建筑結(jié)構(gòu)工程師職責(zé)描述建筑結(jié)構(gòu)工程師技術(shù)總結(jié)報(bào)告

　　兩館技術(shù)交流會(huì)

　　8月18日，深圳當(dāng)代藝術(shù)館與城市規(guī)劃展覽館（以下簡稱“兩館”項(xiàng)目）全專業(yè)技術(shù)交流會(huì)在華森成功舉辦。參與兩館項(xiàng)目設(shè)計(jì)的設(shè)總和各專業(yè)負(fù)責(zé)人來到活動(dòng)現(xiàn)場，為我們解剖兩館項(xiàng)目從方案設(shè)計(jì)到建設(shè)完成的技術(shù)問題。交流會(huì)由華森副總經(jīng)理、執(zhí)行總建筑師、兩館項(xiàng)目總負(fù)責(zé)人肖藍(lán)主持。

　　此次交流會(huì)是兩館項(xiàng)目全專業(yè)的首次聚集，通過匯報(bào)和交流，總結(jié)各專業(yè)技術(shù)難點(diǎn)、亮點(diǎn)，并分析過程中存在的遺憾。華森的部分員工、“華森設(shè)計(jì)”微信公眾號部分粉絲參加了交流會(huì)。

活動(dòng)現(xiàn)場

參加交流的兩館項(xiàng)目組合影

　　兩館設(shè)計(jì)情況介紹

　　肖藍(lán)總對兩館項(xiàng)目設(shè)計(jì)情況進(jìn)行介紹

　　兩館項(xiàng)目五個(gè)難點(diǎn)部位

兩館的五個(gè)難點(diǎn)部位

扭曲的表皮鋼結(jié)構(gòu)、雙曲面幕墻系統(tǒng)、巨型云雕塑、40米空中連橋、特展廳頂部玻璃曲面--“勺子”。兩館從方案到建成，項(xiàng)目組投入了九年的精力。建筑的深化設(shè)計(jì)與落地完成，需要整個(gè)團(tuán)隊(duì)的看顧、各專業(yè)知識和經(jīng)驗(yàn)的堆積、以及項(xiàng)目組充分溝通和綜合協(xié)調(diào)。

根據(jù)城市文脈生成建筑表皮的過程

云雕塑的演變

　　建筑專業(yè)

　　執(zhí)行設(shè)總吳凡分享了關(guān)于施工圖過程中與各細(xì)分專業(yè)配合的情況

　　建筑與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

兩館項(xiàng)目在設(shè)計(jì)中采用了兩種主要方式

1.結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)結(jié)合內(nèi)部空間，通過結(jié)構(gòu)關(guān)系表達(dá)出內(nèi)部空間形態(tài)，所有的形體上的轉(zhuǎn)折、起伏、收分等均采用主體結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)；

2.結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)結(jié)合展覽建筑的使用功能，將結(jié)構(gòu)構(gòu)件盡量布置在建筑的外圍，展示空間僅由核心筒等少量豎向構(gòu)件傳遞樓面豎向荷載，形成新穎的大跨度大懸挑的整體空間，充分滿足了建筑造型及功能使用的要求。

建筑與幕墻設(shè)計(jì)

兩館的幕墻面積幾乎占外墻和屋頂面積全部，不僅體量龐大，而且多為曲面、折面，造型復(fù)雜，幕墻專業(yè)化程度高。幕墻設(shè)計(jì)概念綜合了立面造型、使用功能、太陽輻射、自然通風(fēng)、景觀視線等因素，利用參數(shù)化設(shè)計(jì)的方式進(jìn)行設(shè)計(jì)。

在公共空間和城市規(guī)劃展覽館區(qū)域?yàn)榱藢?shí)現(xiàn)自然采光和通透視野采用了玻璃幕墻系統(tǒng)，在東、西立面是帶穿孔遮陽系統(tǒng)的雙層次玻璃幕墻系統(tǒng)；南、北面則以單層次的玻璃幕墻系統(tǒng)為主；屋面部分主要由直立鎖邊系統(tǒng)外襯金屬板完成面構(gòu)成、并在功能與建筑設(shè)計(jì)需要的位置輔以少量采光天窗。

