上海EXO主要場館結(jié)構(gòu)設(shè)計綜述

2010上海EXPO主要場館結(jié)構(gòu)

設(shè)計綜述

汪大綏華東建筑設(shè)計研究院有限公司2010.07.31一、概述1851年，倫敦世博會，水晶宮，開創(chuàng)了建筑工業(yè)化；1880年，墨爾本世博會，皇家展覽館，成為澳大利亞第一例世界文化遺產(chǎn)1889年，巴黎世博會，埃菲爾鐵塔，巴黎的標志和象征；1967年，蒙特利爾世博會，棲居67，住宅設(shè)計理念的突破； 德國館，張拉結(jié)構(gòu)的先驅(qū)；1970年，大阪世博會，富士館、美國館，開創(chuàng)充氣膜結(jié)構(gòu)時代；2000年，漢諾威世博會，日本館，一座36000平米的紙房子； 8/9號館，索結(jié)構(gòu)使用的極致案例；2010年，上海世博會。。。。。。 世博會是匯聚著人類物質(zhì)文明與精神文明成果的全球性盛會，從某種意義上講也是一次建筑博覽會，其建筑往往匯集了當時最先進的設(shè)計理念、建筑材料、建造技術(shù)等。一、概述

上海世博會選址在市中心黃浦江兩岸，南浦大橋和盧浦大橋之間的濱江地區(qū)，勢必對上海新一輪的城市發(fā)展特別是黃浦江兩岸的開發(fā)也會有極大的推動作用。一、概述本屆世博的主題是：城市，讓生活更美好。本屆世博會的主要目標：會期184天（2010.5.1—2010.10.31）；預期參展國和組織200個；預期參觀人數(shù)7000萬；為實現(xiàn)這一目標，確定的工程建設(shè)任務(wù)是：規(guī)劃用地面積5.28平方公里（按人均8平米）；圍欄區(qū)（即憑票入內(nèi)的區(qū)域）面積3.28平方公里；總建筑面積125萬平方米，其中展館面積85萬平方米；原有建筑利用約35萬平方米(用于聯(lián)合館，企業(yè)館，物流倉庫等)；高架平臺面積51萬平方米。一、概述 園區(qū)舊貌（衛(wèi)星照片）。根據(jù)2006年調(diào)查情況，原區(qū)域內(nèi)主要土地利用類型：從事各類重型機械、化工原料生產(chǎn)企業(yè)和物流企業(yè)的工業(yè)用地，主要包含江南造船集團、港機重工集團、浦東鋼鐵集團、南碼頭港區(qū)、溶劑廠、助劑廠等；居住、文教、商業(yè)用地組成的居住用地，以半淞園路街道、雪野新村街道、南碼頭街道以及作為浦鋼集團家屬區(qū)的后灘地區(qū)為主。一、概述

總體規(guī)劃圖。大的展館建筑包括：一軸四館、11個聯(lián)合館、42個租賃館、42個國家自建館。一、概述

園區(qū)交通圖。為向世博會提供高效便捷的交通保障，園區(qū)及周邊進行了的規(guī)模宏大交通系統(tǒng)建設(shè)，包括地鐵、隧道、相關(guān)城市道路和水上交通設(shè)施。共有5條地鐵線路為園區(qū)服務(wù)，成為世博園區(qū)與城市其他部分聯(lián)系的主要方式。二、主要場館概況 世博園區(qū)極為突出的區(qū)位優(yōu)勢決定了它必將成為上海新一輪發(fā)展的重要增長極。這一地區(qū)的規(guī)劃確定了世博建筑中有一部分需按永久性建筑來設(shè)計，俗稱一軸四館。即中國館、主題館、世博中心、世博文化中心和世博軸。二、主要場館概況 中國館：由國家館和地區(qū)館組成。除港澳臺外的31個省市自治區(qū)都在地區(qū)館內(nèi)設(shè)置展廳。世博后作為永久性展館。建筑面積16萬平米。二、主要場館概況 主題館：在世博期間是“地球、城市、人”主題的核心展示區(qū)，世博后是永久性展館。建筑面積13萬平米。二、主要要場館概概況世博中心心：世博博期間是是會議、、接待、、慶典、、新聞和和管理等等重要活活動的場場所，世世博后是是大型會會議中心心。建筑筑面積14萬平方米米。二、主要要場館概概況世博文化化中心：：世博期期間用于于開幕式式等主要要慶典及及文藝演演出，并并有大面面積的餐餐飲購物物休閑區(qū)區(qū)域供參參觀者使使用。