上海世博会中国国家馆屋盖钢结构设计与分析
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1000-565X(2011)09-0082-062010年上海世博会中国馆国家馆结构体系许名鑫陈福熙谢曙周汉香华南理工大学建筑设计研究院,广东广州510641摘要:文中介绍了2010年上海世博会中国馆国家馆的总体概况-4个筒体从地区馆升起,空中连成整体作为展厅,层叠出挑,呈倒四棱台斗冠状.阐述了国家馆的一些结构设计特点——依建筑外形设置的斜柱,为楼盖大梁提供竖向支承,满足了展厅内没有柱子的大空间使用功能要求,通过加强斜柱根部楼层的连梁和楼盖刚度,使33.3m标高楼盖自相平衡地受压而不是剪力墙受剪来承担更多的斜柱水平分力.此外,还介绍了41.4、49.5、60.3和69. 9m标高楼盖的结构布置及3根斜柱交汇处的节点做法、组合梁的起拱原则、内力较大处梁的做法、抗震设计等.上海世博会;中国馆国家馆;结构体系;剪力墙;斜柱;组合楼盖TU 398.910. 3969/j. issn. 1000-565X. 2011.09. 0142011-02-14作者简介:许名鑫(1978-),男,博士,一级注册结构工程师,主要从事现代预应力混凝土结构研究和复杂结构设计.E-mail:mxxu@ scut. edu.cn838485结论@@[1]方小丹,韦宏,陈福熙,等.中国2010年上海世博会中 国馆国家馆超限高层建筑抗震设计可行性报告[R]. 广州:华南理工大学建筑设计研究院,2008.@@[2]方小丹,韦宏,江毅,等.广州西塔结构抗震设计[J]. 建筑结构学报,2010,31(1):47-55.Fang Xiao-dan, Wei Hong, Jiang Yi, et al. Seismic design of the Guangzhou West Tower [ J ]. Journal of Building Structures,2010,31 ( 1 ) :47-55.@@[3] 本格尼.S.塔拉纳特.高层建筑钢混凝土组合结构设 计[M].罗福午,方鄂华,王娴明,等,译.第二版.北京: 中国建筑工业出版社,1999.@@[4] 龙跃凌,蔡健.核心高强钢管混凝土组合柱轴压承载 力计算新方法[J].华南理工大学学报:自然科学版, 2010,38(10):26-31.Long Yue-ling,Cai Jian. A new method to calculate axial bearing capacity of composite columns with core of high strength concrete-filled steel tube [ J ]. Journal of South China University of Technology : Natural Science Edition, 2010,38(10) :26-31.@@[5] 同济大学土木工程防灾国家重点实验室.中国2010年 上海世博会中国馆国家馆结构模型模拟地震振动台 试验研究报告[R].上海:同济大学土木工程防灾国 家重点实验室,2008.@@[6]DGJ08-11-1999.(上海市)地基基础设计规范[S]. Structure System of China National Pavilion at Expo 2010 Shanghai China Xu ming-xinChen Fu-xiXie ShuZhou han-xiang。
上海国家会展中心大跨钢结构屋盖温度应力分析与对策上海国家会展中心是一座标志性的大型现代化展览建筑,其大跨钢结构屋盖是该建筑的重要组成部分。
在使用过程中,由于夏季高温和日照辐射等因素的影响,屋盖结构会受到温度变化所引起的应力作用,从而可能导致结构变形或破坏。
因此,对于屋盖的温度应力分析和对策制定非常重要。
首先,针对大跨钢结构屋盖的温度应力分析,需要考虑以下因素:1.温度变化范围:夏季高温时,屋盖表面温度会高于环境温度,而冬季低温时则相反。
因此,需要对温度范围进行具体的分析和测量,进而确定温度应力的产生范围。