當(dāng)代藝術(shù)館由于展品對采光環(huán)境的特殊要求，其外墻和屋面采用的是直立鎖邊金屬板基層干掛石材飾面幕墻。

幕墻立面照明

　　綠色建筑設(shè)計(jì)

作為深圳市標(biāo)志性建設(shè)項(xiàng)目和大型公益性藝術(shù)機(jī)構(gòu)，兩館項(xiàng)目在立項(xiàng)之初就確立了可持續(xù)發(fā)展和節(jié)能減排的設(shè)計(jì)理念，在設(shè)計(jì)過程中，各專業(yè)設(shè)計(jì)師和綠色建筑顧問共同努力，統(tǒng)籌考慮建筑全生命周期內(nèi)的節(jié)能、節(jié)地、節(jié)水、節(jié)材、環(huán)保及建筑功能之間的關(guān)系，按照《綠色建筑評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》要求，運(yùn)用了多項(xiàng)綠色建筑技術(shù)手段合理安排并組織建筑與其他相關(guān)因素之間的關(guān)系，使建筑和環(huán)境之間成為一個(gè)有機(jī)的結(jié)合體，同時(shí)具有良好的室內(nèi)氣候條件和較強(qiáng)的生物氣候調(diào)節(jié)能力，滿足人們對氣流、光線等的舒適性需求，使人、建筑與自然生態(tài)環(huán)境之間形成一個(gè)良性循環(huán)系統(tǒng)，因此本項(xiàng)目也獲得了國家住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部頒發(fā)的國家最高級的“三星級綠色建筑設(shè)計(jì)標(biāo)識證書”。

利用ContamW優(yōu)化自然通風(fēng)達(dá)到大空間整體換氣次數(shù)2.17次/h

利用ECOTECT優(yōu)化自然采光環(huán)境

　　建筑與BIM及數(shù)字化技術(shù)

建筑師通過建筑信息模型和數(shù)字化技術(shù)的手段，解決兩館項(xiàng)目設(shè)計(jì)中面臨的諸如形體復(fù)雜、信息數(shù)據(jù)繁雜、限額控制等難點(diǎn)。BIM作為一個(gè)數(shù)字化平臺整合了兩館設(shè)計(jì)建造過程中涉及到眾多的專業(yè)學(xué)科。

一些特殊的、復(fù)雜的工程，用二維是表達(dá)不清楚的。項(xiàng)目中有大量的空間曲面造型，如果用二維圖表達(dá)就非常困難。而使用基于建筑信息模型（BIM）的軟件系統(tǒng)，就可以直觀地了解建筑，擺脫對靈感的束縛基于BIM的三維模型不同于通常效果圖的所謂三維模型，而是包含了材料信息、工藝設(shè)備信息、進(jìn)度及成本信息等，它是一個(gè)完整的建筑信息。

各個(gè)設(shè)計(jì)階段的數(shù)據(jù)信息，通過BIM三維模型，精確完整地傳遞到下一階段進(jìn)行深化設(shè)計(jì)，甚至可以使用模型通過計(jì)算機(jī)直接提交給制造商加工異型鋼構(gòu)件而實(shí)現(xiàn)無紙化建造。BIM實(shí)現(xiàn)了形式與功能相結(jié)合的整體化空間設(shè)計(jì)。

冷作業(yè)鋼現(xiàn)場施工階段模擬

　　兩館消防解決方案

　　兩館項(xiàng)目設(shè)總夏韜分享了關(guān)于建筑防火的解決方案

　　項(xiàng)目的消防，超大防火分區(qū)是最大的難點(diǎn)

