悬挑结构的受力分析
· 屋顶桁架 ·
在桁架结构中,上面的杆件受拉,下面的杆件受压。这个悬挑结构从尽端到支撑点的距离有85m,同时也并非一种简单的直线形态——悬臂的下表面崎岖不平,这也对整个桁架的不同截面提出了不同的形态要求。
不同截面位置的桁架形态不同,复合而成三维桁架
它的结构形态,从开始一片片独立的桁架结构,发展为三维、复杂的空间桁架结构整体。
三维的复杂空间桁架
这样复杂的模型必须要借助计算机参数化建模才能实现。参数化建模不仅能帮助建筑师控制建筑的形态,也能帮助结构工程师进行各种结构计算。这样复杂的结构,在我们刚刚学习结构设计,只有计算器进行计算的时代,是不可想象的。在计算机的帮助下,我们能得出多种备选方案进行模拟和对比。经过模拟,相比传统的平行桁架、错综复杂相互咬合的三维空间桁架可以有效减少20%悬臂尽端的形变。
通过建模优化(左为优化前,右为优化后)
减少了20%悬臂尽端的形变
参考施工照片,我们可以发现,这一空间桁架耗费了大量的钢结构构件。
等待吊装的空间桁架
· 受拉杆件 ·
在最初的抽象化结构模型中,两个支点被描述为刚接支点,承托其巨型的屋顶。而事实上,这两个支点共同组成了一个巨大的建构,同时它们的支撑方式也是弹性的。
其中一个支点主要受压,另一个支点主要受拉,造成前低后翘的形变。
为了减少形变,我们在另一个尽端增加了一个受拉的杆件,使整个屋顶的形变减少了15%。
虽然建筑方案中原本没有这个杆件,但由于它能起到这么大的作用,而且本身也比较纤细,不会对建成效果造成太大影响,因而得以采用。
施工中的拉杆
· 支点 ·
两个支点在建筑中以双曲螺旋圆锥的形式出现,它由对于圆柱的扭转而来,形成两个上下连接的圆锥体。虽然表现为曲面,但可以由若干直线杆件组合而成。
曲面由直线模拟而来