1、 大跨度建筑設(shè)計分析拱結(jié)構(gòu) 拱結(jié)構(gòu)是一種受力極為合理的形態(tài)作用結(jié)構(gòu)形式。與彎剪結(jié)構(gòu)體系相比，拱結(jié)構(gòu)具有跨度大、承載力高、截面薄、變形小的優(yōu)點，因此應(yīng)用在建筑中，節(jié)省了更多的建筑材料。自古以來，拱承載著建筑與結(jié)構(gòu)的雙重角色。拱結(jié)構(gòu)的類型a 材料 磚石砌體拱結(jié)構(gòu)，鋼筋混凝土拱結(jié)構(gòu)，鋼拱結(jié)構(gòu)，膠合木拱結(jié)構(gòu)。b 結(jié)構(gòu)組成和支撐方式 三鉸拱，兩鉸拱，無鉸拱，無拉桿拱和有拉桿拱。c 拱的形式 半圓拱，拋物線拱。d 拱身截面 實腹拱，格構(gòu)拱，等截面和變截面等類型。受力特點 拱是桿軸線為曲線并且在豎向荷載下會產(chǎn)生水平反力的結(jié)構(gòu)，這種水平反力又稱為推力。拱以支座的水平推力和截面內(nèi)軸向壓力的水平分力所構(gòu)成的力矩平
2、衡結(jié)構(gòu)的整體性彎矩，且在彎矩最大處的跨中，這種平衡力矩也達到最大，從根本上避免了構(gòu)件中產(chǎn)生較大彎矩的可能性。同時，又以截面內(nèi)軸向壓力的豎向分力平衡了結(jié)構(gòu)的整體剪力。由于推力的存在，拱的彎矩要比跨度、荷載相同的梁的彎矩小得多，并且主要承受壓力。拱的優(yōu)點為主要產(chǎn)生壓力，是使構(gòu)件擺脫彎曲變形的一種突破性發(fā)展，它為抗壓性能好的材料提供了一種理想的結(jié)構(gòu)形式。大跨度建筑分析大跨度建筑分析Analysis of Long Span Construction這是一顆璀璨的明珠，蘊含著激昂旋律，流淌著曼妙樂章。這是一顆璀璨的明珠，蘊含著激昂旋律，流淌著曼妙樂章。這里是表演藝術(shù)的殿堂，承載民族文化復興的使命，匯聚
3、世界藝術(shù)交流的碰撞。這里是表演藝術(shù)的殿堂，承載民族文化復興的使命，匯聚世界藝術(shù)交流的碰撞。 中國國家大劇院中國國家大劇院 National Centre for the Performing Arts 建筑概況 主體建筑由外部圍護鋼結(jié)構(gòu)殼體和內(nèi)部2091個坐席的歌劇院(含站席2398)、1859個坐席的音樂廳(含站席2017)、957個坐席的戲劇院(含站席1040)、公共大廳及配套用房組成。外部圍護鋼結(jié)構(gòu)殼體呈半橢球形，平面投影東西方向長軸長度為212.20米，南北方向短軸長度為143.64米，建筑物高度為46.285米，基礎(chǔ)埋深的最深部分達到-32.5米。橢球形屋面主要采用鈦金屬板飾面，中部
4、為漸開式玻璃幕墻。橢球殼體外環(huán)繞人工湖，湖面面積達35500平方米，各種通道和入口都設(shè)在水面下。 國家大劇院高46.68米，比人民大會堂略低3.32米。國家大劇院幾何形式 國家大劇院主體建筑為獨特的超橢球形鋼結(jié)構(gòu)殼體。 殼體是經(jīng)過精確數(shù)字計算得出的系數(shù)為2.24的超級橢球 殼體表面由鈦金屬板和超白透明玻璃共同組成，兩種材質(zhì)的巧妙拼接呈現(xiàn)出唯美的曲線，營造了舞臺帷幕徐徐拉開的視覺效果。國家大劇院主體建筑鋼結(jié)構(gòu)超橢球體殼為一個超大空間殼體，殼體是經(jīng)過精確數(shù)字計算得出的系數(shù)為2.24的超級橢球，它集建筑、材料、設(shè)備等高科技于一身，其外圍護裝飾板面積約36000m2。巨大的殼體是建筑與結(jié)構(gòu)的融合體、墻
5、面與頂面渾然一體沒有界限。整個鋼殼體由頂環(huán)梁、鋼架構(gòu)成骨架，148榀(其中102榀不露明，46榀露明)弧形鋼架呈放射狀分布，鋼架之間由連桿、斜撐連接，殼體鋼架從外觀看似是落在水中，實際上下部是支撐在3m寬2m高的巨大混凝土圈梁上。設(shè)計考慮到方便施工及加工周期問題，殼體鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件盡量標準化，并易于裝配。 國家大劇院主體建筑鋼結(jié)構(gòu)超橢球體殼為一個超大空間殼體，殼體是經(jīng)過精確數(shù)字計算得出的系數(shù)為2.24的超級橢球，它集建筑、材料、設(shè)備等高科技于一身，其外圍護裝飾板面積約36000。巨大的殼體是建筑與結(jié)構(gòu)的融合體、墻面與頂面渾然一體沒有界限。整個鋼殼體由頂環(huán)梁、鋼架構(gòu)成骨架，148榀(其中102榀不露
6、明，46榀露明)弧形鋼架呈放射狀分布，鋼架之間由連桿、斜撐連接，殼體鋼架從外觀看似是落在水中，實際上下部是支撐在3m寬2m高的巨大混凝土圈梁上。設(shè)計考慮到方便施工及加工周期問題，殼體鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件盡量標準化，并易于裝配。主體結(jié)構(gòu) 大劇院建筑屋面呈半橢圓型,由鈦金屬板覆蓋,前后兩側(cè)有兩個類 似三角形的漸開式玻璃幕墻切面,整個建筑漂浮于人造水面之上。 國家大劇院殼體結(jié)構(gòu)呈半橢球型。 由頂環(huán)梁，梁架，斜撐和環(huán)向連系桿件組成。其中頂環(huán)梁呈橢圓形，長軸長約60米，短軸長約38米，由環(huán)形鋼架，箱形梁，以及H型鋼焊接而成。梁架呈中心對稱輻射狀布置。 連桿沿水平環(huán)向布置，上下里外共82道，并采用鑄鋼連接件或套筒連
