国内会展中心大型屋面结构分类之研究.pdf

设计与装饰
广东建材2015年第5期
国内会展中心大型屋面结构分类之研究
万蕴1万邦伟2易飞宇3胡婷婷3
(1东南大学成贤学院2东南大学建筑设计研究院有限公司;3东南大学建筑学院
(摘要】国内会展中心已在当下市民的社会生活中渐行渐近,并逐渐成为一个城市公共生活中心
的重要组成部分,必将随着近年来我国国民经济GDP的高速增长与人均收入的稳步提高,越来越多
的、不同类型的、奇思妙想的城市会展中心如雨后春笋一般大批涌现到我们的面前。而其中最令人难
以忘怀的是会展中心大跨度屋面之结构形式与造型,让广大市民从内心里十分敬佩国内现代会展中
心设计师所做出的杰作一一将建筑造型与屋面结构选型完美地结合起来,并达到了一个十分巧妙的
和谐与共生。本文从国内会展中心屋面的结构分类选型为起点,结合造型特色,笔者分析其内在的精
华所在
关键词】国内;会展中心:屋面结构之分类:造型:特色
1背景设计
近年来中国经济有了一个质的飞跃,市民的休闲时
间也越来越富裕,市民生活内容更加丰富多彩,会展中
心越来越成为人们前往参与活动的一个主要公共活动
场所,会展中心的会展活动内容也成为广大市民日常生
活中不可或缺的一部分。尤其在21世纪至今的十五年
间,国内城市会展中心每年创造GDP所占的比例在成倍
图1
增长。
会展中心屋顶的跨度越来越大、建筑规模越来越
大,其屋面结构的选型首当其冲、地位显赫,直接影响到
会展中心的特殊造型。结构建筑学在影响建筑师方案构
t性性
思中的张力越来越大,彰显出的正能量不可低估。建筑
师在方案中往往大力借助结构师一手之力与技术专长,
图2
图3
让大跨度屋面结构在精奥奇特选型中表达出结构设计
同时也反映出会展中心所处的年代性、投资额、环境圈
师所占的重要地位,越来越多的、特异的屋面造型给市和生态圈与历史性、人文因素等。
民留下了终生难忘的印迹。首先,在满足了大跨度会展
当代国内会展中心屋面结构可以分为三大类:平面
中心屋面结构合理受力的基本条件之下,会展中心之屋二维结构、立体三维结构体系、动态四维结构体系。其中
面造型往往可以随心所欲和标新立异。成功的会展中心二维平面结构体系主要有:梁板、拱形、钢屋架、砼桁架
的大力涌现反过来也大大激励了大跨度屋面结构受力和钢桁架等;三维立体结构体系有:向心式异形折板、预
体系的创新与发展,它们的造型特色在现代城市建设的
应力多变砼屋架、立体钢网架、钢悬索、空气式膜结构
历程中闪亮登场,并担当了越来越重的社会地位与历史等;四维动态结构体系有:异形渐变结构、钢质张拉膜、
责任。
玻璃加金属张拉膜体系、超强高分子尼龙纤维膜结构体
2大型屋面结构之分类
系、充气膜结构体系,壳体结构、篷帐张力结构等。最常
见的是充气膜屋面结构、预应力立体桁架加阻尼器屋面
在国内会展中心之结构设计体系中,大跨度屋面结
结构支撑体系、预应力悬索屋面结构体系、空间钢网架
构系统选型与设计,往往大大影响到会展中心的室内外
结构屋面体系等。它们的主要特性是工业化、简洁明快
空间特质体形、体形系数与建筑体量和建筑的识别性,速度快、装卸化、机械化、时代性和完整性强。
万方数据
广东建材2015年第5期
设计与装怖
笔者认为下面几种会展中心屋面结构体系必须加心屋面将太阳能发电管、太阳能热水管、太阳能集热采
以强调
光灯、太阳能发光管体系分別得以利用,并十分有利于
2.1充气膜屋面结构
应用到单层、多层、含地下会展空间的24h采光的天然
()充气膜屋顶结构:是在尼龙张拉膜材料制成的超照明。
