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用现代建造技术展现“观音纳须弥”—普陀山观音圣坛结构设计

发布于:2022-08-03 10:43:03 来自:建筑结构/钢结构工程 0 11

来源:建筑结构

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作者:李烨等

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海天佛国——普陀山观音圣坛结构设计


文/李烨,姜文伟,张蓉,等


普陀山观音法界位于东海之滨、浙江省舟山群岛朱家尖白山山麓,与普陀山隔海相望,总建筑面积约30万平方米,是集文化体验、艺术展示、文化交流以及观光服务等功能于一体的观音文化主题博览园。华建集团华东建筑设计研究总院作为项目的设计总包与代建管理单位,打造这一佛教地标性建筑。


 


1

建筑设计概念


观音圣坛是观音法界的核心标志建筑,其与普陀山岛慧济禅寺、南海观音像构成人文南北轴线,使得整个观音法界与普陀山协同呼应,构建朱家尖与普陀山佛教文化的有机统一。

“圣坛即观音”的建筑形态设计创新。观音圣坛的建筑创意设计参照普陀山普济禅寺的毗卢观音坐像,圣坛底部为莲花基座,中部为中国传统塔楼结构配合大面积背光,上层为毗卢帽和华盖,整体建筑给人以毗卢观音端坐莲台的想象力和视觉冲击力。


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“观音纳须弥”的内部空间设计创新。圣坛中庭空间首次提出以佛教空灵圣洁的“须弥山”形象作为内部空间形态结构,充分营造圣坛的神圣氛围和恢宏气势,其独特性和唯一性,也带给游客全新的体验和感受


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三维空间模型示意


2

结构设计概况


圣坛主体建筑高度91.9m,结构大屋面高度约86m,底部平面为直径约140m的圆形。地上共9层,无地下室。圣坛整体采用三段式立面设计,下段为48个柱廊环绕一圈,中段为上大下小的32个莲瓣,上段为4个完全对称的塔身背光形体。圣坛中央为通高的呈瓶状的圆通大厅,贯穿1~9层,在佛教文化内涵上,取意“须弥山”。

主体建筑外轮廓的建筑造型在45°背光立面与90°正交方向立面呈完全不同的立面形态,圣坛中央为贯穿一层到九层底部通高的圆通大厅,内部空间的瓶状曲线侧壁与各层楼板均完全脱开。


01

主体结构


主体结构在建筑竖向交通部位布置四个曲线形的钢筋混凝土核心筒作为“巨型框架柱”,“巨型框架柱”由下到上略微向内倾斜,在顶部形成混凝土拱并相交在一起,与 9层楼板及转换层5层形成了两层的“巨型框架结构”作为主体结构的抗侧力体系。

转换层(5层)以下采用钢筋混凝土框架结构,其作为次框架传递整个结构下部周围及上部部分的竖向荷载,同时通过混凝土梁板将水平荷载传递至“巨型框架结构”,并为下部的“巨型框架柱”提供稳定的侧向支撑。转换层以上次结构采用钢框架形式,减轻转换桁架的荷载,通过内外圈的16根钢柱传递到转换桁架。


 

主体结构体系组成


02

“须弥山”结构


“须弥山”的建筑造型具有特定的文化寓意,为了保证建筑造型的完整呈现以及建筑、结构一体化设计要求,结构体系创新地采用下部为内外双层混凝土斜交网格(简称混凝土斜交网格)+上部单层铝合金网壳(简称单层网壳)的结构形式。

上部单层网壳支撑于下部混凝土斜交网格顶部,单层网壳与圣坛主体结构各层楼板均脱开。下部混凝土斜交网格在靠近上部单层网壳时,逐渐过渡为单层混凝土网格。


(a)建筑结构一体化模型

(b)上部铝合金结构

(c)下部混凝土斜交网格结构

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“须弥山”结构体系示意


3

结构设计特点


特点1

异形核心筒“巨柱”


四个核心筒是最主要的竖向承重构件,也是转换桁架的支撑构件,是结构体系中抗侧力及竖向承重体系的关键构件。根据建筑整体及内部空间的形态,转换层以下核心筒内倾且弯曲。主要受力墙肢W1的两侧均设置了翼墙,为主墙肢的平面外稳定提供支撑,同时通过连梁连接与另一片墙肢形成芯筒,进一步加强了“巨型框架柱”的整体性。


 