“高規(guī)”5.1.2 高層建筑內(nèi)的商業(yè)營業(yè)廳、展覽廳等，當(dāng)設(shè)有火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)和自動(dòng)滅火系統(tǒng)，且采用不燃燒或難燃燒材料裝修時(shí)，地上部分防火分區(qū)的允許最大建筑面積為4000㎡；地下部分防火分區(qū)的允許最大建筑面積為2000㎡。

規(guī)劃館的矩形平面從10m標(biāo)高層開始逐層扭轉(zhuǎn)；并在兩館之間有一個(gè)大體量的峽谷形大空間，峽谷形大空間正中心設(shè)計(jì)了一個(gè)云雕塑造型，與峽谷形大空間一起形成一個(gè)連通的大空間。總建筑面積在15824平方米，因此根本無法采用傳統(tǒng)分隔方式按規(guī)范所規(guī)定的防火面積將各使用樓層與峽谷形大空間進(jìn)行分隔。

在消防設(shè)計(jì)中，防火分區(qū)的劃分是主要問題。如果采用防火墻的方式劃分防火分區(qū)，則失去了大空間及開敞的視覺效果，不能很好地滿足使用所需功能要求；如果采用防火卷簾劃分防火分區(qū)，則卷簾用量過多、可靠性較差，且機(jī)械性能、能耗等均存在一定問題，并且建筑結(jié)構(gòu)上要求做較大調(diào)整；如果采用防火水幕劃分防火分區(qū)，其消防水量巨大，顯然是不經(jīng)濟(jì)的。

　　解決辦法

1.采用性能化的設(shè)計(jì)方法，通過對特定建筑的火災(zāi)模型分析來確定防火分區(qū)的設(shè)計(jì)；

　　2.展覽區(qū)域內(nèi)采用不燃燒材料--火災(zāi)難以通過該區(qū)域蔓延；

3.大堂、公共走道和疏散出口不得擺放任何可燃物及任何妨礙人員疏散的物品：

4.在頂棚下方加設(shè)機(jī)械排煙設(shè)施，在頂棚外圍設(shè)置高度不小于1m檔煙垂壁

　　5.設(shè)置滅火效能強(qiáng)的噴淋系統(tǒng),噴頭采用大水滴噴頭或快速響應(yīng)早期抑制噴頭，保護(hù)時(shí)間3h，保護(hù)寬度不小于6m（相當(dāng)于防火間距），設(shè)置單獨(dú)的水泵供水，形成主動(dòng)防火地段；以形成阻火帶，每段阻火帶兩側(cè)的區(qū)域建筑面積不超過國家規(guī)范最大允許建筑面積4000㎡，應(yīng)視為達(dá)到防火分隔的目的。

　　兩館參數(shù)化設(shè)計(jì)

　　建筑師李云翔分享了關(guān)于兩館參數(shù)化設(shè)計(jì)對建筑結(jié)構(gòu)專業(yè)計(jì)算的支持

　　復(fù)雜曲面屋面與防水排水問題解決

復(fù)雜曲面屋面的深化設(shè)計(jì)中最難以解決的困難是防水問題：如何在曲面交接位置設(shè)置排水系統(tǒng)和找到曲面的積水位置。

我們在設(shè)計(jì)中采用了粒子系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)來檢測分析模型表皮防水結(jié)合部位的排水性能。這有利于幫助我們尋找到設(shè)置節(jié)水溝和雨水收集點(diǎn)的位置。

而在局部較為復(fù)雜的位置，除了通過粒子動(dòng)力系統(tǒng)的大范圍判斷外，我們通過對曲面曲率的分析，精確找到不規(guī)則曲面交界處的排水處理方法。而為了找到排水坡度變化的轉(zhuǎn)折點(diǎn)以鋪設(shè)雨水收集點(diǎn)，我們采用進(jìn)化算法，讓計(jì)算機(jī)通過遺傳“自己”找到最優(yōu)位置。

