结构选型论文Word格式文档下载.docx

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学生：

刘少钏

学号：

150500047

指导教师：

季韬

日期：

08.11.14

漂浮还是沉静？

何为漂浮何为沉静？

一直有些问题萦绕在我的脑际，什么样的结构才能给人以“漂浮”感，而什么才是漂浮感，沉静而稳重的结构就不能产生漂浮的感觉哪怕是一种错觉吗？

这些问题并非是最近才产生的，而事实上它们在一年前的课程设计中就已得到很好的解答了，至少我是这样认为的。

这些问题产生于去年大三上学期汽车客运站的课程设计中，当时在结构的选定上面着实花了不少的心力，那是第一次做大跨度的结构设计。

●确定建筑设计的意象

每次在拿到设计任务书之后，往往需要找到设计的约定诸要素，犹如做一道实际生活中的数学计算题一样，总要先找到这道数学题的各项已知条件才有办法入手。

设计也是如此的，但并非都能如愿以偿，有时候我们拿到的是真题，可以去踏勘实地，找出当地的气候条件、环境现状、人文信息以及地质条件甚至是城镇规划的条例；

但往往事与愿违，特别是我们现正处于学生时代，老师给的任务书大都是理想化的经过修改的，我们很难得到上述的条件，有的只是基地周围的建筑高度和交通信息，这是我们需要寻找新的出路。

大三的汽车客运站设计便是找到新出路的结果。

由于没有所要的特定人文信息，我只能通过假定来确定。

说来也巧，看到汽车客运站这几个字我就想到一些诗句，比如出自诗经的“昔我往矣，杨柳依依；

今我来思，雨雪霏霏”、出自唐诗的“渭城朝雨浥轻尘，客舍青青柳色新。

劝君更尽一杯酒，西出阳关无故人”。

这些也都是与送别有关的诗句，也是这个设计唯一的人文信息，与送别有关的象征物总少不了“柳条”。

这样，诗句与“柳条”便构成了建筑设计的意象，而柳条的“轻”与“柔”便是这个建筑最基本的结构特征和结构选型及设计中所必须遵循的前提条件。

●为配合意象的表达，选定合适的结构

显然，柳条的轻柔可以很自然的出现于大自然中，但建筑却不然，在我看来建筑就像脊椎动物一样，需要骨架，而这个骨架就是建筑的结构。

柳条有很明显的一条柔软得足以自由伸缩的叶筋支撑着它，以使它能够随风飘摆却不至于折断。

但于建筑中我们却不能这样做，因为目前还很难能找到这种特性的材料。

为了能够体现柳条的轻与柔，我必须寻找一种适合的建筑结构。

我找遍了几乎能查到的结构体系，混合结构、组合结构、折板、薄壳、悬索、充气膜、网架等等。

但是都不是很理想，只有网架是最为接近的。

对于结构，我提出了两条最基本的形态要求——轻和薄。

这也最终导致我选择建筑的主要材料——钢和玻璃。

显然，结构必须采用钢结构，原因就在于钢材的坚固和轻巧，但却必须解决其容易失稳的问题，特别是遇到火灾和地震的时候，所以决定使用多铰超静定结构，并以多根钢柱支撑这个体系。

柳条的形状被进行了数字抽象化。

如下图所示：

于是有了这样的结构意象及建筑的主体形象：

很像是连续的拱，但并不是。

事实上，连续“拱状”的结构并不是凭空创造的，它来自英国著名建筑师福斯特设计的雷诺汽车配送中心的连续伞状结构的先例（如上图上部的伞状片段），但我并不需要伞状，于是需要对其进行改造。

起初试图对其进行三角形的桁架分解，利用三角形构件之间的稳定性来达到结构整体的稳定。

（如上图）这是对结构进行改造所绘制的大量草图，可以看到左下角有伞状的支撑体，右边是简化后的结构片段，图中部是加装了太阳能屋面覆板的结构示意，从中可以看到分解出的新支撑体的片段，左边则是其简图。