主要受力墙肢平面布置


(a)核心筒三维轴测

(b)墙肢W1内埋钢骨立面布置

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核心筒结构布置


墙肢W1平面内呈弯曲布置形式,竖向荷载下墙肢中部附加弯矩较大,地震工况下墙肢底部弯矩大,包络工况下墙肢弯矩最不利部位为墙肢底部及转换层,呈小偏心受压状态,整体应力分布较为均匀,受力相对较大的区域集中在转换层的相邻上下层区域。

采取通高布置型钢钢骨,在转换层相邻上下层区域布置交叉钢骨斜撑改善异型墙肢的受力及桁架与墙肢连接关键部位的节点连接。


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核心筒“巨柱”现场施工照片


特点2

空间转换桁架


交通转换层设置大跨转换桁架,桁架整层布置,高度6.6m,最大跨度50m。内外圈转换桁架均支撑于核心筒并在核心筒内布置支撑形成封闭环,增加桁架的平面外稳定及整体性,转换桁架分为外圈环向桁架TR1和径向折线桁架TR2两种类型,分别转换内、外圈各8根柱子。


 

转换桁架平面布置示意


转换桁架杆件采用箱形构件,与核心筒的连接节点存在较大的夹角,节点以腹板作为主要传力路径,腹板与内埋钢骨连接,剪力墙的连接暗柱均为横向布置钢骨。


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转换桁架现场施工照片


特点3

底部嵌固及水平力平衡


四个“巨柱”的外倾曲线轮廓作为上部大跨转换桁架的主要竖向支撑构件,在竖向荷载下具有很大的水平力分力,通过不同的基础约束条件(不考虑水平约束)比较首层楼面及底板的水平力平衡作用,完全依靠底板及基础拉梁进行水平推力的自平衡;利用桩基水平力、被动土压力作为安全储备复核。

结合建筑场地标高要求,建筑首层地坪距现状自然地坪约2.5m且未设置地下室,通过布置基础层承台、基础梁及防水板组成架空层,形成刚度较好的基础,满足不同地震水平的嵌固要求。


 
 

基础平、剖面示意


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基础平衡拉梁施工照片


特点4

“须弥山”——斜交网格组合结构


对于“须弥山”异形结构,结构体系进行了钢结构空间桁架、混凝土斜交网格等多方案的比选,最终结合建筑、室内、结构一体化的需求采用了由上部铝合金单层网壳与下部内外双层混凝土斜交网格组合的结构体系。


(a)单层三角形网格

(b)斜交网格斜柱支撑

(c)转换基座支撑

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“须弥山”方案比选


 

混凝土斜交网格结构布置


下部混凝土斜交网格结构为满足圆通大厅底部的建筑,在斜交网格底部布置混凝土框架作为转换基座,利用该转换框架在基座的内外两圈设置环梁与空间网格结构形成自平衡体系,同时对环梁施加预应力抵抗竖向荷载作用下的环向轴力。为了减小不同标高环梁对基座水平力平衡、开口处竖向刚度以及杆件面外弯矩的影响,在混凝土斜交网格上部单层区域结合室内效果设置环梁。


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“须弥山”下部混凝土斜交网格施工照片


上部单层网壳采用铰接连接支撑于下部混凝土斜交网格开口部位,单层网壳采用竖向菱形网格形式,铝合金构件截面尺寸均为200mm×150mm,通过外轮廓找形及网格优化,单层网壳的控制工况为中上部的面内抗弯刚度控制,满足单元区隔内变形对玻璃安装影响。


 

须弥山上部铝合金结构施工照片


特点5

  拱肋屋盖结构


屋盖结构的主受力构件为四道混凝土拱梁,每道拱梁均由下部相邻的两个核心筒的墙肢延伸至屋顶相交组成,通过布置肋墙及屋盖板平面外相互支撑,形成整体刚度较好的混凝土屋盖,屋盖支座内力较大处采用内埋型钢钢骨提高构件承载力,增强构件延性。


     

(a)屋盖建筑立面示意

     

(b)屋盖拱肋结构模型

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屋盖结构布置三维示意


 

屋盖拱肋现场施工照片


4

竣工实景


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外观照片

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局部照片

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内部照片



项目信息


项目地点:浙江省舟山市朱家尖

建设单位:普陀山佛教协会

建筑类型:文化旅游建筑

设计时间:2014-2018年

占地面积:380亩

总建筑面积:61900平方米

设计总包:华建集团华东建筑设计研究院有限公司

代建管理:华建集团华东建筑设计研究院有限公司

上海世博建设开发有限公司

施工单位:中建八局

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