2.材料的热膨胀系数:钢结构材料的热膨胀系数是影响温度应力的重要参数之一、通过对材料的物理特性和热膨胀系数进行分析,可以计算出由温度变化引起的应力大小。
3.结构连接方式:屋盖结构的连接方式也会对温度应力产生影响。
不同的连接方式会出现不同的应力分布情况。
因此,在分析温度应力过程中需要考虑结构的连接方式。
4.环境作用:除了温度变化外,还需要考虑环境作用,如风载荷、震动等因素,它们也可能会增加屋盖的应力。
针对以上分析结果,可以制定以下对策来应对屋盖的温度应力问题:1.材料选择:选择具有较小热膨胀系数的材料,可以减小温度应力的大小。
例如,可以选择热膨胀系数较小的高强度钢材料。
2.结构调整:在设计阶段合理调整屋盖结构,如选择合适的连接方式和降低结构应力集中的地方,可以减小应力的产生和传播。
3.温度控制:通过增加屋盖的散热和降温能力,减小温度应力的大小。
例如可以采用防晒、强化散热系统或保温隔热材料等措施。
4.监测与维护:定期对屋盖结构进行监测,及时发现异常变化,并采取相应的维护措施,以保证结构的安全。
总之,上海国家会展中心的大跨钢结构屋盖在分析温度应力问题时,需要综合考虑温度变化、材料特性、结构连接方式和环境作用等因素。
制定合理的对策可以减小温度应力的大小,确保屋盖结构的安全运行。
从世博会场馆建筑在钢结构、悬索结构、索膜结构、网格结构、张拉结构等领域新技术展示、新材料应用和建筑要求三个方面,建筑结构对世界现代建筑和结构技术的发展起到了积极的推动作用。
钢结构多用于上海世博会上,由于跨度大等特点,大跨度空间结构成为了上海世博会主要的结构。
上海世博会世博中心,是世博园区内“一轴四馆”的钢结构吊装量最大并首个实现钢结构封顶和幕墙全面封闭的项目,又是中国首批6个获得“绿色建筑”证书的项目中唯一一个大型公共建筑项目,还是上海市重大工程综合创优观摩活动的主会场。
其中,西侧展厅是一个典型的钢结构建筑。
西侧展厅为126m×180m 室内无柱大空间,建成后将成为国内最大跨度展厅之一,室内空间如图3所示;东侧展厅东西向宽度为90m,中部沿南北向布置一列柱子,将东侧展厅分隔为两个跨度为45m的空间,室内主要为2层结构,局部设置夹层作为附属用房;中厅位于东、西侧展厅之间,东西向跨度为36m;南北两侧挑檐悬挑长度为1819m。
另外,历届世博会各国也有自己独特的钢结构建筑。
1933年美国芝加哥博览会的汽车馆,采用了直径为60m的圆形平面悬索结构,是当时世界上最大的悬索结构,因而颇受世人注意。
1937年巴黎世博会的圆形大厅,采用了类似自行车轮的屋盖结构,其辐射钢索是靠中央圆环的自重绷紧。
1958年的布鲁塞尔世博会的法国馆,是由两个紧靠的蝶形悬索结构构成的展览大厅。
1970年日本大阪世博会主题馆———节日广场,采用六点支承的正放四角锥平板网架,钢管杆件,空心铸钢螺栓球节点,其四边均向外悬挑。
采用地面拼装、整体提升工艺。
网架偏中有个50m的大圆孔,有塔型太阳神雕塑从中伸向高空。
整个网架覆盖面积长292m、宽108m,给人以非凡的震撼力。
2010上海世博会运用钢结构的建筑近年来,在高层重型钢结构、大跨度空间钢结构、轻钢结构、钢-混凝土组合结构、钢结构住宅的共同发展推动下,我国城市经济快速发展。
这些钢结构的广泛运用展示和证明了它的建筑魅力,以及无限的发展空间。
以钢材制作为主的结构,是主要的建筑结构类型之一。
钢材的特点是强度高、自重轻、刚度大,故用于建造大跨度和超高、超重型的建筑物特别适宜;材料匀质性和各向同性好,属理想弹性体,最符合一般工程力学的基本假定;材料塑性、韧性好,可有较大变形,能很好地承受动力荷载;建筑工期短;其工业化程度高,可进行机械化程度高的专业化生产;加工精度高、效率高、密闭性好,故可用于建造气罐、油罐和变压器等。
其缺点是耐火性和耐腐性较差。
主要用于重型车间的承重骨架、受动力荷载作用的厂房结构、板壳结构、高耸电视塔和桅杆结构、桥梁和库等大跨结构、高层和超高层建筑等。
钢结构今后应研究高强度钢材,大大提高其屈服点强度;此外要轧制新品种的型钢,例如H型钢(又称宽翼缘型钢)和T形钢以及压型钢板等以适应大跨度结构和超高层建筑的需要。
钢结构又分轻钢和重钢。
判定没有一个统一的标准,很多有经验的设计师或项目经理也常常不能完全说明白。
