大跨度建筑案例分析

2013年12月2日，国家大剧院壳体钢结构安装完成
·网壳结构
网壳是一种与平板网架类似的空间 杆件结构，系以杆件为基础，按照一 定规律组成网格，按壳体结构布置的 空间构架，它兼具杆系和壳体的性质。 其传力特点是通过壳内两个方向的拉 力，压力或剪力逐点传力。此结构是 一种有广阔发展空间的空间构件。
建筑师利用金属网的通透性，使简单厚 重的建筑结构在视觉上形成为多维空间，轻 盈简捷又不失空间的纵深感站在壳体的公共 空间内，人们可以看到弧形的金属网从高处 垂下，将歌剧院与壳体公共空间分隔开来隐 隐透出淡黄色人们可以透过金属网看到歌剧 院环廊内人们活动的场景，若隐若现，朦胧 而神秘，激发人们的好奇、想象和思索。建 筑师充分利用了金属网的特点来提升室内的 装饰效果。
大剧院建筑屋面呈半椭圆型,由钛金属板覆盖,前后两侧有 两个类 似三角形的渐开式玻璃幕墙切面,整个建筑漂浮于人造 水面之上。
国家大剧院壳体结构呈半椭球型。 由顶环梁，梁架，斜撑和环向连系 杆件组成。其中顶环梁呈椭圆形，长轴 长约60米，短轴长约38米，由环形钢架， 箱形梁，以及H型钢焊接而成。梁架呈 中心对称辐射状布置。 连杆沿水平环向布置，上下里外共 82道，并采用铸钢连接件或套筒连接件 连接。
·结语
国家大剧院是世界上最大的剧院拥有世界上最大的穹顶，是世界上最深的建筑，拥有亚洲最大的管 风琴。整体简洁而富有美感，但又不乏活力，仿佛里面有股生命力向外爆发。堪称建筑奇观，同时又彰 显出北京这个古老的城市的现代风貌与活力。城市建筑不再关乎审美或情感，而是对社会秩序的解释， 建筑也总是超越功能的，是建筑的形式给人们以经验，赋予城市以结构。
大跨度建筑分析
Analysis of Long Span Construction
这是一颗璀璨的明珠，蕴含着激昂旋律，流淌着曼妙乐章。 这里是表演艺术的殿堂，承载民族文化复兴的使命，汇聚世界艺术交流的碰撞。
——中国国家大剧院 National Centre for the Performing Arts
金属网构造其纵向采用5根φ 2mm不锈 钢绳索 间距77mm，横向用φ3.5mm铝镀 金色单纤丝杆，间距11mm
透过歌剧院的金属网看外景
设计手法一建筑符号
国家大剧院运用设计符号学理论，对建筑中的造型、 色彩、材料进行了巧妙的应用。
橄榄厅墙面石材之间磨砂玻璃上的不锈钢镜面兰花草 与上部深色兰花草栏板相互映衬
·建筑概况
主体建筑由外部围护钢结构壳体和内
部2091个坐席的歌剧院(含站席2398)、 1859个坐席的音乐厅(含站席2017)、 957个坐席的戏剧院(含站席1040)、公共 大厅及配套用房组成。外部围护钢结构 壳体呈半椭球形，平面投影东西方向长 轴长度为212.20米，南北方向短轴长度 为143.64米，建筑物高度为46.285米， 基础埋深的最深部分达到-32.5米。椭球 形屋面主要采用钛金属板饰面，中部为 渐开式玻璃幕墙。椭球壳体外环绕人工 湖，湖面面积达35500平方米，各种通 道和入口都设在水面下。 国家大剧院高 46.68米，比人民大会堂略低3.32米。
通过以上国家大剧院的分析使我们看到了新的材料、新的技术和新的建筑构造方法 为建筑师开辟了 更大的创作空间 只有完美的细节设计才能成就建筑精品。如果要想提高设计的品质，深入的细节设计是 必不可少的重要环节。
网壳结构包括单层网壳结构，预应 力网壳结构，板锥网壳结构，单层叉 筒网壳结构。
网壳结构一般抽象为理想的铰接或 者理想的刚接的杆系结构体系。按照 钢架或桁架进行线性或非线性计算。
大剧院网壳结构中的一些构 造节点细节
·壳体材质分析
大剧院建筑屋面呈半椭圆型,由钛金属 板覆盖,前后两侧有两个类 似三角形的渐 开式玻璃幕墙切面,整个建筑漂浮于人造水 面之上。
