结构创新与建筑美学相融,构筑元荡湖之上的超薄屋面结构

2023/02/24 | 官方博客, 最新资讯, 超薄板桁架结构

2020年沪苏交界处联通着苏州吴江与上海青浦两岸的环元荡贯通桥项目。

图 1鸟瞰元荡桥

元荡桥全长586米,整体设计以“同心结”为理念,体现青浦与吴江两地同心共治的发展愿景。桥身造型如同一条缎带,其上揉和湖水柔波元素的桥上栏杆,与元荡湖上的盈盈水波交相呼应,形成和谐统一的生态景观体系。桥上景亭的灵感源自当地传统雕塑的太湖石景亭,犹如一颗璀璨的明珠,镶嵌于宛如玉带的元荡桥之上。景亭设计采用参数化数字建模技术,创造了既是雕塑又是游乐场的多孔墙。

图 2景亭空中视角

纵观整座元荡桥,景亭雨棚是它最大的亮点。整个雨棚轻薄如飘带,在全长77m、端部悬挑4m的情况下,其厚度竟仅为100mm,边缘区域的厚度甚至缩小到了仅仅6mm。配合直径89mm的极细支撑柱,远远望去,这座雨棚犹如一页被精心裁剪的宣纸漂浮于桥面纸上,薄如蝉翼,振翅欲飞。整个雨棚几乎看不见任何显眼的接缝或横梁,好似没有重量般地落在立柱之上,其对于“轻薄”与“平整”的体现远胜于之前提及的案例。为什么这悬挑4m的雨棚能做到几乎看不到厚度、看不到结构?这是因为该项目的结构设计师采用了一种可以同时胜任这两项要求的新技术:板桁架。

板桁架是一种创新钢结构,采用上下两块钢板代替传统桁架,网架结构的上下弦杆,并配以高品质涂装同时充当建筑完成装饰面,建筑、结构的和谐统一。相对于传统网架而言,板桁架结构刚度和抗弯模量得以大幅提升。其主要特点就是超薄,是一种实现轻薄屋面的技术方案。

板桁架的建筑完成厚度可以做到50mm~100mm,边缘厚度甚至可以做到5mm,可实现100mm的板桁架具备8m的悬挑能力。此外,由于板桁架具有良好的双向传力性能,建筑师可以根据空间要求灵活的布置立柱,而不必像常规梁式结构一样必须考虑与上部结构的关系。这大大实现了在自然景观中通过板桁架技术,实现建筑实用性与自然的融合。

为了使板桁架技术在更多的项目中发挥其轻薄的优势,我们将板桁架技术进行了产品化打造,大大降低了轻薄屋面的使用门槛。这样带来的好处是:

1. 设计标准化,建立了设计库。设计变得比较简单。虽然仍然需要借助高级分析软件进行有限元分析,然而由于将一部分标准化工作前置,设计费将不再高昂,设计时间也变得更快,满足项目快速的要求。

同时,我们也研究了通过遗传算法获取最有力的立柱布置方案,使得设计速度大幅加快,合理性大幅加强。

2. 生产标准化,泰大创新联合工厂进行生产工艺攻关,可以快速完成项目的生产,而不是每一个工程都需要寻找合适的工厂加工。可以根据标准化的库存件,现场完成装配式快速拼装。

3. 成本降低。

(1) 当工程变成了产品,产品标准化以后,造价自然就大幅降低了。

(2) 通过有限元分析的结果,优化板厚

(3) 建筑即结构,无需铝板装饰。这样节省的铝板成本,足以用来做板桁架的结构了。