世世博后將將是綜合合性的時時尚文化化的地標標，永不不落幕的的城市舞舞臺。建建筑面積積13萬平方米米。二、主要要場館概概況世博軸：：位于浦浦東園區(qū)區(qū)中軸線線上，是是整個園園區(qū)的交交通樞紐紐，世博博期間主主要用于于人流集集散、安安檢、商商業(yè)、餐餐飲服務(wù)務(wù)，世博博后改建建為商業(yè)業(yè)設(shè)施。?？偨ㄖ娣e25萬平方米，，其上蓋由由大面積索索膜結(jié)構(gòu)和和六個單層層網(wǎng)格體系系的陽光谷谷組成，是是園區(qū)內(nèi)最最大的單體體建筑。三、技術(shù)特特點及新技技術(shù)應用概概述以上五個永永久性建筑筑，均為規(guī)規(guī)模宏大，，功能復雜雜大型公共共建筑。且且多為大跨跨度（大懸懸挑），要要求大荷載載，或體形形新穎奇特特，其結(jié)構(gòu)構(gòu)設(shè)計充滿滿挑戰(zhàn)。這這些建筑中中除個別是是由國外建建筑師創(chuàng)意意外，絕大大部分由我我國工程技技術(shù)人員完完成。（一）結(jié)構(gòu)構(gòu)形式豐富富多樣，具具有創(chuàng)新性性中國館建筑筑創(chuàng)意為““東方之冠冠”，結(jié)構(gòu)構(gòu)設(shè)計采用用四個規(guī)整整的鋼筋混混凝土筒體體為主要承承重和抗側(cè)側(cè)力結(jié)構(gòu)，，從約30米高度開始始向四個方方向挑出帶帶有拉梁的的巨型斜撐撐，作為樓樓層的支承承結(jié)構(gòu)。受受力明確，，傳力可靠靠。以簡潔潔的手法恰恰當?shù)貙崿F(xiàn)現(xiàn)了建筑創(chuàng)創(chuàng)意，自然然天成，可可謂建筑結(jié)結(jié)構(gòu)相得益益彰。三、技術(shù)特特點及新技技術(shù)應用概概述（一）結(jié)構(gòu)構(gòu)形式豐富富多樣，具具有創(chuàng)新性性主題館首次次采用總長長270米的多跨桁桁架來覆蓋蓋整個屋面面，其中V形支撐張弦弦桁架跨越越126米的大空間間，滿足了了主題館對對展覽空間間的多種要要求，大跨跨部分用鋼鋼量指標100kg/m*m亦較合理。。三、技術(shù)特特點及新技技術(shù)應用概概述（一）結(jié)構(gòu)構(gòu)形式豐富富多樣，具具有創(chuàng)新性性世博軸地上上地下各2層，其上蓋蓋由6個陽光谷和和其間的連連續(xù)張拉膜膜結(jié)構(gòu)組成成。陽光谷谷為單層三三角形網(wǎng)格格結(jié)構(gòu)，體體量巨大，，高達40米，最大的的一個陽光光谷上口長長軸達90米。而網(wǎng)格格構(gòu)件采用用矩形鋼管管，基本斷斷面僅65*180，其找形、、網(wǎng)格生成成、穩(wěn)定分分析、節(jié)點點構(gòu)造均有有創(chuàng)新。帶帶有內(nèi)外桅桅桿的總長長達840米的超大型型連續(xù)張拉拉膜結(jié)構(gòu)也也是也是為為本項目度度身設(shè)計而而為世界所所僅見。三、技術(shù)特特點及新技技術(shù)應用概概述（一）結(jié)構(gòu)構(gòu)形式豐富富多樣，具具有創(chuàng)新性性飛碟造型的的世博文化化中心，核核心部分是是18000座大型演出出空間。建建筑立面要要求有凌空空欲飛的感感覺，為此此必須有大大懸挑，最最大達40米。場內(nèi)空空間要求的的限制使得得懸挑結(jié)構(gòu)構(gòu)的錨固成成為難題，，設(shè)計中采采用內(nèi)框架架與拉環(huán)協(xié)協(xié)同的方式式來解決，，也很有創(chuàng)創(chuàng)意。三、技術(shù)特特點及新技技術(shù)應用概概述（二）結(jié)構(gòu)構(gòu)設(shè)計為園園區(qū)建設(shè)實實現(xiàn)低碳減減排創(chuàng)造條條件努力實現(xiàn)低低碳減排，，是世博園園建設(shè)中的的一個重要要指導思想想。