建筑结构丨世界跨度超大悬挑!从马门溪龙曲线到现代悬挑平面桁架

百科   2024-11-12 11:15   北京  

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在人类文明的长河中,恐龙以其神秘而强大的形象,激发了无数的想象与创造。马门溪龙,作为其中的一员,以其磅礴的生命力和优雅的曲线,成为了我们灵感的源泉。


项目由SADI与PC&P联合设计,位于宜宾渝昆高铁宜宾站站前广场,建设方和建筑师希望打造一座标志性建筑。

马门溪龙化石于1952年在宜宾市叙州区赵场街道马鸣溪渡口发现,为纪念被发现70周年,将站前广场换乘中心按“消失物种纪念碑”的理念进行设计,并以“马门溪龙”命名。

△站前广场效果图


马门溪龙的身体曲线,是自然界中力量与优雅的完美体现。结构工程师为实现这一超大悬挑结构(最大悬挑长度56m,与建筑师、业主进行了多轮沟通讨论,确定了安全、简洁、通透的结构设计原则,既要保证结构的安全性,又赋予建筑以动态的美感。


△建筑效果图


结构的上部和两侧由玻璃幕墙包覆,下部结构裸露。结构工程师利用参数化建模,进行了整体结构和局部结构的多方案对比研究,寻求结构受力合理、传力明确、与建筑师意图最契合的结构方案,最终选择平面桁架结构方案,据了解为世界跨度最大的悬挑平面桁架结构。 


(a)网架方案

(b)桁架方案



  △选定的平面桁架方案

通过优化平面线形、落地筒结构布置、桁架造型等最终确定以下结构方案。

△最终结构方案


中部支撑筒体是超大悬挑能否成立的关键。三向布置的斜撑可以有效提升结构的空间刚度和承载力,为了实现径向通透的效果,以整体刚度等效为前提,加大了竖向和环向水平杆件截面,取消了沿环向交叉支撑。

△筒体布置优化对比


结构整体由10榀均匀分布向外展开的落地主桁架、筒体环向桁架、悬挑连续桁架、次桁架和单杆组成。 

△结构体系构成


在材料选择上,根据杆件的重要性和受力特点,选择合适的结构材料,分别采用高强钢、普通钢材和重组竹。其中,钢-重组竹组合桁架为世界上首次采用,弦杆为钢材,腹杆为重组竹。

△组合桁架


本项目为风敏感结构,为探明风荷载对结构的影响,分别进行了物理风洞试验和风工程数值模拟分析;针对节点处多杆件交汇且受力较大的特点,进行了多向多点足尺静力加载试验。

△风洞试验

(a)上弦节点试验

(b)下弦节点试验

△节点试验


本项目悬挑长度大、受力复杂,为了确保安全,采用了多方法、多软件相互校验的分析方法,并进行了风振、屈曲、施工模拟等专项分析。

△结构分析方法及软件


在主体结构和幕墙系统施工阶段,分别采用预起拱和预拉主体结构两种预变形措施,划区分步施工,有效解决施工完成后建筑位形与设计位形误差太大、幕墙龙骨因主体结构变形而附加受力较大的问题及幕墙因大变形增加的爆裂风险。

△主体结构施工预起拱

△幕墙预拉措施示意图


目前,该项目的主体结构已经完工,幕墙龙骨部分的安装已顺利完成。

△主体完工效果


如今,它矗立在城市天际中,不仅是对古老生物的致敬,更是结构设计的一次创新尝试。


结构,为这些曲线赋予了新的生命,也将为城市创造一个关于力量、优雅和创新的现代传说。

来源:SADI复杂结构团队


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