2、空间钢桁架结构分析计算
2.1、计算模型
我们通过分析可知,“生态廊”区的
钢结构最薄弱位置在
门廊处,因为此处梭形桁架跨度是其它位置的两倍,受力与
变形都大于其它位置。用美国分析软件ANSYS对中间三个单元结构进行整体建模如下(见图七)。
图七 钢结构模型 图八 钢结构位移
2.2、空间钢桁架结构计算结果分析
通过钢结构模型可以看出,在中间处有一个大的门斗桁架,此桁架是用来承受中间大的荷载而设置的。计算结果分析如下:
a、水平方向最大位移47.22mm,竖直方向最大位移为47.429mm,总位移最大值为64.298mm(见图八)。此位移可在施工安装时适当起拱处理。
;
结构
刚度满足规范要求。
b、钢管最大应力为188.039N/mm2<215N/mm2 结构强度满足规范要求。
四、“生态廊”空间曲面节能采光顶
1、节能环保
“生态廊”考虑到节能环保,面板采用10(FT)+12A+8(FT)+1.14PVB+0.38PVB(浅兰色)+8(FT)钢化中空夹胶钢化玻璃。中空层用来隔声和保温,夹胶层用于吸音和安全保护作用(玻璃自爆时玻璃会粘在胶膜上不会掉下)。同时空间曲面形成较好的建筑外视效果。在采光顶上部设计了水幕系统,立面设计水帘系统,在起到建筑装饰效果之余还能做到自动清洗幕墙和隔热节能的功能,另外顶部还有5m多挑檐,对幕墙立面有很好的遮阳作用。“生态廊”可以说是把采光顶和玻璃幕墙的节能环保发挥得淋漓尽致。
2、双曲面采光顶面板设计
“生态廊”造型比较复杂,按原建筑师设计玻璃面板为双曲的,按现在的工艺,大部分双曲玻璃只能做成热弯而无法钢化,这样玻璃的强度相对就比较低,并且该幕墙形式又为夹板式,且分格比较大,所以按这样的造型是没法完成的。后来经过与建筑师协商对造型进行修改,在保证基本造型的情况下,把顶部采光顶做成一个圆锥面,即把顶部的竖向分格线全部交于一点,这样整个顶部就构成了一个圆锥面,考虑施工与加工的难度问题,将钢结构拼装成一个圆锥面造型,玻璃面板仍为平板玻璃,从而达到建筑曲面效果。
3、双曲采光顶施工
“生态廊”的玻璃面板虽为平面板块,但其支撑钢结构为双曲的。在设计施工过程中,首先根据建筑给的基准标高把整个“生态廊”的外表面的线框模型建出,然后再在幕墙线框模型下建出钢结构的空间模型;双曲钢结构的下单全部是用空间线框图加钢结构节点坐标表达的。钢结构施工时,先找好基准点,然后通过基准点把钢桁架在地面的投影坐标找出,再垂直向上打标高。玻璃板块虽为平板,但由于都为不规则四边形且收口异形玻璃非常多,在下单时必须要考虑多种方法来对尺寸进行校核,而且还要考虑钢结构由于受力产生的变形。通过上面准确的空间模型图分析,设计出准确无误的下料图。
五、玻璃夹板式点支承装置与装饰艺术
目前,点支承玻璃幕墙已大量应用于现代建筑外装饰中,它具有玻璃面板大、通透性好、支承结构简洁,美观等优点。但这种支承装置也存在很多缺点和不足。首先玻璃面板需要固定的钻头进行钻孔加工,精磨钻孔后的玻璃周边等工序,球头连杆机构也需要进行较精细的机械加工,这样在一定程度上就增加了幕墙的成本和加工周期,限制了点支承玻璃幕墙的应用范围。夹板式支承装置提供了一种新颖的幕墙玻璃面板与幕墙支承结构相连接的装置,整个装置的构造为两块夹板,中间夹玻璃,在两块板之间通过螺栓连接成为一体,安装后在玻璃面板与夹板之间留有10mm左右的空隙,可以调节玻璃面板在外荷载作用下的变形。本支承装置的主要优点为采用前后夹板的构造,玻璃无需钻孔,进一步降低了成本。特别是应用在中空玻璃上时避免了玻璃开孔所引起的漏气、冷桥等一系列问题。
另外三峡博物馆是大型公共文化建筑,对玻璃幕墙的艺术性提出了很高的要求:既要有古文化的遗韵,又要有现代化的气息;既要美观大方,又要经济实用。同时夹板的形状可以变化以适应艺术上的要求。根据博物馆提供大量出土的巴文化中具有代表性的纹饰图案,夹板的形象取自虎头(见图九),玻璃肋接板的形象取自白鹤梁石鱼(见图十),并用现代手法诠释古代的图案,用直线、圆弧代替原来的随机线条,既保持了原有的韵味,又方便了机械加工。同时在材料的选择上我们摒弃了复古的青铜而采用了不锈钢,玻璃和不锈钢的经典组合使整个构造轻盈透亮,充满现代气息。该支承装置和造型艺术既保留了古文化的遗韵,又充满了现代气息。
图九 虎头艺术夹板 图十 玻璃肋艺术接板
七、结语
重庆中国三峡博物馆生态廊采光顶和玻璃幕墙设计应用了先进的技术和造型艺术,是现代技术和古代艺术的完美结合。生态廊的节能环保、采光顶的曲面造型、既有功能又有古典艺术的夹板装置均为整个博物馆增添了现代文明,重庆中国三峡博物馆已成为重庆直辖市的城市文化标志性建筑。
本公司刘苑丽参与了本工程的计算。
参考文献
1、《
玻璃幕墙工程技术规范》 JGJ102—2003.北京:中国建筑工业出版,2003. 12
2、《
建筑玻璃应用技术规程》JGJ113—2003. 北京:中国建筑工业出版,2003. 12
3、《
钢结构设计规范》GB50017-2003. 北京:中国建筑工业出版,2003. 10
4、《
建筑结构荷载规范》GB50009-2001.北京:中国建筑工业出版,2002. 2
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