世博建筑结构分析 - 图文

世博建筑结构分析

1.呼吸有机体 日本馆

日本馆是一个象征着生命体的建筑，在建筑的弧形表面有六个凹孔，三个凹孔上有触角，日本馆的设计理念是像生命一样，会呼吸的建筑，图片一中间的部分就是照片中看到有凹孔的地方。这是日本馆设计理念的三个设计元素，超级皮膜、一体化结构系统和生态呼吸柱。

超级皮膜 日本馆的建筑表皮系统是最新的LED太阳能发电池超轻薄膜系统，ETFT膜在北京奥运会也用过，这种是日本独有的一种可持续发展的新型材料，这种材料非常轻，是一种新型的太阳能电池。日本馆的外表层ETFT膜是双层结构，内层是紫色的，外层是透明的，之所以透明是因为很多模块里面有柔性的超薄太阳能板贴在紫色的膜上，太阳能板发的电能对建筑耗电做一些补充。膜是由厂家供应的，就像一卷卷卷纸那样，经过加工，把膜裁成一块块我们需要的形状和大小，再安装到整个框架里去，所以这种裁切后的膜回收利用的可能性会比较低，另外，由膜材形成的气枕结构可能发生漏气，但其内部有小管子，可以对气枕进行充气。

一体化结构系统 日本馆采用的是大空间的一体化结构系统，大家在图片三中可以看到多个双曲面的柱子，我们把它称之为空心柱，是支撑建筑的柱子。这个柱子是喇叭状的形状，可以有效分散结构色彩。通过使用一体化结构和覆盖在场馆表层的超轻膜结构，这可以说是非常环保的结构。

生态呼吸柱 这是一根柱子的剖面，我们把这根柱子叫做呼吸柱，呼吸柱可以将阳光、雨水、空气引入内部有效利用，这就是我们把日本馆称之为像呼吸的生命体一样的理由。大家可以看到呼吸柱的内部跟外部相通，属于外部的空间。下面是办公区，上面是展区，在这里自然光可以通过呼吸柱子到达办公区，但是仅凭6根呼吸柱是不能提供整个场馆的采光的，展品大部分还是需要定向的人工照明。其次雨水可以利用呼吸柱收集起来，在天气炎热

的时候这些水可以分散到建筑的表层，从而进行降温。没有被蒸发掉的水分再次被呼吸柱 节能理念收集起来，这样会形成水的循环利用。我们可以看到，呼吸柱上面的空气被阳光照射会不断升温，那些升温之后在呼吸柱内部形成一股上升的气流，我们把这种现象称之为烟囱效应。通过烟囱的这种拔风效果，地面部分的冷空气带动上升，从而被引入到顶层的室内空间。通过上述方式自然能量被吸收到建筑内部，从而起到降低环境负荷的作用。

2.新工艺新技术 意大利馆

透明混凝土的利用 意大利管采用了一种非常特殊的材料，即透明的混凝土，建筑师通过对材料的应用充分体现了建筑的艺术效果。展馆采用钢结构作为主体支撑结构，各个体块内部均为不同角度倾斜的界面，内墙采用两层纤维石膏板，中间层厚度在600-1000mm之间，外墙采用不同透光度的混凝土预制块，用干挂做法拼装，体现稳重、朴实的气质，而且又产生透光的效果，各体块之间的切缝以及中庭门厅均采用节能玻璃，通透明亮，体现刀锋亮丽的艺术效果。

透明混凝土外墙 通过透过外墙的自然光线解决部分馆内的照明问题，达到节能的目地。外墙内侧的双层ETFE膜，这种膜是一种轻型、耐腐蚀、张拉强度高、耐高温、绝缘性好的新材料，可循环利用，并具有良好的自洁性，内测膜的磨砂点阵可以改变光线的传播方向，石头过的光线非常柔和，最重要的是中间空气层结构具有优越的保温隔热性能，大大的降低了建筑的耗能。

3.种子天堂 英国馆

设计理念 “打开”的演示,整个场馆有 20米高，由 60588根丙烯酸细长管组成。每一根管子长 7.5米，并安装在 6米长的铝套管内。场馆坐落在大约 6000平米的基地内，并将抬高5米。白天，这些亚克力管将像光线丝一样将阳光引入场馆内部；而到了夜晚，安装在每根管子一侧的 LED灯将使整个场馆亮起来。在进入场馆之前，参观者们将会通过绕基地一周的“包装纸”下面的坡道。这层高低起伏的铺满整个基地的 “包装纸”不仅提供了遮阳蔽日的场所，也形成了丰富的展览空间。有一种相呼应的效果，同时可以选择不排队进入展馆而是在外部参观。场馆的内部将是一个耐人回味的空间。每一根管子的内部末端都

会放置一个种子，就像琥珀昆虫那样安装在亚克力管内。而这些种子将来自于 msb种子库--一个收集世界各地的皇家植物园物种的组织。

平面设计 整个设计是由一个主要的展厅及围绕基地的周边裙房组成；主展馆为一个总尺寸为 25m (宽) x 25m (长) x 20m (高)，内结构盒为 15m (宽) x 15 m(长) x 10,4m (高)，参观者从基地南面由组织方确定的入口区进入展区，可选择直接参观展馆主体外观或右转排队走上坡道，沿着坡道到达展馆的入口侧，通过连接桥入展馆内部。裙房部分为餐厅、贵宾区、工作人员区域和设备用房。贵宾们可以通过基地北面的专用入口进入英国馆。他们可以使用一层的专用区域或者上楼参观展馆（快速通道）。如果他们希望看到着整个展馆，那也可以走上坡道，加入到其他公众的路线中。

