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    三圈立柱變一圈,結構優化過程探析

    三圈立柱變一圈,結構優化過程探析

    打印 0條評論來源:泰大創新

    為了提升南昌旭輝中心項目建筑空間的通透性和美觀性,結構設計團隊使用超薄的板桁架作為項目的屋面結構,接著對立柱進行了四輪優化設計,滿足了建筑師的設計要求,為類似項目的設計與實施提供了有益的借鑒與啟示。


    南昌旭輝中心項目(圖1所示)是旭輝集團在江西南昌經開區的一個綜合體項目,其展示中心面積約2251㎡,為兩層的展示建筑。本文為大家分享立柱數量優化的過程。


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    圖1(a) 南昌旭輝中心項目日景圖


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    圖1(b) 南昌旭輝中心項目夜景圖


    在南昌旭輝中心項目的設計中,屋面方案成為建筑師關注的焦點。屋面為48米直徑的圓形,建筑師希望能在確保結構安全的前提下做到極薄的效果。若采用常規“徑向梁+環向梁”的網格結構方案,則屋面不論是采用鋁板、矮立邊鋁鎂錳板或者是鈦鋅板,都會存在屋面構造厚度過大的問題,僅“吊頂+屋面保溫防水”的建筑構造厚度就達到約400mm,且板與板之間會形成較多的“縫”或者“肋”,嚴重影響美觀。為優化屋面結構,旭輝集團將上部鋼結構單獨委托泰大創新(都市設計鋼結構所)進行結構設計。結構工程師決定使用板桁架(圖2所示)作為旭輝中心項目的屋面結構。


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    圖2 板桁架結構


    板桁架是泰大創新專門針對于大跨度屋面研發的創新結構體系。通過在兩塊平行鋼板中間焊接W型腹板,板桁架形成了整體雙向傳力結構系統,使得結構的受力性能良好。板桁架的圍護鋼板參與受力,進一步增強了結構的承載性能。同時,板桁架也能做到極薄的視覺效果。通過機加工等多種技術,板桁架保證了面層的平整美觀,無需另做鋁板裝飾,從而節省了雙面200mm左右的裝飾層厚度。相較于傳統鋼結構+上下鋁板包覆的屋面設計方案,板桁架結構顯然更具有明顯的技術優勢。


    基于板桁架的上述優勢,結構設計團隊對建筑結構的立柱也進行了一系列創新性的優化方案。經過四輪優化,立柱結構得以不斷完善,實現了空間的最大化利用與美學效果的完美結合,分別如圖3~圖7所示。


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    圖3 項目最初設計方案


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    圖4 第一輪優化圖


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    圖5 第二輪優化圖


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    圖6 第三輪優化圖


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    圖7 第四輪優化圖


    首先,在第一輪優化中,結構設計師取消了玻璃幕墻處的外圈立柱,最大屋面懸挑長度達到了14.5m,這一舉措使得室內主要空間往外觀看時沒有任何結構遮擋,空間更加通透,營造出開闊明亮的氛圍,如圖8所示。


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    圖8 外圈立柱去除后的視覺效果


    第二輪優化中,基于板桁架強大的整體面外剛度,外圈柱子去除后,內圈立柱作為與外圈立柱平衡的立柱,也沒有了存在的意義。因此,結構設計師們去除了內圈立柱,使整個屋面的重量和側向力均由一圈立柱來獨立承擔,為結構內部的活動空間增添了更多的靈活性與開放性,使得整個建筑更具現代感與實用性,如圖9所示。


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    圖9 內圈立柱去除后的視覺效果


    在進行兩輪優化之后,內裝設計師提出了新的要求,希望沙盤周圍空間不要有立柱影響參觀流線。因此結構設計團隊又針對性地抽掉了影響沙盤周圍的一根立柱,使空間動線更加順暢。取消沙盤附近的立柱后,屋面最大懸挑長度超過16.5m。而且更為重要的是,沙盤處為屋面懸挑最大處,拿掉這根立柱后,相鄰的兩顆立柱承受了遠超其它立柱的豎向荷載,這一點結構工程師通過局部加強等特別處理解決了所有立柱尺寸統一的問題。同時需要保證屋面懸挑超過16m時屋面的豎向變形不會壓壞玻璃也是結構設計的難點。還好板桁架結構的強大豎向剛度使得屋面只有很小的豎向變形發生。


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    圖10 沙盤附近立柱去除后的視覺效果


    最終一輪優化中,結構設計師對地震力和風荷載進行了計算,并采用了一些方法減少立柱的彎矩,最終將原先直徑為400毫米的立柱優化為直徑為200毫米,減少了結構對空間的干擾,提升了建筑的整體美感與精致度,如圖11所示。


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    圖11 超細的結構立柱


    超薄的板桁架屋面結構結合極少的纖細立柱,不僅使得南昌旭輝中心項目更加美觀,同時也為項目的功能性與實用性帶來了全新的提升。由于展示區的緊張工期,最終項目在3個月內完美呈現。能夠協助建筑師實現良好的建筑效果,作為結構工程師我們也感覺到了結構設計價值的存在。


    技術服務:復雜結構設計 / 鋼結構優化 / 鋼結構加固設計 / 海外結構設計 / 裝配式結構設計 / 技術賦能&專利授權


    創新部品:超薄板桁架 / PH免撐板 / PH超級次梁 / 至捷梯 / 超級框架 / 預制基礎 / PHW至潔墻 / TD-LOFT超薄夾層 / 民房四件套 / 至強UHPC


    結構體系:智屋 / 智舍 / 智辦 / 智寓 / 智居 / 智庫 / 智教 / 智館


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    [責任編輯:Susan]

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