结构成就建筑之美
结构是建筑中不可缺少的一部分。它是建筑的骨架，是建筑灵魂的载体。在建筑工程中，主体结构造价占整个建筑工程造价的60%以上。
绿色建筑技术在结构中的应用，可以有效节约建筑能源和人才，降低工程成本，减少现场工作量，缩短工期，提高工程质量，减少施工污染。
本文结合酉水湾生态文体中心项目，分享绿色建筑技术在结构设计中的应用经验。
酉水湾生态文体中心
酉水湾生态城文体中心项目位于湖南省酉县东城新区核心区，迎宾大道以南、太和路以西。
项目占地面积约161,698.56平方米钢结构工程设计 造价湖南，总建筑面积约83,000平方米。拟建项目包括大众体育场、大众艺术博物馆和体育中心。三个单元下部结构采用混凝土框架结构或框架剪力墙结构，屋顶雨棚采用钢结构。
该项目设计过程中，从规划阶段到施工图，项目组多次召开评审会议，从结构体系到构件进行比选和优化，力求采用最经济的材料和最低的成本。结构成本。
拟建场地地貌单元为裸露丘陵，东南侧地势较高，西侧地势较低。有面积约100平方米的鱼塘，其余为稻田、菜地。场地地质条件较为复杂。
同时，体育场、体育馆、演艺厅、连接平台的层数和结构形式也不同，基本反作用力也有较大差异。
为了在保证结构安全的同时，尽可能节省工程造价、缩短工期，本工程基础根据不同地质条件和基础反力，采用多种基础形式。
体育场、体育馆所在区域填土较深，两个场馆均选用施工速度较快的预应力管桩。群艺厅所在区域填方较浅，大厅及其相邻连接平台主要以柱下独立基础为主。
群美术馆部分设有地下室，舞台仓库基坑为-10.7m。这部分基础有防水、防浮的要求。为此，该部分采用筏板基础，并设置适量锚杆以抵抗漂浮。
▲场馆结构模型
屋顶的圆形和大跨度是本工程结构设计的重点和难点。
以美术馆为例，在规划阶段，屋顶选择了两种不同的结构形式：网壳和钢桁架。综合考虑受力和建筑功能要求后，最终采用空间钢桁架。
钢桁架的高度和桁架间距的设置也经过多次调整。最初，落地桁架间距控制在8m左右钢结构工程设计 造价湖南，方便结构檩条的架设，但这与建筑门洞相冲突。如果完全按照建筑物门洞布置桁架，则桁架间距过大。经建筑结构最终协商，落地桁架间距控制在10m左右。
▲优化前车顶线条模型
▲优化后线模型
结构参数优化
在这个项目中，我们将参数化建模技术应用于结构建模和优化。
本项目三个场馆的钢结构线模型均由Rhino完成。得益于Rhino强大的兼容功能，我们可以将建筑模型导入到Rhino模型中进行建模，可以实现建筑物与结构之间的空间连接，还可以快速准确地检查钢材之间是否存在碰撞。结构和底层混凝土结构。
经过多次探索，我们实现了结构建模的参数化。通过可变桁架的一些控制参数，可以快速生成不同的钢结构线模型，可以在短时间内对多个结构方案进行对比分析，大大提高结构优化的速度。
在参数化建模的帮助下，我们优化了桁架。通过调整桁架的高度和腹板角度，使桁架承受最合理的受力，节省最多的材料。
▲参数化建模程序
绿色材料的应用
在材料选择上，本项目尽量选择绿色、可回收的材料。
本工程混凝土、砂浆均采用预拌混凝土、砂浆。一方面减少了现场工作量，节省工程成本，防止施工现场污染；另一方面也有效保证了材料的质量。
该项目最大的特点是钢结构的大量使用。三个展馆的屋顶及其内部大跨度、大空间的结构均采用钢结构。与混凝土结构相比，钢结构更适合这种大跨度异形结构。具有重量轻、易于深化制造、施工快速高效、钢材还可以回收再利用等优点。
本工程选用的钢材主要是Q345B，部分构件采用强度更高的Q345GJ钢材。下部混凝土结构使用的钢筋也主要是HRB400、HRB400E钢筋等高强度钢筋。
▲群艺厅结构模型
绿色科技应用
根据建筑的功能要求，体育馆、艺术馆的部分区域必须有大跨度的空间。大跨度受弯构件的变形会比较大，裂缝很难满足要求。
为了满足结构变形和裂缝的要求，需要增加梁的高度，钢筋的用量也会增加。因此，我们采用预应力结构来解决这个问题。
预应力混凝土结构充分利用高强钢筋和高强混凝土，避免钢筋混凝土结构过早出现裂缝。在构件承受外荷载前，对构件受拉区混凝土施加预压应力，抵消构件使用阶段外荷载产生的拉应力，延缓混凝土裂缝的发生，限制混凝土裂缝的发生。裂纹的发展。 ，从而提高构件的抗裂性和刚度。预应力的应用有效降低了梁高，节省了钢筋用量。
▲预应力梁
三个场馆的屋顶均采用空间钢桁架结构。与常规钢结构相比，空间钢结构支撑的反作用力复杂且方向不明确。
基于这一特点，本工程选用抗震球型钢支座作为支座。抗震球型钢支座的核心部分是由外凸球面的轴承板和内凹球面的轴承板、两者之间的聚四氟乙烯球面凸板以及与之接触的金属板球面组成。它由凹板（通常是不锈钢板）形成的滑动曲面组成，如下图所示：
▲抗震球轴承图片
KQGZ抗震球面钢轴承与其他类型轴承相比具有以下优点：
1）与同等承载能力的其他支撑相比，体积更小，重量更轻；上下摆动通过球面传递力，受力均匀，可全方位旋转。特别适用于大跨度空间且旋转方向不易确定的场合。结构。
2）轴承不采用橡胶承受压力，不存在橡胶老化对轴承旋转性能的影响；轴承采用聚四氟乙烯产品，摩擦系数小，不老化，可耐高达-150℃的低温，保证轴承的转动灵活无方向性。反作用力集中、清晰，能满足实际力与理论分析计算的一致性。
3）抗拉抗震球型支座还具有抗拉结构的特殊性，其抗拉强度可达支座反力的30%～40%。
本工程体育场及场区均填有厚土。根据地质条件和上部结构荷载条件，比较各种基础形式后，选择预应力管桩。
这种桩由高强混凝土和高强钢筋组成。在工厂制造完成后，运输到现场进行堆放。桩体承载力高。与传统灌注桩相比，预应力管桩具有施工速度快、施工污染小、桩体质量可靠、成本相对较低等特点。
▲预应力管桩
随着环保意识越来越深入人心，绿色建筑设计将成为未来建筑设计的主流理念。
在建筑结构的设计过程中，我们从多个方向进行了多个方案的比选，以确保结构形式的最优选择。
我们对新材料、新技术的应用，有效提高了材料的利用效率，提高了结构的可靠性，也节省了成本。绿色材料的使用也大大减少了生产、使用和回收过程中的污染排放。
参数化建模的应用提高了结构建模的准确性。在细节方面，我们进一步优化了结构形式，提高了结构利用效率，加强了结构可靠性，节省了大量的设计时间。
同时，在设计过程中，我们综合考虑了施工方案和可实施性，有效降低了施工难度，提高了施工效率，节省了施工成本和时间。
主要设计团队
建筑：杨影、周超良、张志航
结构：王思清、张波、陈宇、毛图明、李超、龙也平、刘向南
供稿：刘向南 毛图明
部门| HD结构设计院