材料设计 展馆的光晕由大约 6万根 20mmx20mmx7500mm亚克力管组成，亚克力管的 2/3套在铝套管内,以保证安全和避免过大的弯曲。每根亚克力管都安置有 LED灯，并在室内的一端嵌入了来自世界各地的种子，以此表达生命的意义。周边裙房部分以及景观庭院部分为混凝土结构，展馆的结构盒由木材制成，楼板为钢构架结构。防水层颜色即为外部饰面颜色，盒子的内部将粉刷成深色。英国馆区域的外墙用混凝土建造。裙房部分有一定数量的窗可以看到附近街道和公园。部分的窗将采用特殊的粉刷效果，从而达到白天消失，晚上不规则发光的效果。通风隔栅也将采用相似的处理手法。折叠景观庭院也采用混凝土结构。庭院的顶面将采用明亮的色彩，正面为类似公园肌理的人造草皮，底部将暴露淡色清水混凝土。从折纸景观部分边缘推进 2米位置将安装钢制安全护栏，防止人们靠近边缘。连接展馆的桥为钢制，步行表面为深色轻质混凝土，延续了周围坡道的材质。坡道底部的空间饰面非常简洁。外墙内外饰面均都为混凝土。顶板也为混凝土。折板式景观裙房的部分墙面暴露浅色混凝土，由荧光灯照亮。

4.世博轴

2010年上海世博会世博轴及地下综合体工程, 位于世博会浦东园区核心, 南北长1045m, 东西宽地下99..5~ 110..5m, 地上80m。世博轴顶棚包括两个不同类型的结构体系: 索膜结构和6个建筑造型独特的钢结构!阳光谷., 6个阳光谷共提供给膜结构18个支撑点, 将两者结合成整个顶棚结构(图1、2)。索膜顶棚覆盖了10..5m 标高平台层的大部分空间, 起到遮阳挡雨的功能, 满足大量人流安全、舒适地从地上出入园、等候、安检、票检、休憩餐饮的需要。膜面结构造型轻盈优雅, 与通透挺拔的阳光谷浑然天成。

结构体系 索膜顶棚采用连续的张拉式索膜结构体系, 总长度约840m, 最大跨度约97m, 膜面总投影面积约61000m2, 展开总面积约65000m2, 单块膜最大展开面积约1800m2, 膜面单元一般呈三角形。膜材采用A 2级PTFE膜。索膜结构边索单跨最大约80m, 脊索最大跨度约115m, 为大跨度柔性结构。膜顶主要由承重作用的脊索、边索和稳定作用的张拉膜构成(图6), 1根边索、2根脊索和膜形成了三角形为顶面的倒锥台状, 膜面为双向曲面, 膜焊缝主要沿经向放射形布置。整个膜顶支承于外桅杆、内桅杆及阳光谷钢结构上。索膜结构的最高点由26组外桅杆和背索、部分阳光谷的连接点构成, 最低点由19组内桅杆下拉点、5组外桅杆和背索、部分阳光谷的连接点构成。外桅杆一般高度为35m, 紧邻中间4个阳光谷均有1根较低的外桅杆(高度为17m ), 阳光谷SV5、SV6之间外桅杆高度为38m。下拉点处, 膜在18m 或21m 标高处固定在下拉钢环上(钢环直径5m ), 钢环支承于内桅杆。内桅杆的增设, 主要控制风荷载作用下膜下拉处的水平位移及向下位移。内桅杆与外桅杆顶部由水平索连接, 水平索的增设, 协调了内外桅杆的水平位移, 由背索、外桅杆、水平索、内桅杆、外桅杆、背索形成了稳定的结构体系。内桅杆顶部设斜吊索与谷索相连, 以控制膜的向下位移。索膜顶棚两端4片膜为四边形, 每片膜对角线设有1根抗风索。支于边索的膜片上设有1根抗风的短谷索。外桅杆后背索最粗, 为155, 脊索为110, 边索为70, 谷索为65。

5.西班牙馆

“藤条这项古老的手工艺无论在西班牙还是中国都有悠久的历史，藤条材料的广泛应用如同连接中西方的桥梁。”上海世博会西班牙总代表哈维尔·贡德说，“展馆将全部使用环保、可持续性的材料，顶部的太阳能板为建筑提供能源。西班牙希望通过这座完美的建筑展示人类在发展中最为关注的问题。”

结构 由于建筑师要求结构尽量轻盈,因此,结构的外立面仅能采用单层的钢结构支撑,形成了极不规则的空间单层扭壳。结构各部分只有通过整体协同工作,才能形成有效的空间结构以抵抗外力。 为了方便世博会后整个场馆的拆除,以及在西班牙国内的重新安装,西班牙馆结构采用了完全可拆卸的系统,外立面网壳结构大部分节点采用了法兰连接。同时,由于建筑设计要求,部分节点采用了局部相贯连接。与一般的圆钢管相贯节点不同,该节点的两根杆件(竖向杆件与水平连杆) 的轴线不交于一点 ,因此,节点设计无法套用现有的相关规范。针对部分相贯节点,采用ANSYS 有限元分析程序对其进行了分析,分析结果表明,构件及焊缝的强度满足设计要求,结构安全、可靠。