在世博园这片5.28平方公里的区域内,无论是“东方之冠”中国馆,还是依江而建的一个个造型独特的世界各国场馆,大都以钢结构建筑形式展现在世人面前。
众多富有想象力带有幻想光彩的建筑造型,从不同民族文化传统、风土人情、文学艺术、历史典故、时代风尚、地域气候、科技信息等方面,通过应用现代钢结构建筑技术对建筑空间、外型、表层材料肌理的处理,诠释出形式各样的人文精神和建筑理念,营造出不同的主题展示空间。
上海世博园汇聚了许多富有创意、千姿百态的各国和国际组织的钢结构建筑,成为世人目光的焦点。
在瞬息万变的信息时代,一个世界性博览会所要传递的信息,不仅仅是世博展会本身的科技信息,而且世博园内的建筑无懈可击是最大、最直观的信息传递符号,是承载世界各地人文精神的大舞台。
浅谈世博会主题馆中的钢结构设计摘要:上海世博会主体馆作为2010年上海世博会的永久保留建筑,其设计包含了三大中国之最:跨度最大、单体太阳能屋面最大、绿化墙面最大。
本文重点介绍了世博会主题馆中西侧展厅的钢结构设计,结合实际情况,分析钢结构方案的选择。
关键词:主题馆;西展厅;钢结构1、世博会主题馆整体结构概述世博会主题馆是2010年上海世博会的“一轴四馆”中核心建筑群的一部分。
其中,主题馆的东西向长度为288m,南北向宽度为216m,约有8.0万㎡的地上建筑面积、4.8万㎡的地下建筑面积。
主题馆的建筑造型遵循“城市屋面肌理”和“里弄”基本思路,以“折纸”的特殊形式,分别形成了从二维平面到三维立体空间的转换。
世博会主题馆的整体面积呈矩形,根据建筑功能的不同,将其分为西侧展厅、中厅和东侧展厅,西侧展厅作为室内无柱大空间,是目前我国跨度最大的展厅之一;中厅在东侧和西侧展厅之间,其东西方向的跨度约36m、南北两侧的挑檐悬挑长度是18.9M;东侧展厅的东西向跨度是90m,在跨中部位沿着南北方向布置了一排柱子,分别将东侧展厅分割成2个空间,室内为2层结构,在局部位置设置了夹层,发挥辅助用房的作用。
另外,在主题馆的设计中,包含了三大中国之最:一是建筑的跨度最大,其中西侧的2号展厅和3号展厅是108m×126m的矩形无柱大跨度空间;二是单体太阳能屋面最大,太阳能板的面积约为3万㎡;三是绿体墙面最大,其中东西两侧立面的生态绿化墙面积达到6000㎡。
2、西侧展厅钢结构设计分析针对西侧展厅大跨度的特殊性,在设计初期,共提出了三种结构方案,即:单向张弦桁架方案;双向张弦桁架方案;巨形框架方案。
以下将对具体方案内容进行分析:方案一:单向张弦桁架方案在方案一种,沿着屋盖的东西方向布置了9榀跨度为126m的张弦桁架。
张弦桁架的上弦刚性结构是三角形,高与宽均为3m;下弦则设置了2根拉索,以此强化整个结构的钢度承载力;同时也带来了复杂的节点构造及施工张拉困难等缺陷;每根拉索分别由3个索段组成,在折点位置,利用两组高度8.5m的撑杆体系和上部桁架连接成为整体,形成一个高11.5m的张弦桁架。
建筑结构学报 Journal of Building Structures 第31卷第5期2010年5月Vol131No15May2010010文章编号:100026869(2010)0520070209世博会主题馆钢结构设计与分析研究丁洁民1,吴宏磊1,2,何志军1,万月荣1(1.同济大学建筑设计研究院(集团)有限公司,上海200092;2.同济大学建筑工程系,上海200092)摘要:主题馆作为2010年上海世博会“一轴四馆”核心建筑群的重要组成部分,建筑平面南北向21718m、东西向28810m,其中,西侧展厅为126m×180m无柱大空间。
针对屋盖跨度大、整体结构超长且平面不规则等特点,对屋盖结构体系选型和下部框架支撑体系选型进行了详细比选,最终,屋盖采用了由索撑张弦桁架与立体桁架组成的长度为270m的4跨连续梁结构,下部钢框架采用了钢支撑与粘滞阻尼支撑形成的混合支撑框架体系。
对结构设计中的一些关键问题进行了分析研究,得到以下结论:与局部抽空方案相比,屋盖满堂支撑方案下结构整体性较好;滑动支座与预应力拉索的合理应用,提高了屋盖结构效率,同时释放了屋盖对下部结构水平推力;混合柱间支撑方案既满足结构抗侧刚度的要求,同时有效降低了超长结构温度作用内力;东侧展厅变截面箱梁方案综合兼顾了建筑形式、结构受力以及设备管线穿行的要求。
