索结构典型工程：崇明岛花博园竹藤馆——异型斜交双层索网

竹藤馆是中国第十届花卉博览会三个永久场馆之一，位于上海市崇明岛花博园花协展区主轴西侧的竹藤园中，以竹藤工艺品展示为主。设计从竹器中找形，结合花博主题，选取“茧”为原型，取“破茧为蝶”之意，拟编织层叠之形，彰显编织竹器自然流畅的形态与细腻丰富的肌理质感，让场馆本身成为竹园景观中的一件工艺展品。

竹藤馆建筑体量较小，占地面积960 m2 ，建筑面积350 m2 ，地上一层，结构最大高度为14.5m。地下为下沉式广场，通过游廊与上部结构相连。主体建筑形态由“四环三面”组成，即四个不同高度、角度的空间椭圆环两两放样，形成三组空间异形曲面。利用参数化设计，每组曲面均采用约200个可再生复合竹材双向交叉编织的空间扭转编织单元，形成具有空间深度变化与强烈光影效果的空间性编织曲面，如图1所示。

根据建筑效果要求，组成编织面的单个新型复合竹片单元尺寸仅为30mm 宽、5mm厚，2.5m长，难以作为独立的结构构件实现约20m的跨越，仅作为装饰性构件。为充分将结构构件融合于建筑效果。以四个椭圆钢环和钢V柱为骨架，基于与建筑表皮相同的参数化生形逻辑，在三个空间曲面上分别以编织纹理的上下边界线生成双层斜交索网，为编织竹条提供支撑，如图2所示。同时，为增加双层索网的竖向刚度，在每个双层索网斜交位置均设一根撑杆。

图2 典型双层索网与编织竹条单元

图3 竹藤馆主体结构布置示意图

主体结构布置如图3所示，从上至下四个椭圆钢环分别为GH1-GH4，其中GH1截面为Φ299×20、GH2和GH4截面为Φ203×20、GH3截面为Φ203×10；与GH1相连的两根分叉柱主干采用变截面锥形圆管，中间最大截面为Φ300×30，端部截面收至Φ200×20；其余钢V柱截面为Φ168×12；钢环间的V撑截面为Φ114×10，为达到“细柱”的建筑效果，主V柱及V撑两端均采用销轴铰接节点；三组索网面拉索均采用Φ10不锈钢拉索，双层拉索间的撑杆为直径12mm的实心圆杆；为了保证悬挑面的稳定，将悬挑面的部分拉索替换成Φ83×7刚性杆。

1）索网找形

建筑提供的初始几何面由两个空间椭圆直接放样生成，属于“直面”，若沿初始面布置索网，会产生较大的竖向变形，影响最终的建筑形态。采用三维推力网格法对主索网基准面找形后如图4所示，主网面背侧的索网找形后由直线形态变成悬链线状，前侧索网形态变化不大。经过计算，自重下找形后背侧变形比找形前减小了200mm左右。由于根据建筑造型形成的斜交索网面并非是完全的负高斯曲面，找形前约有25%索段在竖向荷载下处于松弛状态，找形后所有索段均处于受拉状态，最大索力约为2.7kN。图5是建成后的索网背侧实际效果，与找形索网面较为吻合。

a) 初始主索网基准面（上）	b) 优化后主索网基准面（下）

图4 主索网基准面优化前后对比

图5 竹藤馆建成后背侧优化曲面实际效果

2）节点设计

①桁架外伸节点

为了使主体钢结构的V形支撑构件不与编织面发生碰撞，设置了锥形管，将钢V撑和椭圆管的连接节点外移，如图6所示。

图6 典型杆端销轴外伸节点

②索夹节点

竹藤馆斜交索网的索夹节点见图7所示，斜交索网采用圆盘索夹节点进行固定，可随索网斜交的不同角度进行灵活调节。双层索网对应两个索盘节点之间通过支撑杆连接，使得双层索网节点间的空间相对关系固定下来，保证了索网实际成形效果。

图7 索夹示意图

根据建筑造型的要求，双层索网采用了与三维扭转的编织曲面相同的建构逻辑，形成的斜交索网面并非是完全的负高斯曲面，拉索的索力分布也是非常不均匀的。若按照常规方法，通过在拉索中施加预张力的方式张拉成形会在索网局部形成鼓包或凹点，难以达到建筑师预期的效果。该项目索网系统主要承受自重荷载，且在保证整体建筑形态效果的情况下可对索网的局部变形适当放松要求。综上考虑，采用了索网在自重下自成形的方式，以索夹的位置对拉索进行标记，微调拉索端部的长度对索网系统进行张紧成形。

双层索网安装完成后，采用现场手工编织的安装方式将复合竹材片固定于双层索网之间。复合竹材片交叠安装呈现编织效果，交叉位置使用企口固定，10~14个来回的叠加安装反复进行，安装完毕后进行校准微调，并使用螺栓进行结构连接，使建筑整体呈现出竹器编织的自然效果。