9-上海天文馆结构设计-李亚明

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1、第二十四届全国高层建筑结构学术会议论文2016年上海天文馆结构设计121211李亚明，郜江，贾水钟，贾海涛，张良兰，潘其健（1.上海建筑设计研究院有限公司，上海200041；2.上海科技馆，上海200127）摘要：上海天文馆建筑结构复杂，在建筑材料上集钢结构、混凝土、铝合金于一体，在结构体系上又集框架、剪力墙、网壳、网架、空间桁架、混凝土壳体等结构于一身，而在形态上还集大悬挑、大跨度、大开洞、不规则曲面等，属于在形态、材料和体系上均特别不规则的结构。同时，根据建筑设计理念的要求，结构各个部位均有其特殊之处，

2、如倒转穹顶、悬浮球体、圆洞天窗等，体现了建筑结构与天文常识之间的完美统一。结构设计时通过采取合理的计算手段和概念设计的方法，力求尽可能简化各部位结构体系，并使结构尽可能契合建筑效果的要求，实现建筑结构设计的一体化，同时通过采取合理而有效的节点构造，保证结构各部位之间的连接安全有效，从而保证荷载在结构上的有效传递。关键词：悬挑结构，网壳结构，混凝土壳体，铝合金结构1工程概况上海天文馆（上海科技馆分馆）项目位于浦东新区的临港新城，北侧是环湖北三路，西侧是临港大道，南面和东面均为市政绿地，总用地面积5.86公顷。

3、整个地块内建筑包括二部分：主体建筑和附属建筑。附属建筑由魔力太阳塔、青少年观察基地、厨房（餐厅）、大众天文台和垃圾房组成。本项目总建筑面积约38162.57平方米，包括地上面积24724.09平方米和地下室面积12526.98平方米。基地内有两组建筑，主体建筑面积35369.85平方米，魔力太阳塔、青少年观测基地、厨房（餐厅）和大众天文台四者的合计面积是1848.42平方米。地面建筑不超过三层，其中主体建筑地面以上三层，地下一层，总高度23.95m；青少年观测基地地上一层，总高4.75m，厨房（餐厅）地上一

4、层，总高度7.55m；魔力太阳塔地上两层，总高度22.5m；大众天文台地上两层，总高度21.5m。图1建筑效果图2结构设计本项目主体建筑横向长140m左右，纵向长170m左右，结构最大高度22.5m，局部突出屋顶设备间基金项目：上海市科学技术委员会课题《上海天文馆工程建设关键技术研究与应用》（15dz1207900）作者简介：李亚明（1960-），男，教授级高工第二十四届全国高层建筑结构学术会议论文2016年高度26.5m。地下一层，较高一侧地上三层，局部有夹层，较低一侧地上一层。上部结构采用钢筋混凝土

5、框架剪力墙结构，局部采用钢结构和铝合金结构。上部结构主要由四部分组成，即大悬挑区域、倒转穹顶区域、球幕影院区域及连接这三块区域之间的框架。其中大悬挑区域采用空间弧形钢桁架+楼屋面双向桁架结构，桁架结构支撑于两个钢筋混凝土核心筒上，倒转穹顶采用铝合金单层网壳结构，倒转穹顶支撑于“三脚架”顶部环梁上，“三脚架”结构采用清水混凝土立柱（内设空心薄壁钢管）和混凝土环梁，穹顶下方旋转步道支撑于“三脚架”立柱上。球幕影院区域球体采用钢结构单层网壳结构，球体通过六个点支撑于曲面混凝土壳体结构上。大部分屋面为不上人屋面，采

6、用轻质金属板屋面，局部上人屋面和楼面采用现浇混凝土楼板，局部采用闭口型压型钢板组合楼板。地下室顶板除球幕影院区域开大洞外，相对较完成，二层和三层楼面均有大面积缩减。上部结构区域划分示意图如图2所示。（a）整体模型（b）大悬挑区域（c）倒转穹顶区域（d）球幕影院区域图2上不结构区域划分示意图由于较低一侧屋面为轻质金属屋面，结构为钢框架，结构刚度小，变形能力强，且其质量与整个上部结构相比不超过其5%，因此整个结构采用无缝设计，但在构造上加强高低侧连接处立柱的配筋。2.1大悬挑区域结构布置大悬挑区域所在位置如图3

7、所示，悬挑区域采用钢结构体系，主要受力构件为支承于现浇钢筋混凝土筒体上的空间弧形桁架和楼屋面楼面双层网架，网架中心线厚度为1.8m。为了保证荷载的传递，在混凝土筒体内设置钢骨（如图4）。考虑构造要求，核心筒墙厚度取1000mm。大悬挑区域结构三维模型如图5所示。第二十四届全国高层建筑结构学术会议论文2016年图3大悬挑区域平面位置及尺寸图4筒体内布置钢骨（a）三维视图一（b）三维视图二（c）弧形桁架（b）弧形桁架截断模型图5大悬挑区域结构三维模型2.2倒转穹顶区域结构布置倒转穹顶区域所在位置如图6所示，倒转

8、穹顶采用铝合金单层网壳结构，穹顶支撑于下部“三脚架”顶部的环梁上，穹顶下方旋转步道采用钢结构体系，步道支承于“三脚架”立柱上。“三脚架”采用现浇钢第二十四届全国高层建筑结构学术会议论文2016年筋混凝土结构，顶部环梁截面1800x2000mm，下方环梁截面1200x1800，且下方环梁位于立柱的外表面以外。北侧立柱截面为5mx1.8m，南侧两根立柱截面为7mx1.8m。为了减轻立柱的重量，同时简化旋转步道与立柱的