图片上部则显示了“连续拱”状形态和试图使用桁架支撑屋面板。

建筑共由4片错开的波浪状“连续拱”组成，每片都由两个“连续拱”组成（如上图每片上下边缘的位置），于是相邻两片之间便有紧邻的两个错开的“连续拱”。

每片的宽度约为7米，每个“拱跨”约为9米，平均高度接近8米（“拱”的最低点为7米出头、最高点9米出头），建筑共为两层。

●审定结构

结构的主干既已确定，接下来就需要对其进行审定和加固。

事实上结构的加固并不只是每个“连续拱”自身在各个拱的加固，很关键的一点是错开的紧邻的两个“连续拱”之间的加固和连接。

如上图所示，我绘制了错开的紧邻的两个“连续拱”的片段进行研究，它们错开放置之间的间距仅有15厘米。

我要做的是对两个“连续拱”进行铰接，铰接点离地面的距离是8米，上图多绘制了中间的一根支撑柱，为了加固整个建筑，我将4片的8个“连续拱”的铰接点用横梁进行连接，横梁垂直于上图所示的铰接点，横梁之间再用垂直于横梁的次梁进行连接，而事实上这些次梁也是“拱”用来支撑屋面板的梁架；

在每个铰接点的位置用钢柱支撑，钢柱上再拉出钢索进行固定，以防止风荷载从下部向上吹起。

另有一个重要的处理是，向下的“拱”是经过特殊处理的断开的“拱”，因为它处于凹部，很有可能要为支撑雨的荷载出份大力。

如上图所示，上部所绘乃是次梁的结构图，在它的末端“咬”着钢板（实际上就是屋面板钢龙骨），用锚钉连接。

下部显示的是其仰视平面图。

钢板上安放涂有防水漆的木质屋面板，如图深色的部分；

次梁上则安放采光所需的双层夹胶玻璃。

当然，这并不是绝对的，有些地方则正好相反——次梁安放木质屋面板，而钢板上则安放玻璃。

上图所示的“主结构龙骨”便是前面提到的“横梁”。

上图则是下凹的“拱”的仰视图，可以看到次梁上挂有钢索的索头，索头是装有弹簧的，用于调整温差变化及抵抗风荷载。

上图是上交的最终确定的设计图。

整个结构之所以采用铰接方式，也是处于对钢结构温差的形变和地震时的适应性，错开的“拱”在铰接点的横梁上随着温差和地震的力量可以在平行于横梁的方向上进行一定的位移。

而紧邻的两个“拱“端头在横梁上则设置了缓冲器。

●施工问题的初考虑

结构设计的后期，施工的问题便也成了很重要的考虑环节。

正如日本建筑大师伊东丰雄所做的仙台媒体中心，尽管结构在图纸上很完美，在后期也得充分考虑日本的施工条件（如下图所示）。

当然，由于结构方面的知识水平和阅历有限，我也仅能尽量的考虑一些。

上图是考虑“连续拱”接地的结构时所做的草图，这个结构是一个巨大的钢制基础，主要用于承受“拱”的压力，底端部分中空用于浇捣混凝土。

在必要时也可以承受拉力，所以在地面以下使用混凝土基座进行锚固，如图地面下虚线所示。

●建模后的确定

设计的最终需要进行3D模型的创建，事实上这部分并非在课程设计要求之内，我只是想通过计算机的手段精确的模拟结构体。

主体结构（省略了次梁及拉索）

加入太阳能屋面板（最终的方案中屋面并非都是太阳能板，可以看到采光口主要位于结构体错开的高差空间上，属于侧向天窗）

加入楼板及幕墙

室内模型简图

所有的3D模型表明，这个结构基本达到了设计的意象及其结构所需。

●最终的结构和建筑形体的审核

建模完毕需要对建筑形体和结构在进行整体的把握，审定是否很好的结合。

因为建筑与结构的关系表现在形体上的主要有三个情况：

一种是外皮包裹了结构，这并非是“皮包骨”，而是“肌肉和体格”的展示；

另一种是内外结构的完全显现，外皮镶嵌或悬挂在外结构内或者外结构就是其表皮，如“鸟巢”及“巴黎蓬皮杜文化艺术中心”（PPT所展示的建筑），这是一种典型的“暴露狂”；

最后一种则是介于两者之间的。

我想这个设计的结构体必须是介于两者之间的，而最后的结构方案在加装了屋面板和玻璃幕墙之后仍然不是其结构的本来面目，处于若隐若现之间。

所以审核通过。

最后我自己对这个建筑所给出的形体描述是“轻钢架构，不失其柔；

薄板悬浮，不失其刚”。

正如下图所示：

●小结

显然，本设计的结构体系是经过先例改造而来的，对于几乎没有结构素养的学生是一种大胆的行为，尽管最后老师在成绩上打了高分，但并不代表是完全可行的。

从这个设计中能体会到的是结构的可行性及其设计是艰难的，特别是要配合最初的建筑意象，而后期的施工条件及注意事项和加固补救措施也是至关重要的。