结构选型结业论文

浅谈结构选型－上海世博会中国馆

一、 结构选型的意义

（一）建筑设计及结构体系概念

“一个好的建筑应该是建筑师和结构工程师及设备工程师创造性合作的产物，这种创造性的配合应该在设计的方案阶段时就开始”①。但是，往往在建筑师进行方案阶段设计时，结构工程师就把重点放在了具体的构件上了，因而大大地限制了结构工程师的创新思维；同时也限制了结构工程师与建筑师之间创造性相互配合的可能性。使我们的建筑缺乏个性、特色；使我们的结构工程师逐渐的变成一个计算机绘图工匠。

建筑师和结构工程师创造性配合的实现往往也是困难的，因为一个有效的建筑要表现空间形式，同时又具有功能性质，以满足使用者的需求。与活动有关的需求是人类对建筑物的最基本的需求。如住宅应提供居住、吃饭及活动场所；办公楼建筑应满足办公、会议等需求。此外，设计人员还必须考虑未来使用者对建筑物的感受要求，应保证那些有价值的表现融入他的整个设计方案当中，给人们提供一个有某种追求的活动场所，以满足人们的心理需求。

为满足以上要求，建筑师必然着眼于总体，构思一个总体的空间形式，以保证活动功能和感受需求协调一致，然后再通过具体设计系统地去完善整

①

建筑结构体系概论与设计.郭院成、王新玲、蒋晓东.郑州：黄河水利出版社.2001.6 .

个方案。但是这个方案最终能否实现，必须依靠结构。因此在方案设计阶段必须有建筑师和结构工程师的创造性合作，双方必须能从整体出发考虑技术问题。但是结构工程师往往从细节开始，而对整体方案缺乏关心。这就限制了结构工程师的创造性思维，形成了与建筑师的隔阂，产生了矛盾，破坏了建筑师和结构工程师的合作。

因此作为一名结构工程师，我们必须打破这种常规的模式，充分发挥结构工程师的创造性思维，使结构工程师与建筑师更能密切配合，完成具有创造性的方案，而不仅仅局限于结构的安全及使用。说得简单点就是要使我们的设计出来的建筑，既满足安全使用的要求，又满足艺术审美的要求。可见结构的选型在设计工作中相当重要。

（二）结构选型的意义

“建筑的三个基本要素‘美观’、‘适用’和‘坚固’与结构形式密不可分，建筑的美观越来越多的吸纳着结构的特征”②。美国芝加哥的约翰·汉考克中心、香港汇丰银行、香港中国银行、北京国家大剧院等建筑的出现，例证着结构形式对建筑造型的影响和引导。

“‘讲究工程，讲究结构，讲究文化，讲究造价’是中国科学院院士吴良镛先生对建筑创作的理解和诠释”③，从结构上来体现建筑的艺术美，已成为设计发展的主流方向。

二、 优秀建筑结构实例分析

（一） 中国2010年上海世博会中国馆

②③

建筑结构选型与实例解析.杨海荣、冯敬涛编著. 郑州：郑州大学出版社，2011.2. 建筑结构选型与实例解析.杨海荣、冯敬涛编著. 郑州：郑州大学出版社，2011.2.

1、会馆概况

2010中国上海世博会中国馆设计场地位于上海世博规划围栏区B片区世博轴东侧。场地东、南、北侧分别为道路规划红线24m宽的云台路、南环路、北环路；西侧为规划道路红线40m宽的上南路。整体用地为一部规则的四边形，建筑总用地面积7.14hm2，用地范围内场地平整。中国馆区由国家馆和地区馆两部分组成，其作为世博园区核心建筑物之一，永久保留。国家馆的展示设计充分体现了“城市让生活更美好”的主题，展示核心内容为“城市发展中的中华智慧”，从中国城市历史、现在、未来的发展出发，展现出一幅中国伟大的城市文明画卷。地区馆为31个省、直辖市、自治区提供展览场所，展示中国多民族的不同风采，及个省、直辖市、自治区的城市的成就，进一步让世界了解中国，让中国向世界开放。

在城市结构上，中国馆将作为上海世博会的地标建筑，凭借其巨大的体量、居中的位置，聚合会场中其他建筑，并提供一个鸟瞰世博园的全景大厅和多视角的空间体验。

2、架空升起的整体结构

为凸显世博会的城市主题与建筑的公共性特征，设计上在关注城市公共空间塑造的同时，为直面城市用地紧张这一突出问题给出了回应。国家馆架空升起，层叠出挑，创造出由前广场开始，到9.00m架空平台及13.00m标高“九洲清晏”屋顶花园的连续城市广场空间。给参观者与市民提供了一个自由开放、多元化的公共活动场所。架空层的布局使国家馆主题形象壮观大气、

