贵州金沙建筑设计

项目信息

培植地点：浙江省绍兴市柯桥区培植单位：绍兴金沙旅游发展有限公司设计单位：同济设计集团（建筑设计四院+工程技能研究院）施工单位：上海宝冶集团有限公司构造类型：混凝土框架+巨型钢桁架组合弦支网壳构造最大跨度：山馆160m，水馆228m

贵州金沙建筑设计施工工艺

建筑面积：54.7万㎡

所获名誉：2018中国建筑学会建筑设计奖•构造专业一等奖

中国建筑学会科技进步一等奖上海市建筑学会科技进步二等奖

夜景效果图

鸟瞰效果图

绍兴金沙•东方山水国际商务休闲中央是由上海华昌集团投资、上海宝冶集团施工建造的大型文旅综合体，总建筑面积54.7万平米。

作为浙江省重点工程，本项目由同济设计集团建筑设计四院与工程技能研究院联合设计，项目团队在设计和施工过程中战胜了一系列困难，得到了业内的同等好评，在海内创造了良好的口碑和社会影响，先后得到2018中国建筑学会建筑设计奖•构造专业一等奖、中国建筑学会科技进步一等奖和上海市建筑学会科技进步二等奖等奖项。
本期构思将对个中的山馆和水馆的设计进行先容。

工程概况

项目位于绍兴市柯桥区柯岩街道，个中地上单体场馆总建筑面积9万平方米，包括A、B、C（水馆）、D、E（山馆）、F馆6个独立场馆。

水馆（C馆）为大空间游乐场，总建筑面积约3.2万平米，紧张建筑功能为水上乐园，设置环流河、海浪池等大型水上项目。
山馆（E馆）为室内游乐场，总建筑面积4.2万平方米，设置过山车、跳楼机、单轨电车等游乐项目。

水馆建筑外不雅观为一大体量扁平椭球体，屋盖纵向长度为228m，横向最大宽度为137m，中心最高处标高为30m，全体屋盖落于地下室柱顶即0.000标高处。

水馆尺寸图

山馆（E馆）屋盖形态为一异形椭球体上叠加另一椭球体。
上方屋盖的平面投影为椭圆形，长轴80m，短轴50m，顶最高处标高为52.8m，矢高22m，矢跨比约1/4；下方屋盖的平面投影为一近似鹅蛋形，长轴160m，短轴最宽处110m，矢高32m，矢跨比约1/5。
周边外围的墙面构造下包至8m的混凝土大平台上。

山馆尺寸图

建筑意向

意向照片

实景照片

构造构思

01构造难点与寻衅

1）跨度巨大——水馆壳体平面尺度228mx137m，为海内第一。

2）形态特色——屋盖矢跨比较合理，但中部区域平坦，受弯浸染显著，因此需加强中部区域的竖向抗弯刚度。

3）变形哀求——屋盖中心设大面积的采光玻璃天窗，因玻璃对变形比较敏感，业主和建筑师希望在知足规范挠跨比限定（1/400）的条件下，进一步提高竖向刚度（提高至1/500）。

4）净高哀求——屋盖内部设有较高的娱乐举动步伐，因此屋盖构造厚度应适当掌握，以知足净空哀求。
且应结合马道来支配构造，使室内空间只管即便都雅和谐。

5）造价掌握——业主考虑钢屋盖的造价掌握，希望用钢指标不高于140kg/m2。

6）设计手段——本工程体量跨度巨大，建模事情量大，需采取合理的建模和剖析手段，提高构造方案比选效率。

02初步构思方案

建筑造型的寓意使得构造方案应进行可能通透、简洁；而巨大的跨度与扁平的形态又哀求构造传力高效、合理。
综合考虑后，借鉴巨型构造体系的观点，提出“主骨架+次构造”的构造方案思路，采取径向与环向三管桁架主骨架+环向与径向平面桁架次骨架。

缺陷：次骨架传力路径不明确，平面桁架支配过多，大大影响室内不雅观感。
用钢量大。

03过程构思方案

径向与环向三管桁架主骨架+环向平面桁架次骨架+联方形次网格

室内不雅观感改进，抗扭刚度增加。

缺陷：中心正交桁架影响顶部不雅观感，次桁架依旧不足简洁。

构造体系构思草图

04履行构造方案

径向与环向三管桁架主骨架+中心弦支穹顶+联方形次网格。

优点：将各分体系的优点进行有机组合，构造体系简洁，中心区域弦支穹顶，刚度良好采光效果好，屋盖经济性良好。

通过多轮方案比选，终极采取“巨型钢桁架组合弦支网壳构造”。
这是一种较新颖的组合构造形式，借鉴了巨型构造体系的观点，采取“主骨架+次构造”构造形式，构造体系构成图如下：

