秀的建筑设计不仅需要合理的功能，引人注目的形式，而且还需要一个能支撑住整个建筑的结构形式。在平日的建筑设计过程中，指导老师会讲一些关于结构的知识，然而我们并没有太注重这些，我们脑子里装的就似乎空间和形式。只会去想塑造一个丰富多变的空间和炫目的形式。然而在传统的概念下对传统的建筑结构重新认识和思考，是建筑形式、建筑空间、结构构件的再造与重构的融合。技术非但不会束缚创作，反而提供了总要的创作源泉和灵感。以上的五个大跨度建筑中，结构的形式并不会使得参观者感觉钢铁的冰冷，相反的，充满韵律的钢结构构件的巧妙处理使得钢结构下的大跨度建筑显得美感十足。对于结构的巧妙运用，不得不提到的建筑师就是卡拉特拉瓦，他的作品中注重自由的流动、组织构成的形式及结构自身的