参数化分析模型的好处在于万博体育app3.0

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文章关键词:万博manbetx足彩,悬链构造

  天幕Canopy,为公共空间遮风挡雨的同时,又能保证明亮的采光,在街区覆盖、商场中庭、景观廊道、历史建筑改造等公共空间中有非常多的案例应用。

  天幕结构可以从建筑形态、网格形状、结构形式、结构材料、是否封闭等多个维度分类。

  天幕结构完全暴露在建筑空间中,结构形式、拓扑关系,及至节点细部都会影响建筑效果,结构与建筑、幕墙的一体化设计非常重要。以下根据我的经验梳理的天幕设计关注点,不一定全面,仅供大家参考。

  2020年初立下的小旗子,小编今后的文章会更多分享自己参与设计的项目,欢迎大家交流讨论。下面切入正题,今天为大家介绍一个特殊的天幕结构。

  杭州世纪中心由2幢高约310米的塔楼和商业裙楼组成,是杭州市目前已批规划的最高地标建筑。双塔造型上呈独特的“H”型,寓意将精致、和谐、开放、大气的城市精神与建筑融合,打造杭州的 icon地标。

  H形双塔之间的建筑功能为3F层的宴会厅和6F层的屋顶花园,采用了钢结构拱形桁架的形式,跨度最小56米、最大达76米。钢拱拱桥落地,地上各层与双塔之间设抗震缝脱开。

  天幕作为建筑造型和屋顶花园的遮阳,必然需要与双塔主体结构相连接。结构方案上巧妙地设计了非常柔性的悬链形式,使得双塔作为天幕牢固支承点的同时,在地震下又不会产生相互拉扯影响。

  我们知道悬链线和抛物线(合理拱轴线),都是某种特定荷载分布下的理想形态,结构仅承受轴向力,效率最高。

  本项目的钢拱连桥(抛物线) 和天幕结构(悬链线),恰好应用了这两种形态,拱与悬链曲线造型上相互映衬。

  天幕悬链的跨度和垂度都比较大,悬链顶前开口52~87米,垂度最大约73米,表皮面积约9400m2,是一个大跨度的复杂曲面结构。悬链结构两侧还吊挂着高度12~62m高度不等的建筑立面幕墙。而建筑效果上又要求结构形式简洁、通透、构件尺寸尽可能纤细,这给结构设计提出了挑战。

  最终,采用悬链形式的构件截面宽度仅150mm、高度300mm(选用H300x150x6.5x9),效率非常之高。我们接下来简要介绍一下结构设计过程。

  悬链线(Catenary)是一个双曲余弦函数,是柔软链条在重力的作用下所具有的自然曲线形状。本项目天幕主要承受的幕墙和自重荷载,万博体育app3.0都是沿构件长度均匀分布的,符合悬链线的理想荷载分布。

  GH自带的悬链线个定义参数,分别为两个端点和曲线总长度,不方便直接使用。这是因为建筑中已知的条件往往是悬链线的两个端点和垂度/矢高。

  为解决这个问题,万博体育app3.0我们利用一段简单的脚本命令,通过开口宽度和垂度/矢高来计算曲线长度,再结合GH的悬链线电池来生成悬链线。

  在GH中构建网格线) 通过三个控制点定义结构顶部的边界轮廓线) 通过三个控制点定义波谷的中心曲线条控制曲线等分,再以等分点生成沿纵向的37根悬链线条纵向悬链线米层高分段,剩下的中段26等分,进而得到mesh曲面;

  由于双塔之间的风场环境复杂,而悬链结构对风荷载比较敏感,因此风荷载是结构设计的关键。

  在GH中做结构分析,包括振动模态、屈曲模态、杆件内力、应力、变形、应变能量等等。参数化分析模型的好处在于,它能够接力计算结果进行迭代,进行形态优化、拓扑优化。

  Karamba插件输出结构的弯曲和轴力应变能,结果表明:在恒载下,结构以轴力为主,弯矩应变能仅占总应变能的6%;在风荷载下,结构弯矩应变能约占总应变能的92%,结果与悬链线的受力特点完全符合。

  初步构建的悬链曲面结构表现较好,但仍存在一些问题。万博体育app3.0进一步优化的目标包括风荷载下的位移、整体应变能、网格翘曲程度等多个指标。

  对于自由曲面形态的天幕,网格翘曲是一个常见问题。以三角形划分自由曲面,可以保证幕墙玻璃为平板、减小了幕墙工艺的难度和玻璃造价。但网格往往显得不太规则、节点构件数量多、布置略显凌乱。

  采用四边形网格的建筑效果更加简洁通透,但往往网格有翘曲问题,全部采用曲面玻璃是不现实、不经济的。因此,四边形网格平面化、减小玻璃尺寸的规格种类、网格与建筑外观的协调是天幕设计的难点。

  Chadstone Shopping Centre,Atelier One

  本项目初步构件的悬链曲面中,存在四边形玻璃网格不共面的现象。翘曲大于2.5mm的网格点总数的17.2%,最大翘曲为4.0mm。下图红点的大小表示翘曲程度。

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