【钢结构·技术】编织的树状结构——优雅的铁树银花

发表于 讨论求助 2021-06-22 06:00:15

今天为大家介绍另一种树状的结构。采用网格编织的形式,构成一棵三维立体的“树”。下面选取几个国内外典型的例子给大家介绍。




上海文化广场中庭

(Shanghai Culture Plaza/2011)


上海文化广场位于原卢湾区,占地约5460m2,地下5层,地上3层。地上部分是钢结构双层网架,其内侧由中庭树状结构支承、外侧由周围的斜钢柱支承(兼做幕墙柱),中部则支撑在混凝土剪力墙上。


中庭内有一单层的树状结构,下口直径为6.72m,上口直径为26.8m。采用菱形网格,同时,其径向构件截面亦为菱形,尺寸为800mmx380mm(菱形长x宽)。环向为圆弧形钢管,直径分别为140mm、200mm和800mm。


菱形网格加菱形截面形成的韵律感,给进入剧场的观众带来较强的视觉冲击。


但笔者在现场发现,菱形截面也会带来一些问题。比如加工精度要求高,虽然所有的菱形构件均采用铸钢制作,但实际上近距离观察,还是存在边线平直度不佳的问题,如下方左图所示。

另一方面,菱形截面存在扭转问题,该树状结构的处理方式是构件不扭,所需的扭转角度在节点处一次扭转完成,所以如果仔细观察,接近顶部的节点相交不是很顺畅。如下方右图所示。


因为有近距离观察的机会,所以笔者对文化广场中庭这棵钢树要求可能有点严苛。实际上这棵“铁树”是整个中庭的点睛之笔,吸引了所有进入中庭观众的眼球。另外文化广场的歌舞剧都很不错,推荐大家有机会观看,顺便看看这棵“铁树”。


布鲁克菲尔德广场展示厅

(The Pavilion at Brookfield Place/2013)


布鲁克菲尔德广场展厅位于纽约下城,是布鲁克菲尔德广场的主要入口,每天出入超过3万名顾客和观光游客。新展厅将前门迁移到侧面紧邻街道,取代了与前世界贸易中心相连的、在911事件中被破坏的二层廊道。


展厅面宽33m,进深20m,高16m。两棵网格状的钢结构柱支承着屋面,周围是通透的悬挂式幕墙,从街道上就可以看到展厅内两棵巨大的“铁树”。从展厅往外看出去,可以看到卡拉特拉瓦设计的“大鸟”。


铁树”呈椭圆形,同样采用了富有韵律感的菱形网格。

网格的两个径向分别是内外两层圆管,它们互不相交。18根圆钢管以顺时针方向向上延伸,而同样18根圆钢管以逆时针方向向上延伸。在网格的中部设置4道环形构件,环形构件采用方管,方管正好位于内外两层圆管的中间。三层构件均不共面,这样的设计对节点的处理更有利。



世博轴阳光谷/2010


世博轴是2010年上海世博会五大永久性建筑之一,由大跨度张力索膜结构和六个钢结构阳光谷组成。六个阳光谷提供给索膜结构18个支撑点,将两者结构为一体。阳光谷从顶棚贯通至地下二层,为地下空间引入阳光和新鲜空气,同时将雨水收集至地下雨水渠中,实现对雨水的回收利用。


六个阳光谷形状各异,属于典型的自由曲面单层网壳结构。其网格为三角形,以轴向受力为主。

阳光谷的形态和网格的划分是技术难点。

对于形态创建,以自由曲面控制点坐标为设计变量,以结构应变能最小为目标函数,通过反复迭代,使曲面逐步演化为合理的结构形态。既实现了建筑意图,又保证了结构合理性。


形态确定后,以使每根杆件长度尽可能均匀或三角形尽可能等边为目标,进行网格的整体优化。


同时,空间矩形管的相交也为节点的处理带来了很大的难度。通过合理的定位方式和加工方式,最终得到的效果很不错。


小结

网格的编织是一种极富韵律感的结构表达形式,如果要追溯,那应该可以追溯到奈尔维的小罗马体育馆。


编织的树状结构,就像盛开的铁树银花,给空间带去了不一样的律动。如果以后遇到结构外露的情况,各位读者不妨考虑一下这种结构表达形式



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