关于建筑与结构辩证统一性的研究

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　　摘    要：建筑与结构的统一性是创造独特建筑空间体验的一个关键设计因素。微电影小镇大门通过空间悬拱结构设计，塑造一处城市标志。独特的标志环造型，在诠释了影视播放机轮盘寓意同时，像城市天空中划过的一道彩虹。
　　关键词：特型建筑;大门;标志环;空间桁架;城市地标
　　随着当代建筑技术和建筑材料的发展，城市中涌现出了很多特型建筑。它们以其独特的外观造型构成了城市的一道风景。特殊的结构设计与新型建筑材料的应用，为建筑师实现自己的创作理想，提供了强有力的支撑和保证。象鸟巢、水立方、国家大剧院、大兴国际机场等明星建筑均反映了建筑与结构的辩证统一性，体现了建筑与结构高度融合，塑造了非同凡响的建筑空间。
　　本文以微电影小镇入口大门为例，浅析建筑与结构设计的辩证统一性。
　　微电影小镇位于湖南省临武县挂榜山下。大门作为小镇的主入口，正对城市主干路晴岚路，其拱形的标志环结构像一道从空中划过的彩虹，成为临武城市地标。建筑构思取自放映机的圆形轮盘，轮盘分为两半，前标志环面向城市，为入口标志;后标志环面向小镇，通过上人观光屋面可以俯览小镇，为展示窗口。前后环的水平投影形成为一个半径为20.8m的圆。
　　前标志环的长半径为31.961m，扬起角度为45[°]。半环中心设宽12m的水幕，下方有一弧形水池，为减小风对水幕的影响，环与弧形水池之间通过玻纤丝线连接。水帘沿丝线流下，通过电动控制其压力与流速，使其在有风时不会产生飞雾。下方水槽容积根据水流量详细计算，槽内设加压水泵，将水净化后重新注入标志环上方出水槽内，循环使用。
　　后半环扬起角度为21[°]，后标志环的长半径为24.208m，其下覆盖着小镇游客服务中心。服务中心首层功能有纪念品商店、公厕、消防控制室、室外机房、储藏室。二层设售票处和咖啡厅。 大门前设有约50m宽的集散广场，游人可通过屋顶上木坡道步行进入园区。
　　大门主体采用钢框架与独立基础结构，挡土墙为250mm厚钢筋混凝土墙。两个标志环绞点设钢筋混凝土支座，支座采用桩基础。
　　前标志环采用空间桁架体系，建筑截面尺寸为3.6m[×]3.6m的方形，两侧向内凹进600mm做造型线脚。在此标志环内部设有水幕的上水管、储水箱和控制系统，标志环桁架内部空间可容一人检修通过。整个标志环造型材料以银白色铝单板为主，局部使用黑色亚克力板做饰面，通过搭配拼接形成胶片的装饰图样。两环之间以拉索连接，增加其结构稳定性。铝单板幕墙采用优质高强度铝合金板材，其构造主要由面板、加强筋和角码组成。角碼直接由面板折弯冲压成型，加强筋与面板后螺钉（螺钉直接焊在板面背面）焊接，增强了铝单板幕墙的强度与刚性，使之成为一个牢固的整体。保证了长期使用中的平整度及抗风震能力。铝板幕墙表面经过铬化处理后，再采用氟碳喷涂处理。
　　后侧上人标志环与建筑主体结构相连，其钢结构以四根立柱支撑。钢环外装在施工过程中，由内而外分步安装。首先，在主梁上确定好钢骨架支撑，然后做一层15mm厚纤维水泥板垫层，在其上铺设防水卷材，然后再铺扣铝板饰面，板缝采用无色防水建筑胶密封。
　　前标志环底侧600mm凹槽内安装LED屏幕，屏幕多块拼接成弧形。屏幕与小镇内的智能中控室连接，进行数据实时传送，展示宣传小镇活动场景与游览参观动态画面。
　　入口大门结构形式复杂，包括钢框架结构、空间桁架结构、拉锁结构和钢筋混凝土结构， 虽然该建筑规模不大却极具设计挑战性。在设计过程中通过空间模型搭建，反复分析和模拟关键节点的受力情况，不断进行计算与修正。在前期结构方案中，考虑了采用箱型截面作为标志环的受力管筒来解决其结构问题。经数据分析，箱型截面固然有强度储备充足、结构刚度大的优点，但本项目的结构特点导致构件内力的主要占比成分是自重荷载和风荷载，箱型截面不仅产生较大的自重，同时材料消耗也较大。结构方案将锚固于大门建筑上的悬索作为45°地标环的斜拉条件来平衡标志环的倾覆荷载。经过分析和比较，虽然大门的房建部分已经承担了标志环的倾覆荷载，但框架自身受建筑使用条件的限制，结构抗侧力刚度非常弱，加之受制于建筑的使用功能要求，增加房建部分结构平衡刚度将影响到实际使用功能。基于以上条件及对结构特性的进一步理解，后期尝试标志环采用独立结构体系。设计中将箱型实腹杆件优化为空间桁架，结构自重降低很多（降低约50%）。又经过对悬挑结构多个软件计算（迈达斯Gen、盈建科）复核，确认了此建筑采用自结构体系的可行性，最后采用空间桁架结构。
　　标志环采用Q345圆钢，单个杆件最大轴力达到1745kN。桩顶反力计算中采用盈建科模型结果为1765KN，采用迈达斯模型结果为1533kN，计算结果接近，取较大值。标志环位移分析为145/41287=1/284<1/250，按大跨结构其最大位移满足结构设计要求。结构整体抗倾覆验算比值Mr/Mov为524。X向最大层间位移角：1/4136，Y向最大层间位移角：1/3213。X方向最大位移与层平均位移的比值为1.95，Y方向最大位移与层平均位移的比值为1.96。因为本建筑平面及竖向布置较特殊性，在地震荷载下二层最大位移仅为2mm，不足以对结构整体安全性构成危害。标志环的总体倾覆弯矩很大，作为一个独立结构体系，其自身的稳定性是结构安全性的第一要点。所以在初步设计阶段，要求地质勘察单位对标志环实际基础点位完成地质勘察工作。
　　在前面分析中，提到了将标志环拉索作为装饰性拉索来处理，避免其较大拉力对大门的房屋建筑部分的不利影响。虽然拉索部分采用了装饰索来处理，但拉锁本身长度在45米，正常使用过程中，风荷载会对其受力有较大影响。结构设计考虑采用对装饰拉索施加部分预应力的方案来解决，同时在拉索交汇位置，分批次将临近拉索通过锁具进行连接固定，从而降低拉索长度。
　　拉索在两个标志环之间是交叉联系的，每个拉索与标志环节点的转动弧度是相同的，所以由上至下，拉索之间的距离应该是由小至大，上方几个“人字形”拉索之间由于距离太近可能产生相互摩擦，对拉索受力产生不利影响，也会产生摩擦声响。为避免拉索之间摩擦，在两个距离较近拉索之间设置锁扣固定，锁扣由专业厂家按实际位置定型制作，样品经现场试样检验合格后使用。
　　参考文献：
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