板桁架构筑元荡湖之上的超薄屋面结构

2024/02/29 | 案例展示

2020年,沪苏交界处的环元荡贯通桥项目,一座连接苏州吴江与上海青浦两岸的桥梁,成为了泰大创新深入思考的焦点。如何在城市建设的进程中实现与自然的和谐过渡,如何将这份美好融入生活的每一处细节,去推动人居哲学的复兴,成为了他们不断探索的课题。

板桁架构筑元荡湖之上的超薄屋面结构插图
图 1鸟瞰元荡桥

元荡桥,总长586米,其设计理念源于“同心结”,象征着青浦与吴江两地的紧密合作与共同发展。桥身设计宛如一条优雅的缎带,其栏杆上巧妙地融入了湖水的柔和波纹元素,与元荡湖波光粼粼的水面相互辉映,共同构建了一个和谐共生的生态景观。桥上的景亭灵感来源于当地传统的太湖石景亭,犹如一颗熠熠生辉的明珠,巧妙地镶嵌在宛如玉带的元荡桥上。这座景亭的设计采用了先进的参数化数字建模技术,创造出了一种既是观赏雕塑又是娱乐游乐场的独特多孔墙,让人流连忘返。

板桁架构筑元荡湖之上的超薄屋面结构插图1
图 2景亭空中视角

元荡桥最引人注目的焦点无疑是那座景亭雨棚。它以令人惊叹的轻盈姿态,跨越了全长77米,并在端部悬挑出4米。然而,尽管拥有如此宏大的尺度,其厚度却出奇地纤薄,仅为100mm,而在边缘区域更是达到了令人难以置信的6mm。与直径89mm的精致支撑柱相结合,从远处望去,这座雨棚就像一页精致的宣纸轻轻飘落在桥面上,薄如蝉翼,仿佛随时都会振翅飞翔。更难能可贵的是,雨棚的表面几乎看不到任何明显的接缝或横梁,仿佛它轻盈得没有重量,仅仅优雅地搁置在立柱之上。这种对“轻薄”与“平整”的极致追求和展现,无疑超越了之前的所有范例。

那么,这座悬挑4米的雨棚是如何实现几乎难以察觉的厚度和结构的呢?答案就在于该项目的结构设计师所采用的一种革新性技术——板桁架。板桁架是一种创新的钢结构形式,它巧妙地使用上下两块钢板替代了传统的桁架网架结构的上下弦杆。这种设计不仅赋予了建筑卓越的刚度和抗弯模量,还通过高品质的涂装,使板桁架同时兼任了建筑的外饰面,实现了建筑与结构的完美融合。相较于传统的网架结构,板桁架以其超凡的轻薄特性,成为实现精致屋面的理想选择。

板桁架构筑元荡湖之上的超薄屋面结构插图2
图 3桁架对比图

板桁架作为一种创新的钢结构形式,其实用性和设计灵活性均达到了新的高度。在建筑完成状态下,其厚度可以轻松控制在50mm至100mm之间,甚至在边缘区域能够达到惊人的5mm。令人印象深刻的是,即使厚度仅为100mm的板桁架,也具备高达8米的悬挑能力,这充分展示了其卓越的结构性能。此外,板桁架还具备出色的双向传力性能,这意味着建筑师在规划立柱布局时,可以更加灵活地根据空间需求进行调整,而无需像传统梁式结构那样受限于上部结构的制约。这一特性使得板桁架在自然景观中得以广泛应用,既满足了建筑的实用性需求,又实现了与周围环境的和谐融合。

为了进一步推广板桁架技术的优势和应用范围,我们致力于将其产品化,以降低轻薄屋面的使用门槛。通过这一举措,我们希望能够让更多的建筑项目受益于板桁架所带来的轻薄、美观和实用性,为城市建设和自然景观的和谐共生贡献更多的力量。这样带来的好处是:

1. 设计标准化,建立了设计库。设计变得比较简单。虽然仍然需要借助高级分析软件进行有限元分析,然而由于将一部分标准化工作前置,设计费将不再高昂,设计时间也变得更快,满足项目快速的要求。

同时,我们也研究了通过遗传算法获取最有力的立柱布置方案,使得设计速度大幅加快,合理性大幅加强。

2. 生产标准化,泰大创新联合工厂进行生产工艺攻关,可以快速完成项目的生产,而不是每一个工程都需要寻找合适的工厂加工。可以根据标准化的库存件,现场完成装配式快速拼装。

3. 成本降低。

(1) 当工程变成了产品,产品标准化以后,造价自然就大幅降低了。

(2) 通过有限元分析的结果,优化板厚

(3) 建筑即结构,无需铝板装饰。这样节省的铝板成本,足以用来做板桁架的结构了。