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【钢结构·建筑】竹与钢的三维立体编织——用数字技术打造花博会竹藤馆

本文转载自公众号材料在线

从空中鸟瞰
竹藤馆没有墙面、屋顶、门窗等建筑要素
并不像一个常规的展馆建筑
而更像是一个巨大的编织竹器

竹藤馆为本次花博会永久场馆中
体量最小的展馆
位于花博园主轴西侧的竹藤园中
如同其建筑形态的“非常规”设计
竹藤馆在材料运用、建造工艺上
经由建筑师、结构师和工艺师等的通力合作
研发出一系列具有独创性的
“非常规”建造方案
突破了现有园艺展览建筑的设计范式
01.

“竹茧”造型

园区总体设计为建筑面积
仅350㎡的场馆规划了
近10000㎡的“竹园”用地
“馆”与“园”的组合成为本次设计的显著特征
因此,设计团队希望将建筑景观雕塑化
消解墙体、屋顶、结构等建筑要素
以一种连续的、均质表达的界面
围合出形态与空间
使建筑器物化、雕塑化
以获得类似竹藤手工艺品的艺术表现力
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
02.

编织曲面限定的漫游空间

类似于竹器通过编织工艺
生成作为容器的空间和形态
本次设计希望
通过建筑尺度、建构性的编织
统一构建出场馆的形态和功能空间
由此实现形态逻辑和空间逻辑上与竹器的同构
编织曲面整体西高东低
悬挑面与垂直面环绕、围合形成一个游廊空间
扭转的顶面覆盖形成
一个具有椭圆形开口的、空间形态
随编织顶面起伏变化的庭院
▲空间构成分析图© 华建集团科创中心创作研究中心
设计将庭院地面下沉一层
环形的坡道顺应编织曲面由西向东缓缓下沉
强化了空间随编织面蜿蜒流转的动势
并将参观路径与编织界面的流动结合起来
形成在编织面中漫游穿梭的独特体验
▲西侧坡道游廊©时差影像

▲东侧坡道游廊©杜进(上);时差影像(下)

▲曲桥 © 林松

▲曲桥夜间效果 ©时差影像
03.

竹与钢的三维立体编织

利用参数化设计
尝试了一种交叉编织单元
从平面沿曲面法向逐渐扭转的三维编织方式
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
而从方寸之间的工艺竹器
到一个跨度30米的永久建筑
设计师以建构层次为依据
区分了作为主要受力单元的钢结构形态骨架
与作为附加受力单元的竹材填充构件
由此实现器物——建筑的尺度转换
并对钢材与竹材
进行了符合各自材料特性的建构表达
▲编织面建构逻辑示意图© 华建集团科创中心创作研究中心

▲竹藤类材料编织试验© 华建集团科创中心创作研究中心

▲以钢材与竹材为主体的建构表达©时差影像
经过多种竹藤类材料的编织试验
竹材的选择最终采用新型环保的
可再生复合竹材——高强度竹基纤维复合材料
(俗称“竹钢”)
建造方式上
选取30mm 宽、5mm厚,2.5m长的竹钢片单元
竖向上在双层索网之间垒叠填充成面
曲面展开方向则沿钢索
拼接成与之等长的“经纬线”
▲编织的空间光影和肌理(动图)© 华建集团科创中心创作研究中心
同时,每根“经纬线”
采用平行排列的双层竹钢片
间隔设置加固条
并在交叉节点处开企口固定
完成两个方向竹钢片与索网
连接节点的咬合固定
形成一体化的建构表皮
既展现了张拉索网的结构美感
又显示出新型绿色竹材在当代建筑中的创新应用
▲建造工艺示意(动图)© 华建集团科创中心创作研究中心

▲编织面细部© 华建集团

▲编织面光影效果©时差影像

▲编织面细部©时差影像

▲编织面照明效果©时差影像
04.

单层3D打印模板

无配筋超高延性混凝土喷射
建造工艺
位于下沉庭院一侧的独立展厅
为曲率极大的异形拱壳结构
为实现拱壳的精准施工
设计选用精度高、重量轻、可快速高效搭建的
3D打印模板替代传统的拼接木模板
并配合采用新材料与新工艺
无配筋UHDC(超高延性混凝土)喷射混凝土
▲独立展厅为曲率极大的异形拱壳结构©时差影像
3D打印模版可以实现
传统拼接木模版难以完成的高精度曲面塑形
配合喷射混凝土工艺
只需单侧模板搭建,施工快速,绿色节材
模板在结构喷射完成后
经过防火处理继续保留下来作为室内装饰层
绿色节材的同时实现主体结构
施工与装饰一体化

▲展厅内部效果©时差影像
UHDC抗压强度与普通混凝土相当
而添加的纤维材料
大大增加了混凝土的抗拉强度高
且呈现高延性的特征
运用于本项目实现无配筋
且厚度仅75mm的混凝土薄壳结构
无配筋,完全避免了钢筋锈蚀的问题
并简化施工工艺
UHDC的超高延性避免了
大面积混凝土薄壳结构可能发生的开裂风险
▲展厅样板段试验© 华建集团科创中心创作研究中心
该技术方案是国内首个
喷射型无配筋UHDC混凝土
应用于建筑新建结构中的工程案例
因此设计团队需要
在缺乏规范和标准支撑的情况下
通过全过程建造模拟、1:1样板段建造
和性能测试等一系列
试验、检测证明技术可行性
最后通过组织专家评审,通过审图认证
并对现场施工提供了
充分的计划内容和指导要求
快速、精准地实施落成
完成了一次新技术和新材料的探索
【项目图纸】
▲竹钢节点© 华建集团科创中心创作研究中心
▲竹钢加固节点© 华建集团科创中心创作研究中心
▲竹钢收边节点及钢结构撑杆节点© 华建集团科创中心创作研究中心

设计单位:

华建集团上海建筑科创中心 创作研究中心

华建集团华东建筑设计研究总院(结构、机电)

华建集团上海建筑设计研究院(BIM)

华建集团上海现代建筑装饰环境设计研究院(室内深化)

设计总负责人:沈迪

建筑及室内设计:杜进,田晓晓,李瑞,蔡怡靖

结构设计:黄永强,张洛,杨成栋

给排水设计:蔡春辉,刘积成

暖动设计:杨志刚,袁浩波

电气设计:韦国龄,多亚帅

弱电设计:余杰

泛光照明设计:缪海琳 徐天择

BIM深化设计:薛元,陈冬梅

室内深化设计:吴涛

节能设计:张俊

绿建设计:上海建筑科学研究院有限公司

景观设计:国际竹藤中心

竹钢编织深化与建造:上海市装饰集团有限公司

展厅深化与数字建造:上海一造建筑智能工程有限公司

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作者: ganggouren

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