7、接件連接。2013年12月2日，國家大劇院殼體鋼結(jié)構(gòu)安裝完成網(wǎng)殼結(jié)構(gòu) 網(wǎng)殼是一種與平板網(wǎng)架類似的空間桿件結(jié)構(gòu)，系以桿件為基礎(chǔ)，按照一定規(guī)律組成網(wǎng)格，按殼體結(jié)構(gòu)布置的空間構(gòu)架，它兼具桿系和殼體的性質(zhì)。其傳力特點是通過殼內(nèi)兩個方向的拉力，壓力或剪力逐點傳力。此結(jié)構(gòu)是一種有廣闊發(fā)展空間的空間構(gòu)件。 網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)包括單層網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)，預(yù)應(yīng)力網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)，板錐網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)，單層叉筒網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)。 網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)一般抽象為理想的鉸接或者理想的剛接的桿系結(jié)構(gòu)體系。按照鋼架或桁架進行線性或非線性計算。 大劇院網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)中的一些構(gòu)造節(jié)點細節(jié)殼體材質(zhì)分析 大劇院建筑屋面呈半橢圓型,由鈦金屬板覆蓋,前后兩側(cè)有兩個類 似三角形的漸開式玻璃幕墻切
8、面,整個建筑漂浮于人造水面之上。 大劇院殼體除部分為玻璃幕墻外，其它均為鈦金屬復合板裝飾 總面積約30800m2，每塊尺寸約2000mm800mm4mm的鈦板(0.3mm鈦板+3.4mm氧化鋁+0.3mm不銹鋼)，共使用了20000多塊。鈦金屬板最外層的0.3mm“貼膜”鈦金屬是日本進口的，并對其進行了特殊氧化處理以經(jīng)得起將來的清洗。其特點為化學性質(zhì)穩(wěn)定常態(tài)下不易被氧化、表面金屬光澤極具質(zhì)感、自重輕、強度高、耐腐蝕 鈦金屬板 鈦合金復合裝飾層 鋁錳合金防水板 玻璃纖維保溫層噴涂耐火木質(zhì)纖維吸音層 紅色木吊頂玻璃 玻璃幕墻通過鋁合金梁(轉(zhuǎn)接件)與主鋼架牛腿連接。國家大劇院玻璃幕墻與鋼結(jié)構(gòu)連接與普
9、通幕墻不同，它的轉(zhuǎn)連接是用螺栓連接(一般其他工程為焊接)，轉(zhuǎn)接件本身即為裝飾件，無需再單獨裝飾鋁扣板。建筑師利用金屬網(wǎng)的通透性，使簡單厚重的建筑結(jié)構(gòu)在視覺上形成為多維空間，輕盈簡捷又不失空間的縱深感站在殼體的公共空間內(nèi)，人們可以看到弧形的金屬網(wǎng)從高處垂下，將歌劇院與殼體公共空間分隔開來隱隱透出淡黃色人們可以透過金屬網(wǎng)看到歌劇院環(huán)廊內(nèi)人們活動的場景，若隱若現(xiàn)，朦朧而神秘，激發(fā)人們的好奇、想象和思索。建筑師充分利用了金屬網(wǎng)的特點來提升室內(nèi)的裝飾效果。 金屬網(wǎng)構(gòu)造其縱向采用5根2mm不銹鋼繩索 間距77mm，橫向用3.5mm鋁鍍金色單纖絲桿，間距11mm金屬網(wǎng)透過歌劇院的金屬網(wǎng)看外景 國家大劇院運用
10、設(shè)計符號學理論，對建筑中的造型、色彩、材料進行了巧妙的應(yīng)用。 橄欖廳墻面石材之間磨砂玻璃上的不銹鋼鏡面蘭花草與上部深色蘭花草欄板相互映襯 設(shè)計手法一建筑符號 國家大劇院是世界上最大的劇院擁有世界上最大的穹頂，是世界上最深的建筑，擁有亞洲最大的管風琴。整體簡潔而富有美感，但又不乏活力，仿佛里面有股生命力向外爆發(fā)。堪稱建筑奇觀，同時又彰顯出北京這個古老的城市的現(xiàn)代風貌與活力。城市建筑不再關(guān)乎審美或情感，而是對社會秩序的解釋，建筑也總是超越功能的，是建筑的形式給人們以經(jīng)驗，賦予城市以結(jié)構(gòu)。 通過以上國家大劇院的分析使我們看到了新的材料、新的技術(shù)和新的建筑構(gòu)造方法 為建筑師開辟了更大的創(chuàng)作空間 只有完美的細節(jié)設(shè)計才能成就建筑精品。如果要想提高設(shè)計的品質(zhì)，深入的細節(jié)設(shè)計是必不可少的重要環(huán)節(jié)。結(jié)語
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