主骨架构造由环向桁架和径向桁架组成，个中中心的环形桁环桁架处于屋盖中心，受压巨大，常日须要加强环桁架高下弦杆的截面，提高刚度和承载力，从而与径向主桁架一同构成可单独成立并能承受竖向荷载的主骨架。

在相邻径向主桁架间，支配由环梁和斜支撑构成的联方型单层网壳，作为次构造。
该次构造一方面可独立承担自身区域范围内的竖向荷载和水平荷载，另一方面又可为径向主桁架供应较强的侧向支撑，进而提高构造的整体稳定性，改进内力分布。

将巨型钢桁架构造与其它构造体系稠浊运用，水馆在构造中心扁平区域利用弦支穹顶构造，外部形态浸染较强的部位利用“主骨架+次构造”的壳体构造。
采取创新的组合构造体系可以充分发挥构造的形态效应，使构造的大部分构件为轴心受力构件，在确保构造安全的条件下，最大限度的降落构造材料用量。

将巨型钢桁架构造与其它构造体系稠浊运用，山馆在屋盖中心顶部利用叠合单层网壳，采取创新的组合构造体系可以充分发挥构造的形态效应，使构造的大部分构件为轴心受力构件，在确保构造安全的条件下，最大限度的降落构造材料用量。

水馆、山馆交卸处理

施工过程实景照片

竣工运营实景照片

上文先容了关于山水馆设计理念和构造方案的思考与蜕变，巨大的体量及通透的造型给设计和施工带来了不小的难度，下面我们就来看看关于构造设计和施工技能方面的研究和内容。

构造设计

01静力特性

1）构造变形

屋盖中心弦支穹顶构造上方材料为玻璃，设计时采取的挠跨比限值[1/500]。
屋盖中心节点最大挠跨比1/610，知足限值哀求；径向主桁架最大挠跨比1/610, 知足限值哀求；屋盖相对挠跨比最大值1/670, 知足限值哀求。

2）范例构造单元内力

竖向荷载浸染下，径向主桁架落地处下弦受拉、上弦受压，解释竖向荷载浸染下，径向主桁架呈外扩的趋势。
径向主桁架别的位置下弦受压、上弦受拉，这是由于径向主桁架立面呈拱形，中心部位平缓，承受竖向荷载时在地面向上第五节间附近产生负弯矩，从而使得下弦受压受弯、上弦受拉，再叠加因拱浸染在弦杆中形成的压力，故使下弦的压力远大于其他杆件。

环桁架上弦均受压，这是由于屋盖钢构造整体成椭球型，环桁架位于屋盖顶部，竖向荷载浸染下，呈下挠趋势，承受径向主桁架与屋面单层网壳向内的挤压浸染。

短跨方向环桁架下弦受拉，长跨方向环桁架下弦受压，这是由于环桁架下弦面内只受径向主桁架下弦约束，平面呈椭圆形，在径向主桁架的挤压浸染下，环桁架下弦不会像正圆一样发生均匀压缩，而是长跨方向下弦被向内挤压，短跨方向下弦则承受相对的拉伸浸染。

竖向荷载浸染下，屋盖联方型单层网壳均受压弯，但弯矩很小，解释构造紧张以轴向刚度抵抗外荷载浸染，构造空间传力和壳体浸染明显。

屋面环梁内部两圈受压，向外逐部过渡到受拉，这与径向主桁架以及弦支穹顶构造的变形趋势同等。
内部两圈环梁因处于屋盖中心，承受因弦支穹顶下挠产生的向内的挤压浸染。

竖向荷载浸染下，径向主桁架有外扩的趋势，屋面环梁相应产生外扩趋势，承受拉伸浸染，且越向外拉伸浸染越大，因此，外圈环梁受拉，且拉力越向外越大，起了环箍浸染。

02动力特性

由屋盖钢构造的自振特性可以看出，前三阶均为整体竖向振动，没有涌现旋转振动，解释屋盖构造整体抗扭刚度较好

03温度浸染剖析

1）对变形的影响

温度对屋盖构造的挠度影响较大，构造壳体浸染明显。

升温时构造有向外膨胀的趋势；降温时构造有向内紧缩的趋势，各测点挠度均增大。

2）对构造受力的影响

单独温度浸染下，钢构造杆件应力比超过0.2的杆件数只占10.1%，而应力比小于0.1的杆件数占总数的64.5%，可见绝大部分杆件的应力比受温度浸染的影响较小。

应力频年夜于0.4的杆件为环桁架上弦与中心弦支穹顶环梁，这是由于这部分杆件位于屋盖中心，面内刚度大，所产生的温度内应力大。

3）对支座反力的影响

温度浸染下，长轴方向上弦竖向反力改变值达120%，下弦竖向反力改变值达60%；短轴方向上弦竖向反力改变值达30%，下弦竖向反力改变值达8%。

温度浸染对支座竖向反力的影响十分明显，且对长轴方向主桁架的影响更大。

04中心弦支穹顶研究

1）下部构造单独剖析

上部弦支穹顶构造能够增强下部钢屋盖的竖向刚度，减小构造的竖向挠度，并且对长跨方向杆件的约束浸染要大于对短跨方向杆件的约束。

2）中心弦支穹顶单独剖析

整体模型中A点的相对挠度知足[1/500]的挠度哀求，解释下部构造能够对上部弦支穹顶构造供应足够的竖向弹性支承，且上部弦支穹顶单独模型剖析也是可以成立的，并且刚度较好。