五大主主體結(jié)構(gòu)地地上部分基基本上均采采用了鋼結(jié)結(jié)構(gòu)，相對對于混凝土土結(jié)構(gòu)，鋼鋼結(jié)構(gòu)可回回收利用，，在減少二二氧化碳排排方面有突突出的優(yōu)勢勢。主題館的屋屋面結(jié)構(gòu)設(shè)設(shè)計積極配配合了太陽陽能光伏電電池的安裝裝，形成了了面積達20000平米、2.8MW的發(fā)電容量量。主題館館的外墻框框架設(shè)計配配合了大面面積綠墻安安裝的需要要，形成了了6000平方米的世世界最大綠綠墻，對改改善園區(qū)生生態(tài)起了巨巨大的作用用。三、技術(shù)特特點及新技技術(shù)應用概概述（二）結(jié)構(gòu)構(gòu)設(shè)計為園園區(qū)建設(shè)實實現(xiàn)低碳減減排創(chuàng)造條條件世博軸的設(shè)設(shè)計創(chuàng)意是是造就一個個巨大的生生態(tài)調(diào)節(jié)器器，而結(jié)構(gòu)構(gòu)是實現(xiàn)這這一功能之之載體。陽光和新風風通過陽光光谷引入地地下室——減少了地下下空間空調(diào)調(diào)和照明的的電力負荷荷；雨水通過陽陽光谷和膜膜結(jié)構(gòu)全部部納入供水水系統(tǒng)供——節(jié)約了寶貴貴的水資源源；空調(diào)采用地地源熱泵，，空調(diào)水循循環(huán)管路埋埋設(shè)在灌注注樁中，通通過樁與地地下水進行行熱交換——節(jié)約了能源源。三、技術(shù)特特點及新技技術(shù)應用概概述（三）多方方案比較，，精心設(shè)計計優(yōu)秀的結(jié)構(gòu)構(gòu)設(shè)計必定定來自多方方案比較。。世博五大大主體項目目在設(shè)計過過程中都反反復進行了了方案比較較，從中選選擇最適合合的方案。。主題館：通過三個方方案的對比比，得出：：雙向張弦弦桁架方案案因受矢高高限制，長長向桁架剛剛度過弱，，不能為短短向桁架分分載，反成成負擔，用用鋼量不經(jīng)經(jīng)濟，施工工也較復雜雜。剛架方方案用鋼量量低，但對對基礎(chǔ)有較較大推力，，會增加基基礎(chǔ)設(shè)計的的難度和材材料消耗，，而且桿件件過多建筑筑空間效果果不理想，，綜合效果果不佳，因因而最終確確定單向張張弦桁架的的方案。a.單向張弦桁桁架b.雙向張弦桁桁架c.剛架體系三、技術(shù)特特點及新技技術(shù)應用概概述（三）多方方案比較，，精心設(shè)計計世博軸：世博軸的結(jié)結(jié)構(gòu)方案更更是經(jīng)歷了了反復比選選論證的過過程。下拉拉索（無谷谷索）方案案建筑效果果最好，簡簡潔通透，，但安全度度較低，膜膜的局部損損壞會導致致整個結(jié)構(gòu)構(gòu)破壞。重重錘方案膜膜應力穩(wěn)定定，但錘的的位移太大大，技術(shù)處處理有難度度。內(nèi)桅桿桿方案以其其變形小，，結(jié)構(gòu)安全全性高，施施工可控性性好而被確確定為實施施方案。a.重錘方案b.下拉索方案案c.內(nèi)桅桿方案案三、技術(shù)特特點及新技技術(shù)應用概概述（三）多方方案比較，，精心設(shè)計計世博文化中中心：世博文化中中心的屋蓋蓋結(jié)構(gòu)也做做了三種方方案比較，，空間桁架架方案因桿桿件布置符符合建筑師師要求，豎豎向剛度大大，對大懸懸掛荷載的的適應性強強而入選。。a.空間網(wǎng)架結(jié)結(jié)構(gòu)b.弦支骨架結(jié)結(jié)構(gòu)c.空間桁架結(jié)結(jié)構(gòu)三、技術(shù)特特點及新技技術(shù)應用概概述（四）新技技術(shù)研究與與應用（1）消能減震震技術(shù)世博中心：：世博中心對對防屈曲支支撐（BRB）的應用進進行了較系系統(tǒng)研究，，包括結(jié)構(gòu)構(gòu)抗震性能能目標的確確定，BRB的合理布置置，BRB的參數(shù)確定定及節(jié)點設(shè)設(shè)計等，并并參照國外外資料及本本工程特點點編制了用用于本工程程的BRB的驗收標準準。