利用粒子系統(tǒng)進(jìn)行排水模擬

屋頂曲線區(qū)域的排水坡度及方向的分析通過分析模型曲線的曲率得出

　　表皮復(fù)雜曲面幕墻的優(yōu)化設(shè)計(jì)

表皮復(fù)雜曲面幕墻的設(shè)計(jì)具有不可標(biāo)準(zhǔn)化和形態(tài)不規(guī)則性。對于西側(cè)和北側(cè)立面的雙曲幕墻我們通過參數(shù)化具有的批處理能力，對所有玻璃，穿孔板進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)和分析，找到他們與結(jié)構(gòu)連接的空間尺度，對需要優(yōu)化的四邊形、五邊形玻璃進(jìn)行優(yōu)化，對小于30度銳角的三角形玻璃進(jìn)行標(biāo)記等，這些工作大大減少重復(fù)性勞動(dòng)工作。

　　節(jié)能計(jì)算中的一些小應(yīng)用

節(jié)能計(jì)算往往針對普通項(xiàng)目的墻體窗等進(jìn)行分析決策，本項(xiàng)目曲面的復(fù)雜性在節(jié)能計(jì)算中很難認(rèn)定，通過參數(shù)化對幕墻的空間三維定位，我們方便地定義了節(jié)能計(jì)算中對幕墻，墻體朝向的認(rèn)定，利用這些幕墻三維空間坐標(biāo)的投影找到所有幕墻的空間朝向。

　　結(jié)構(gòu)曲面與曲率分析

除了形式的異形，兩館項(xiàng)目在結(jié)構(gòu)表皮上也存在大量異形曲面，參數(shù)化的方式分析了這些鋼結(jié)構(gòu)的曲率和優(yōu)化方向。

　　三維異形鋼結(jié)構(gòu)的空間定位和截面角度確定

這些復(fù)雜異型的鋼結(jié)構(gòu)在空間中呈現(xiàn)扭曲，作為建筑師通過參數(shù)化方式對結(jié)構(gòu)的空間定位帶來很大幫助。這些異型鋼結(jié)構(gòu)除了自身的扭曲，在截面上也有不同變化，我們通過對所有結(jié)構(gòu)進(jìn)行遍歷篩查分析，將所有結(jié)構(gòu)按照500mm距離進(jìn)行切片，把找到的上萬個(gè)截面進(jìn)行定位標(biāo)記與尺寸輸出，將這些輸出值以EXCEL表格形式可直接對接到鋼結(jié)構(gòu)深化公司與廠家。這些數(shù)據(jù)也作為結(jié)構(gòu)工程師計(jì)算的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)進(jìn)行結(jié)構(gòu)荷載計(jì)算。

　　數(shù)據(jù)的優(yōu)化和排序

本項(xiàng)目對于參數(shù)化最大難點(diǎn)是模型信息的缺失下，通過模型方向查找排序所有信息，這一類排序工作大量地通過數(shù)學(xué)和編程操作，為設(shè)計(jì)的參數(shù)化工作提供了基礎(chǔ)。

　　結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)和難點(diǎn)

　　專業(yè)負(fù)責(zé)人徐霖代表結(jié)構(gòu)專業(yè)進(jìn)行交流

　　結(jié)構(gòu)特點(diǎn)與難點(diǎn)

　　兩館項(xiàng)目外表皮為由傾斜、扭曲、旋轉(zhuǎn)曲面以及部分直立面構(gòu)成的復(fù)雜多面體網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)。

大懸挑桁架

表皮鋼結(jié)構(gòu)與主體結(jié)構(gòu)關(guān)系復(fù)雜

屋蓋系統(tǒng)（包括側(cè)面表皮鋼結(jié)構(gòu)系統(tǒng)）為雜交結(jié)構(gòu)體系

本建筑結(jié)構(gòu)的空間幾何表達(dá)模式需要?jiǎng)?chuàng)新方法

型鋼-混凝土柱、型鋼-混凝土核心筒墻在本項(xiàng)目中大量運(yùn)用

　　復(fù)雜結(jié)構(gòu)單元

勺子形幕墻

雨蓬

大螺旋樓梯

空中連廊

云雕塑

　　專題問題分析

結(jié)構(gòu)超限定位

　　由于兩館建筑的獨(dú)特性，難以適用某些規(guī)范規(guī)定。因此，本項(xiàng)目以如下指標(biāo)對建筑結(jié)構(gòu)特性進(jìn)行控制：