建筑师利用金属网的通透性使简单厚重的建筑结构在视觉上形成为多维空间轻盈简捷又不失空间的纵深感站在壳体的公共空间内人们可以看到弧形的金属网从高处垂下将歌剧院与壳体公共空间分隔开来隐隐透出淡黄色人们可以透过金属网看到歌剧院环廊内人们活动的场景若隐若现朦胧而神秘激发人们的好奇想象和思索
大跨度建筑设计分析
拱结构
大剧院壳体除部分为玻璃幕墙外，其它 均为钛金属复合板装饰 总面积约 30800m2，每块尺寸约 2000mm>800mm>4mm的钛板(0.3mm 钛板+3.4mm氧化铝+0.3mm不锈钢)，共 使用了20000多块。钛金属板最外层的 0.3mm“贴膜”钛金属是日本进口的，并 对其进行了特殊氧化处理以经得起将来的 清洗。其特点为化学性质稳定常态下不易 被氧化、表面金属光泽极具质感、自重轻、 强度高、耐腐蚀
c 拱的形式 d 拱身截面
半圆拱，抛物线拱。 实腹拱，格构拱，等截面和变截面等类型。
受力特点
拱是杆轴线为曲线并且在竖向荷载下会产生水平反力的结构，这种水平反力又称为推力。拱以支座的水平推 力和截面内轴向压力的水平分力所构成的力矩平衡结构的整体性弯矩，且在弯矩最大处的跨中，这种平衡力矩也 达到最大，从根本上避免了构件中产生较大弯矩的可能性。同时，又以截面内轴向压力的竖向分力平衡了结构的 整体剪力。由于推力的存在，拱的弯矩要比跨度、荷载相同的梁的弯矩小得多，并且主要承受压力。拱的优点为 主要产生压力，是使构件摆脱弯曲变形的一种突破性发展，它为抗压性能好的材料提供了一种理想的结构形式。
钛金属板
钛合金复合装饰层 铝锰合金防水板 玻璃纤维保温层 喷涂耐火木质纤维吸音层
红色木吊顶
玻璃
玻璃幕墙通过铝合金梁(转接件)与主钢架牛腿连 接。国家大剧院玻璃幕墙与钢结构连接与普通幕墙 不同，它的转连接是用螺栓连接(一般其他工程为 焊接)，转接件本身即为装饰件，无需再单独装饰 铝扣板。
·金属网
其外板围面护积装约饰3板6面00积0m约23。60巨00大㎡的。壳巨体大是的建筑与结
壳体构是的建融筑合与体结、构墙的面融与合顶体面、浑墙然面一与体顶没面有界限。 浑然整一个体钢没壳有体界由限顶。环整梁个、钢钢壳架体构由成顶骨环架梁，、148 钢架榀构(成其骨中架10，21榀4不8榀露(明其，中4160榀2榀露不明露)弧明形，钢架 46榀呈露放明射)弧状形分钢布架，呈钢放架射之状间分由布连，杆钢、架斜之撑连接， 间由壳连体杆钢、架斜从撑外连观接看，似壳是体落钢在架水从中外，观实看际上下 似是部落是在支水撑中在，3实m际宽上>下2m部高是的支巨撑大在混3m凝宽土圈梁 >2m上高。的设巨计大考混虑凝到土方圈便梁施上工。及设加计工考周虑期到问题， 方便壳施体工钢及结加构工构周件期尽问量题标，准壳化体，钢并结易构于构装配。 件尽量标准化，并易剧院主体建筑为独特的超椭球形钢结构壳 体。
壳体是经过精确数字计算得出的系数为2.24的超 级椭球
壳体表面由钛金属板和超白透明玻璃共同组成， 两种材质的巧妙拼接呈现出唯美的曲线，营造了舞 台帷幕徐徐拉开的视觉效果。
·主体结构
国家大剧院主体建筑钢结构超椭球体 壳为一 壳为个一超个大超空大间空壳间体壳，体壳，体壳是体经是过经精过确精数确字计算 数字得计出算的得系出数的为系2数.2为42的.2超4级的椭超球级，椭它球集，建筑、 它集材建料筑、、设材备料等、高设科备技等于高一科身技，于其一外身围，护装饰
拱结构是一种受力极为合理的形态作用结构形式。与弯剪结构体系相比，拱结构具有跨度大、承载力高、截 面薄、变形小的优点，因此应用在建筑中，节省了更多的建筑材料。自古以来，拱承载着建筑与结构的双重角色。
拱结构的类型
a 材料
砖石砌体拱结构，钢筋混凝土拱结构，钢拱结构，胶合木拱结构。
b 结构组成和支撑方式
三铰拱，两铰拱，无铰拱，无拉杆拱和有拉杆拱。