关键词:大跨度结构;张弦桁架;混合支撑体系;超长结构;平面不规则;极限承载力分析中图分类号:T U39819 T U318 文献标志码:AStructural analysis and design of The me Pavili onof the World Ex po2010D I N G J ie m in1,WU Honglei1,2,HE Zhijun1,WAN Yuer ong1(1.A rchitecture Design&Research I nstitute of Tongji University(Gr oup)Co.L td,Shanghai200092,China;2.Building Engineering Depart m ent,Tongji University,Shanghai200092,China)Abstract:A s an i mportant building of the core area with one axis and four pavilions of the Shanghai2010World Exposition,the Theme Pavili on has a p lan di m ensi on of21718m by288m with its western exhibition hall covering a column2free s pace of126m×180m.A s the roof s pan is very large and the whole structure is super long with irregular p lan,the r oof structural system and the braced frame system are investigated in detail.For the final design,the r oof structural system adop ted a270m long four2span continuous beam which has a126m2s pan truss string structure and three2s pan s patial trusses,and the steel frame adop ted m ixed column brace system composed of steel brace and energy dissi pation brace.The paper discusses several key challenges in the design.The analytical results show that comparing with r oof brace with opening scheme,the full fram ing r oof brace scheme can assure r oof structural stability.The app licati ons of sliding bearings and cables i mp r ove the efficiency of r oof structure and release r oof thrust t o the supporting structure.M ixed column brace scheme not only satisfies structural lateral rigidity requirement,but als o releases the unfavorable force resulting fr om temperature variation.It is als o sho wn that non2unifor m box girder scheme of east exhibition hall can accommodate the comp lex co mbinati on of architectural demand,structural perfor mance and equi pment align ment.Keywords:large2s pan structure;truss string structure;m ixed brace system;super2long structure;irregular p lane; ulti mate bearing analysis作者简介:丁洁民(1957— ),江苏泰兴人,工学博士,教授。