05弹塑性极限承载力剖析

仅考虑构造整体初始毛病时，弹塑性临界荷载因子为3.75；如将单根构件打断，考虑构件层面的初始毛病时，弹塑性临界荷载因子为3.02，表明构造的极限承载力较强。

材料非线性对构造整体极限承载能力起掌握浸染，构造终极是由于较多杆件进入塑性而无法连续承载，属于强度毁坏。
在构造强度毁坏前，构造并未发生整体失落稳和局部失落稳，表明构造稳定性较好。

在荷载因子达到3.1时，荷载-位移曲线涌现了迁移转变点，表明此时由于有一部分关键杆件进入塑性而导致构造的刚度有较大削弱。

构造达到极限因子3.75时，构造中心挠度达1320mm，按短跨打算的挠跨比约为1/90，已远超过正常利用极限状态的限值（1/400）。

1）塑性发展机制

2）活荷载不利支配的影响

半跨活荷载对构造的弹塑性极限承载力影响不大，这是由于构造沿径向支配了主桁架，为主受力构造，单层网壳的稳定并不掌握构造的极限承载力，构造终极还是由于主桁架高下弦大面积进入塑性而损失承载能力。

06索夹节点

索夹是弦支穹顶构造中竖向撑杆、径向钢拉杆及环向拉索的交汇点，是下弦环索将预应力转换为对上部网壳支承力的关键节点。
椭圆形弦支穹顶在受力状态下，斜角部位索夹节点两侧拉索的不平衡力较大，而索夹节点的抗滑性能将直接影响构造承载能力。

通过专项试验研究，椭圆形弦支穹顶在受力状态下，斜角部位索夹节点两侧拉索的不平衡力较大，试验索夹选取最外环斜角部位索夹，节点两侧环索不平衡索力最大值为203kN。
索夹最小抗滑承载力为350kN，大于索夹节点两端最大不平衡力203kN，安全系数为1.75，索夹抗滑移性能知足工程哀求。

1）索夹抗滑移试验研究

实景照片

07支座节点

抗震球形钢支座为巨型钢桁架构造的主要组成部分，它不但影响着巨型钢桁架构造的实际受力性能，而且影响建筑的实际效果。
巨型桁架构造底部与下部混凝土大平台相连，为了减小上部构造对下部构造的弯矩浸染，采取开释弯矩的新型的抗震球形钢支座。

08参数化建模及二次开拓

本项目参数化建模难点在于椭球面的巨型钢桁架构造。
其几何形状决和稠浊构造的特点使得构造构成繁芜，难以通过传统办法建立大量可供研究的模型。

设计中利用APDL编程措辞和Grasshopper、GC等新型可视化参数设计平台对构造进行基于程序逻辑，并与可与建筑方案设计成果对接的参数化模型，通过少量几个参数快速对模型进行修正。
同时为实现模型导入SAP的便利性和准确性，设计团队在SAP2000软件上自主开拓了剖析模型转换程序工具StructuralAnalysis Bridge（SAB），极大的提高了事情效率。

09数值风洞技能的运用

采取数值风洞技能，对体系繁芜的大跨度空间构造的风压分布进行了系统研究，以便在构造观点设计和方案设计时快速准确地确定风荷载分布。
同时进行了风洞实验，将风洞实验结果和数值风洞构造进行比拟，并对风荷载进行改动。

风洞实验模型

103D打印技能的运用

将3D打印技能引入到大跨度巨型钢桁架构造设计中，在构造方案阶段，可将各个构造方案用3D打印机打印出来，从而从外不雅观上比较构造方案的利害，进而改进构造方案，提高事情效率。

3D打印模型

施工技能

01超大跨度椭球形组合网壳部分非对称安装技能

技能难题：跨度大，弧形杆件；四周环水，无法跨外对称吊装；淤泥质地基承载力差。

办理方案：增强临时支撑体系侧向刚度和稳定性；主吊机跨行家走作业；下部屋面构造部分非对称施工方法；采纳适当的反变形方法。

02异形构造拼装及吊装技能

技能难题：弯扭杆件多，构造异型；空间定位困难；高空对接精度哀求高。