薄表皮腔结构中充入轻质惰性防爆气体,构成不同流动
④保温隔热性:比较有利于应用于热带、亚热带、寒
造型的屋顶空间结构。由于充气膜结构轻质、轻荷载,屋冷地带及次寒冷地带之会展中心,充满惰性气体与膜体
顶成型快速、节约时问、节省投资,具有时代气息、工业表面涂层材料都是传热的不良导体,隔热绝缘性能极
化程度高。根据它的受力形式,空间充气膜结构可归纳好,十分有利于对室内外气温的保温、隔热、防热辐射
为由单元式充气膜结构、多元组合式充气膜结构、骨架等。
或表皮膜结构、预应力张拉式膜结构体系。不得不强调
⑤使用的长久性:根据膜体材料抗老化性、外部涂
的是骨架式单层表皮膜结构由于不利于隔热保温节能,层的工艺、材料与厚薄、膜材料的纤维成份与生产织物
使用机率越来越少,逐渐淡出会展中心设计与施工。而的生产工艺等可划分为:短期的5~10年、中短期的
充气式膜结构体系有利于隔热保温、对室外雨水的自洁10~15年、中长期的15~20年、长期的25年及以上。
性、对污染雾霾的去尘性,但对于不同部位充气之气压
⑥固定式与可开启性:前者比较传统,后者近五年
不同的精度、膜厚度要求极高,否则达不到预想的造型在国内得到广泛应用,造价较为高昂,对开启电动设施、
目的,充气及检测仪器先进性不可低估
防风雷精变要求比较高,但仍不失为ー个发展方向与研
(2)膜表皮预应力张拉技术之应用日渐成熟,使之不究的课题。
仅承受流动气体主、侧压力,而且对膜内自承式构件、房2.2预应力立体桁架加阻屁器屋面结构支撑体系
屋支撑体系、充气膜整体支撑结构释放、承受张拉力,进
前者已经是发展成比较成熟的结构受力体系,但在
步提高了结构体系的整体强度与刚度。根据一年四季8度及以上强抗震烈度地区,将钢筋砼梁及立体式空闯
及24h室内外气温、气压强度的变化,通过反馈式自检桁架与钢质阻尼器减震系统的加以组合式应用,极大地
计算机智能系统,不断自动调节、控制充气膜内部非燃提高了结构梁的刚度与抗震强度,保证在大震到来之时
烧特殊气体压强,保持高度的承斥强度
能够有效地释放出巨大能量,减少地震波对钢筋砼桁架
(3)张拉式膜结构往往与暴露式张拉索息息相连,曲的不利破坏。东南大学建筑设计研究院有限公司设计的
体柔面式动态十足的屋面造型犹如高山流水一般,对预八万多平方米的宿迁运河文化城一会展中心屋面结
应力张拉工艺要求极高,施工速度快,但受力的动态、立构就采用了这个受力体系。不过它要求多家专业厂家与
体系统颇为复杂,空间膜体系受力建模难度不小。
相关施工单位密切协同、配合施工、生产与加工,方能成
(4)勿庸置疑,膜结构屋面那奇特造型的设计,多半功。
是由结构设计师唱主角,表皮最终由于受压强度、曲线2.3预应力悬索屋面结构体系
之高寡、支撑体系各部分受到不同压力、浮力、拉力与张
该体系对高强度的悬索制作工艺要求极高,钢质、
カ各不尽同,影响复杂多变。
复合碳纤维材料等高强度材料的广泛应用,大大地满足
(5)充气膜式屋面结构的优
了预应力张拉、轻质、面随索走的动态造型,屋面的抗震
①环保性:膜材料可以采用绿色环保的再生材料,性能极佳,另外也有利于屋面自由设置不同形状的采光
便于材料回收再生及循环使用。
口,施工简便、工期短,但由于它稳定性较低,要防止悬
②防火阻燃性:根据目前国内外相关建筑防火规范索屋面体系在高风压、低气压、风力作用下发生翻转事
之要求,对于膜结构材料的防火及燃烧等级要求达到故的发生,因此,对于主索、副索的交互式设置以尽可能
B1级及以上。
增加屋面抗风和反倾覆之稳定性。此结构屋面造型一般
③采光性:膜常用透光率达5%~25%,另外,膜