A.平面指標(biāo)（規(guī)則性）：

a. 主要體現(xiàn)在5.0m、10.0m標(biāo)高樓面大開洞；

b. 在30m標(biāo)高藝術(shù)館南側(cè)樓板全開洞，與南側(cè)表皮鋼結(jié)構(gòu)完全脫開；

c. 20.0m、30.0m標(biāo)高兩館樓層相對獨(dú)立。

　　B.空間形體指標(biāo)(豎向規(guī)則性)：表皮鋼結(jié)構(gòu)在規(guī)劃館北側(cè)有43.3度傾斜，在藝術(shù)館南 側(cè) 20.0m標(biāo)高有15.7m懸挑并支撐連接屋蓋的屋蓋鋼結(jié)構(gòu)。

C．表皮鋼結(jié)構(gòu)形式復(fù)雜性：屬于大型展覽館，表皮鋼結(jié)構(gòu)（屋蓋）超出常用空間結(jié)構(gòu)形式（包含扭曲、不規(guī)則、大跨、網(wǎng)殼不連續(xù)等）。

D．表皮鋼結(jié)構(gòu)與內(nèi)部樓層及屋蓋連接的復(fù)雜性：表皮鋼結(jié)構(gòu)在20.0m、30.0m標(biāo)高樓層僅在藝術(shù)館的東、南側(cè)有連接，其余部分均和內(nèi)部樓層脫開，在屋面又連成整體。

縱上所述，可以將本建筑結(jié)構(gòu)定位為特別不規(guī)則建筑。

　　經(jīng)驗(yàn)與總結(jié)

兩館項(xiàng)目在結(jié)構(gòu)上有如下亮點(diǎn)

　　結(jié)構(gòu)與建筑的完美統(tǒng)一：大到鋼表皮，小到鋼樓梯，結(jié)構(gòu)構(gòu)件本身又是建筑元素。裸露的結(jié)構(gòu)體現(xiàn)了建筑之美，實(shí)現(xiàn)了二者的完美統(tǒng)一。

創(chuàng)新的結(jié)構(gòu)形式：創(chuàng)新運(yùn)用了表皮鋼結(jié)構(gòu)-核心筒結(jié)構(gòu)體系，并與水平懸挑屋面鋼桁架系統(tǒng)共同工作，充分發(fā)揮了不同結(jié)構(gòu)單元的特點(diǎn)。

先進(jìn)的分析手段：充分利用多種空間分析軟件，得到各類復(fù)雜構(gòu)件的大量數(shù)據(jù)并進(jìn)行大運(yùn)算量的分析，進(jìn)行精準(zhǔn)數(shù)值模擬。為以后各類復(fù)雜空間結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)積累經(jīng)驗(yàn)。

以上是建筑、結(jié)構(gòu)專業(yè)的交流內(nèi)容，因?yàn)槠?，機(jī)電、景觀待續(xù)……

交流會(huì)結(jié)束后，兩館項(xiàng)目各專業(yè)負(fù)責(zé)人帶領(lǐng)參會(huì)人員一同前往兩館進(jìn)行參觀，并為參觀人員進(jìn)行講解。有了交流會(huì)上的匯報(bào)，大家的參觀更具有目的性，加上各專業(yè)負(fù)責(zé)人的詳盡講解，相信大家都有了豐碩的收獲。

About UED

版權(quán)聲明|文章轉(zhuǎn)載自 華森設(shè)計(jì)，未經(jīng)允許禁止轉(zhuǎn)載

UED Contact

Explore More