整理有力，并与中国传统礼器“鼎”建立起某种联系。四组巨柱（18m×18m）托起上部展厅，形成21m净高的巨构空间，展现了一个提升人类精神的超验空间。

3、垂直布置的街道

设计关注观众的竖向活动，针对上下分区、高层展厅的布局，以4个竖向交通核充分连接地区馆，国家馆与架空层。国家馆上部分分内外两个空间：内部分为3层展厅，外部更是设定了外圈景观坡道（8%坡度）、两套定点快速扶梯作为竖向参观交通系统满足功能需要与观众的课选择性。外圈环绕的人行坡道结合倾斜的玻璃外墙，让观众在参观完展览之后，与购物、休闲的时候可全景俯瞰世博园区，使中国馆同时具备了景观装置的功能。中国馆不仅仅是一个展览建筑，更成为一座复合的垂直街道。

4、层叠出挑的“空中楼阁”结构

国家馆的构成方式吸取了中国传统城市的营建法则、构成机理以及中国传统建筑的屋架体系、斗栱造型的特点，以纵横穿插的现代立体构成手法生成了一个逻辑清晰、结构严密、层层悬挑，以2.7m为模数的三维立体空间造型体系。这个体系外观造型上整体、大气、有震撼力；内部空间构件穿插、空间流动、视线贯通，满足现代展览空间的要求；结构上表现了现代工程技术的力学美感。

采用钢筋混凝土筒体+组合楼盖结构体系。利用楼电梯间设置4个18.6m×18.6m的落地筒体作为抗侧力结构。筒体除承担风荷载及地震作用外，还承担全部竖向荷载。依建筑外立面的倒梯形造型，设置了20根支承于混凝土筒体的矩形钢管混凝土斜柱，为楼盖大跨度钢梁提供竖向支承，满足了室内

没有柱子的大空间建筑使用功能要求。展厅采用密肋钢梁-混凝土板组合楼盖。为控制楼层净高，方便暖通等管线的铺设，采用焊接工字型蜂窝钢梁，梁间距3.6m，楼板厚度一般为130mm。配合建筑立面设置2.3m×2.3m的空间钢桁架承担外围幕墙、部分楼面荷载以及风荷载，满足了“斗栱状层层出挑”的建筑立面效果。屋盖主梁采用钢桁架，桁架上弦贯通整个屋盖，使拉力的平衡更为直接。

地区馆大跨度展厅地面以上仅1层，但层高达13m，柱网达36m×27m，且屋面荷载较大（覆土层1m），柱最大轴力标准值达37000kn。采用承载力高、抗震性能好的圆钢管混凝土柱-钢桁架组合屋盖结构。为改善结构的侧向刚度，于展厅周边合适得位置设置了斜支撑。

5、“新九洲清晏”

地区馆屋顶平面面积约2.7万m2，在世博会中主要用于人流集散，在会后主要用于公共休闲活动。此平台上的屋顶花园是主体国家馆的重要衬托，也是上海市最重要、最大规模的屋顶景观场所。地区馆屋顶花园立意于圆明园九洲景区（常以其中心“九洲清晏”概称）之形制。“九洲清晏”寓“河清海晏、天下升平、江山永固”，其形制乃以碧水环绕的9个岛屿象征疆土之广阔，以分布于其上的不同景观代表山河之瑰丽，此形制恰好与地区馆屋顶花园身份相符。

三、 总结

从2010上海世博会中国馆的设计我们可以看出，其设计紧贴“城市发展中的中华智慧”主题，结构布局复杂而又清新，大胆了运用了“层叠出挑”的结构形式，与日本设计师矶崎新设计的“空中城市”、“卡塔尔国家图书馆”

有异曲同工之妙。整个建筑运用了多种结构体系，结筒体、组合楼盖、桁架等结构体系为一体，使结构显得多样化，而又不失其功能的使用。四组巨柱（18m×18m）托起上部展厅，形成21m净高的巨构空间，使整个会馆显得简单而又庄严，且满足了大空间建筑使用功能要求。“2010上海世博会中国馆作为时代的各种力量汇聚、凝结的成果而诞生，它将印证一个时代”④。

④

建筑学报.中国建筑学会,北京,北京雅昌彩色印刷有限公司.2010年第10期总第506期.