上海世博会中国馆国家馆结构设计与研究华南理工大学建筑设计研究院:方小丹总工程师方小丹:各位前辈、各位领导、同仁,以下我代表上海世博会中国馆国家馆的设计团队来给大家汇报一下上海世博会中国馆国家馆结构设计的情况。
世博会中国馆在世博会园区浦东区域主入口的位置,由国家馆、地区馆和港澳台三部分组成。
其中,国家馆被称为“东方之冠”,底部架空,展区部分层叠出挑,平面尺寸由底部的69.9米X69.9米,到了路面是134.4×134.4,整个中国馆现在已经超过了16万平方米。
大致情况是这样的,这是地区馆部分,A区的是国家馆的部分。
分布是这样的,分成了国家馆是独立的。
这是它的模型,从模型可以看到它的情况,地下是一层,顶上是两层,是四个大柱子,由筒体这里展出一些斜撑,这个斜撑是用来支撑整个层层出挑的木杆,整个斜撑总共有20根。
结构是这样的,整个体系是钢筋混凝土筒体加上整个楼盖的结构体系。
4个筒体18.6×18.6,四个落地筒除承担竖向荷载外,还承载了地震荷载。
20根斜柱是800×1500,厚度是35个mm。
楼盖。
楼盖采用密肋梁,钢筋桁架的模板,密肋梁和混凝土、楼板做成一个主的楼盖,楼板的厚度是130厚。
到了这个楼盖,这个楼盖是60.3,板厚是1.4,贴面这一层往外的推力还是比较大的,所以我们做了一个预应力,昨天我在上面再检查一下楼盖的情况,整个楼盖是130多米见方的楼盖,到目前为止还没有发现什么裂缝,它的整个筒体非常大。
荷载。
这个展区的荷载比较大。
这是展厅的平面,在这个图上可以看到。
中间是四个筒体,然后是20根斜撑,这是它的一个剖面情况。
这个楼梯间里面还有很多隔板在核心筒中间,因为我们要算一些层间位移的东西,所以最后划分成7个楼层,实际上里面还有很多隔板。
基础。
基础设计。
它的基础是采用罐注桩基础,桩48,我们用了一个420吨的承载力,后来加的时候加到11级,到我们这个国家馆这里由于地铁方面的要求,非常靠近周家嘴站,这里用了一个350吨。
中国2010年上海世博会主题馆钢结构安装技术方案1.工程概况:1.1 世博主题馆建筑轴线长1轴~26轴288米,宽A~W轴180米,建筑高度地下-9.0米,地上柱顶标高+24米,屋面标高+27米。
1.2 世博主题馆1~10轴为无柱展厅屋顶采用144米大跨度屋面钢桁架,单榀重量约160吨,跨度之间不设柱,屋面钢桁架呈三角形,下弦设2根张拉钢丝索索体。
+3.85米、+5.95米1~1/1轴、9~10轴、+11.95米A~W轴、1~1/1轴有部分钢平台和钢扶梯。
1.3 世博主题馆10~26轴是多层展厅,从-9.0米地下大底板面至一层展厅±0.0、至建筑物柱顶部为+24米。
-9.0米~±0.0米以下纵横柱距为9米,±0.0米至屋面桁架纵横柱距为18米,跨中设二根钢柱,跨距为10轴~14轴36米,14轴~20轴54米,20轴~26轴54米,屋顶同样采用144米大跨度屋面钢桁架,单榀重量约160吨。
1.4 主题馆10~26轴钢柱从-9.0米~±0.0米标高均为600断面外包混凝土箱型钢柱,除钢柱外,地下展厅,一层展厅均为张拉混凝土梁、板结构。
+4.45米A~W轴、14~15轴有部分钢平台,+11.95米除C~S轴、15~25轴外均设钢平台。
A~C轴、11~13轴10.13米~11.9米标高设高架平台。
1.5 主要钢结构材料1.5.1 钢框架-支撑结构中梁柱,材质为Q345-B钢,屋面结构中的主要受力构件的材质为345C,其余均为345B。
1.5.2 高强度螺栓采用10.9级高强度螺栓,Q235钢的摩擦系数μ-0.45,Q345钢的摩擦系数μ-0.50。
普通螺栓采用C级螺栓,性能等级为4.8级。