-2500-1500-50050015002500-60-40-200204060軸向位移/mm軸力/kN加載步三、技術(shù)特特點及新技技術(shù)應用概概述（四）新技技術(shù)研究與與應用（2）主題館對粘彈性阻阻尼器的應應用進行了了研究。研研究表明明在超長建建筑的柱間間支撐中合合理布置粘粘彈性阻尼尼器可以有有效地降低低地震作用用和溫度應應力。地震震剪力可降降低20-23%，柱的溫度度內(nèi)力可降降低25%。（3）在世博文化化中心工程中，采采用TMD進行豎向振振動控制。。對大懸臂臂部分的豎豎向剛度及及其在人群群行動荷載載下的豎向向加速度反反應進行了了分析研究究和實測，，并據(jù)此在在需要的部部位設(shè)置了了TMD,以保證正常常使用條件件下的舒適適度。三、技術(shù)特特點及新技技術(shù)應用概概述（四）新技技術(shù)研究與與應用（4）結(jié)構(gòu)健康康監(jiān)測。索索膜結(jié)構(gòu)中中，索與膜膜的應力狀狀態(tài)是結(jié)構(gòu)構(gòu)是否健康康的最重要要指標。在在世博軸工程中采用用了磁通法法這一新技技術(shù)測量索索的內(nèi)力。。膜應力的測測試則采用用真空法（（右圖）。。同樣在實實驗室條件件下得到膜膜內(nèi)力，真真空度和膜膜出平面變變形的關(guān)系系，即可方方便地在現(xiàn)現(xiàn)場測得膜膜內(nèi)力。三、技術(shù)特特點及新技技術(shù)應用概概述（五）新設(shè)設(shè)計方法研研究（1）自由曲面面找形（陽陽光谷找形形）以建立彎曲曲應力為零零、薄膜應應力最小的的曲面為目目標，提出出了一種基基于計算機機輔助幾何何設(shè)計（CAGD）的一體化化有限元建建模技術(shù)與與造型優(yōu)化化方法。并并建立了一一套CAD軟件與有限限元軟件協(xié)協(xié)同建模與與造型優(yōu)化化設(shè)計系統(tǒng)統(tǒng)，該系統(tǒng)統(tǒng)可通過調(diào)調(diào)整設(shè)計參參數(shù)（約束束條件、空空間條件））得到多種種合理曲面面形態(tài)。初始狀態(tài)第3迭代步第8迭代步最終狀態(tài)三、技術(shù)特特點及新技技術(shù)應用概概述（五）新設(shè)設(shè)計方法研研究（2）智能網(wǎng)格格布置（陽陽光谷網(wǎng)格格布置）為滿足自由由曲面單層層網(wǎng)格桿件件長度盡量量一致、分分布盡量均均勻、過渡渡盡量流暢暢的要求，，以自由曲曲面優(yōu)化找找形為前提提，基于網(wǎng)網(wǎng)格形狀和和單元長度度的網(wǎng)格質(zhì)質(zhì)量衡量標標準，編制制了智能化化網(wǎng)格設(shè)計計程序。平面網(wǎng)格空間網(wǎng)格優(yōu)化網(wǎng)格三、技術(shù)特特點及新技技術(shù)應用概概述（五）新設(shè)設(shè)計方法研研究（3）CAD與CAM相結(jié)合的先先進制造技技術(shù)世博軸陽光光谷為單層層網(wǎng)格曲面面，桿件采采用矩形斷斷面，交匯匯于同一節(jié)節(jié)點的各桿桿件主軸方方向與節(jié)點點法向的關(guān)關(guān)系的確定定是一個難難題。最終終以“節(jié)點點相鄰面法法線合矢量量”為原則則提出了矩矩形截面鋼鋼管在自由由空間曲面面上的合理理定位方法法，并將該該方法通過過計算機程程序?qū)崿F(xiàn)三三維實體模模型的自動動生成與測測評功能。。進而將CAD與CAM作為前后工工序連接起起來，借助助機器人加加工技術(shù)，，實現(xiàn)了陽陽光谷這一一高難度結(jié)