中国院任庆英大师：可持续发展新理念——清水混凝土结构

报告主要以荣成少年宫项目为例，介绍了清水混凝土结构的设计应用，主要内容包括工程概况、建筑功能布局、结构设计难点梳理等。

一、工程概况

     

   

荣成少年宫项目 位于山东省荣成市，地上3层，地下1层，最大建筑高度为24.00m，最大结构高度23.70m，总计建筑面积约4.84万m2。

首先详细给出了结构设计参数及不同视角的 鸟瞰效果图。

结构设计参数为：

1、建筑结构的安全等级：一级；

2、设计使用年限：50年；

3、抗震设防类别：重点设防类(乙类)；

4、抗震设防烈度：7度；设计基本地震加速度值：0.15g；设计地震分组：第一组；建筑场地类别：III类；场地特征周期：0.45s；

5、基本风压：0.70kN/㎡（50年重现期），0.75kN/㎡（100年重现期），地面粗糙度：A类。

二、建筑功能布局

     

   

三、结构设计难点梳理

     

   

1、空间异形壳体结构计算模型的实现

实现过程为：1）RHINO+Grasshopper模型导出壳壳模型→2 ） 中间层壳模型在有限元分析程序中划分单元→3 ） 提取出有限元分析程序单元的节点坐标 →4 ） 在RHINO模型中计算出节点坐标出法向方向的厚度→5 ） 将厚度值赋给有限元分析程序壳单元模型→6 ） 与梁板柱墙计算模型相融合。

2、包含空间异形壳体有限元计算模型

基于建筑犀牛模型，梁柱直线转换为梁柱单元，异形壳体经过网格划分软件根据壳单元角点精度要求离散为壳单元。

3、特殊部位结构体系梳理及单体受力分析

分析思路为：关键部位包络设计分析整体模型+单体模型；异形壳体部位分析单纯壳单元模型（计算壳分布钢筋）；弱化壳单元+边缘梁单元模型。

4、结构超长分析及构造处理——温度应力分析、诱导缝设计

外墙在整体计算中采用了连续壳单元的计算模型，由计算结果可以看出沿墙长度方向宽度减小部位温度应力较大，对于清水混凝土分通缝位置有指导意义。同时在外墙配筋方面，增强墙体长度方向钢筋并设置在外侧，对于抵抗温度应力及施工便利更为有利。

5、特殊造型部位结构体系梳理

内容主要包括：大入口双向悬挑；游泳馆开花柱及屋面框架体系；科技馆带壁柱球体体系分析；拱券柱区域框架受力分析。

6、关键部位独立分析模型——大入口双向悬挑结构

大入口悬挑部位如下图所示，由正交的两片墙体垂直相交形成大入口处悬挑部位，墙体在不同高度有建筑窗口开洞，结构上均在洞口边缘设置反边对洞口进行加强，在悬挑部位墙体设置了向室内凸出的壁柱及水平拉梁，使得悬挑部位墙体形成类桁架结构体系，增加悬臂墙体的受力性能及整体性。还外包含了周边框架结构部分外扩的两跨结构一起参与计算，这样尽量保证科技馆边缘构件受力连续。

7、关键部位独立分析模型——拱券柱区域框架受力分析

拱券跨过拱形通道上部，支撑屋顶框架梁，三维模型中，蓝色壳体为混凝土楼板及外墙，采用壳单元模拟，蓝色为楼面、屋面梁单元，黄色为垂直地面的框架柱，紫色为混凝土外墙、壳体壁柱。荷载条件与整体模型相同，该模型验算科技馆单体模型受力性能，并与整体模型包络对混凝土构件进行构件设计。

8、关键部位独立分析模型——科技馆

科技馆独立计算模型除了科技馆内部结构体系外，还外包含了周边框架结构部分外扩的两跨结构一起参与计算，保证科技馆边缘构件受力连续与整体结构受力接近。三维模型中，蓝色壳体为混凝土楼板及外墙，采用壳单元模拟，蓝色为楼面、屋面梁单元，黄色为垂直地面的框架柱，紫色为混凝土外墙、壳体壁柱。荷载条件与整体模型相同，该模型验算科技馆单体模型受力性能，并与整体模型包络对混凝土构件进行构件设计力特性及应力分布，进而设计配筋。

9、关键部位独立分析模型——游泳馆

游泳池空间为矩形空间以35米为主跨方向设置主梁或桁架，沿长向设置次梁形成屋盖支撑体系，戏水池部分，由五个位于间距为29m的五边形角点处的开花型巨柱支撑支承，同时位于五角型中点位置也设置巨柱支撑，由于巨柱的开花型造型使得其与屋面相交处为较大的圆环区域，这样可以有效的减小沿五角星边线主梁的跨度，同时对于混凝土构造要求也较低，沿五角星放射状设置次梁形成整个游泳馆屋面支撑体系。

10、关键部位独立分析模型——BIM设计、施工模型与结构设计分析模型的结合

各专业空间效果、管线综合采用了Revit模型；施工采用了精确定位Rhino三维模型。

四、施工现场航拍图