锚栓采用Q235钢。
1.5.3 焊接材料选用E4315、E4316、E5015、E5016等系列型号。
1.5.4 钢索采用破断强度为1670Mpa钢丝束索体,索体弹性模量不小于1.9Mpa。
世博主题馆屋面桁架加工分段技术对比分析摘要:本文总结介绍了馆屋面大型钢结构的安装技术,内容主要包括大跨度管桁架的高空累积滑移、整体下落就位以及桁架滑移的牵引、整体桁架防倾斜控制的技术。
关键词:吊装;滑移;屋面桁架;工程技术1 工程概况2010年中国上海世博会主题馆是世博会永久保留建筑之一,位于上海世博会B片区。
主题馆设计引入了“上海里弄”、“老虎窗”等地方建筑特色,屋面三角形的连续构架令人联想到风筝、纸飞机、飞鸟等象征自由、美好生活的元素。
屋面主桁架分为东区和西区两部分,主桁架的截面为正三角形,上弦和下弦的轴线标高差为3000mm,东区主桁架共9榀,每榀总长144m,由4根柱子支撑;西区主桁架共9榀,每榀总长126m,两端座在柱子上,下方为两条通长预应力拉索。
另外还有5组联系桁架连接主桁架,南北两侧还有两组边桁架和挑沿等附属结构。
主桁架和柱子的连接是通过发散的V型支撑连接,整个屋面有45组支撑,高度为3m,宽度为3m,长度为6m,重量共计130t。
2 工程特点分析本工程的屋面钢结构属于典型的空间大跨度管桁架,且东西两区分别为多点连续柱支撑和大跨度预应力张拉弦结构,但对于工厂加工来说,两者主桁架没有任何区别。
工厂加工、分段方案的选择可不考虑区分。
对于典型的大跨度管桁架结构,常规的加工方法主要有:散件发货,高空散装;整体出厂,现场吊装以及分段出厂;现场拼装等三种方式。
视工程项目的具体结构、运输条件及现场施工能力而定。
对于柱顶V型支撑,由于运输成本和空间尺寸控制等原因,一般工程均将柱顶的V型支撑散件运输到现场,进行单件吊装。
势必需要现场搭设大量支撑胎架、存在高空作业的风险、施工措施成本高,更重要的是现场施工工期长。
本工程的主要特点有:工期紧,现场拼装难度大、成本高;加工厂和安装现场距离相对较近,运输条件有利。
在主桁架吊装前,发现后续的施工工期十分紧张,必须采取有效措施和方法才能保证施工进度。
3 实际加工方法3.1 整体加工思路根据上述分析,本工程在实际加工时,采用主桁架分段出厂、现场分段吊装的方法。
上海世博会中国馆钢结构工程施工技术2010-07-16罗魏凌项海龙许银城(上海市机械施工有限公司200072)【摘要】由上海市机械施工有限公司承建的上海世博会中国馆工程国家馆为从33.22m开始外挑(外挑距离达34.75m),总高度达69.9m的巨型“皇冠”状结构;地区馆为屋顶均由巨型桁架组成的13m 高度的单层钢屋盖结构。
施工过程以施工进度控制为关键,针对国家馆钢结构与核心筒砼结构同步交叉施工,地区馆钢结构安装在已建混凝土平台上,国家馆和地区馆同步垂直层叠施工,M8线地铁从基坑西侧通过等各种复杂的施工工况,研制了一套“国家馆四个核心筒布置四台大型塔吊定点就位安装、地区馆采用四台大型塔吊行走于砼楼板上综合安装钢屋盖”的施工方法,铺开了施工作业面,取得了较好的施工效果,确保了施工工期和施工质量,对今后类似工程的施工具有较好的借鉴作用。
【关键词】大外挑钢结构交叉施工临时支撑1 工程概况2010年上海世博会中国馆位于上海世博会规划区核心区,以“东方之冠”的构思为主题的中国馆是整个世博园区的标志性永久建筑之一,是世博园区内最高的新建场馆建筑。
其西侧为世博轴,东侧、南侧、北侧分别为规划15米宽的云台路、南环路、北环路。
地铁M8号线在园区内穿过,地铁周家渡站与国家馆地下结构相连(见下图)。
中国馆由国家馆、地区馆等组成,总建筑面积105879m2。
国家馆结构体系为钢框架—剪力墙结构体系,以四个混凝土核心筒作为主要的抗侧力及竖向承载体系,核心筒结构标高为69.9m。
每个核心筒截面为18.6m×18.6m,相邻核心筒外边距约70m,内边距约33m;屋顶边长为138米×138米。
每个核心筒的四个角部设置截面为箱形(800×800,壁厚自25mm~50mm不等)的劲性钢柱,劲性钢柱从底板起始(-7.9m)至+60.3m,与屋顶桁架顶标高同高。
从+33.75m标高起,采用20根巨型钢斜撑支撑起整个大悬挑的钢屋盖。