天津自然博物馆结构分析

Байду номын сангаас 区域位置：
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天津文化中心全景
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1.天津科技大厦
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2.天津阳光乐园
3.天津大剧院
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4.天津美术馆
5.天津图书馆
6.天津博物馆
7.天津自然博物馆
设计思想：
天津自然博物馆代表21世纪中华民族的腾飞，于是联想到展翅飞翔的白天鹅。与同样是滨 海城市的悉尼相比，天鹅的飞行的速度远远大于悉尼歌剧院的风帆在水中航行的速度。因此， 天津自然博物馆的建设预示着中国，特别是天津在新世纪的腾飞和快速发展。从建筑造价上考 虑，悉尼歌剧院历时十年，经过了艰苦的设计和施工，耗资巨大，尤其结构设计上不尽人意。 而天津博物馆则充分考虑了结构的合理性和可实施性，以表现天鹅展翅高飞的翼部大跨度网壳 体结构，实现了用最少的材料建造最大的使用空间的思想。网壳的直径为200米，高32米，整 个博物馆可容纳12000人。其结构形式采用了非常成熟的大跨度网壳结构技术。
结构内部示意：
支承桁架的上部与大 屋顶边界的拱紧密连 接。 沿高度方向每6米设置 横向杆件，并且沿 1.25米的间距设置了 直接连接玻璃的纵向 杆件，以形成玻璃幕 支承结构。 10根箱形断面 曲线钢梁在跨 中和端部由钢 筋混凝土结构 支承，顶端与 大屋顶的拱相 连接。
立面：
建筑物立面设计主要包括壳面和玻璃幕墙、采光窗、落地窗。 壳面由网壳、檩材、保温层、折板及镀瓷铝面板构成。 折板层采用相互独立的折板，将一片片板材交错叠压进行施工，做出球面的效果。在球 的水平方向设四道横管，将雨水沿网壳排走。这样既保证屋面不漏水，又便于壳面施工。 壳面采用镀瓷铝板包覆，它和陶瓷一样不需要维护，比涂氟产品更具耐久性。 玻璃幕墙由天鹅两翼的侧幕墙和与天鹅颈连接的中央幕墙构成。 侧幕墙曲面是圆锥面的一部分，由钢桁架支承。 中央幕墙是将轴线上的标准曲面旋转后形成的形状，由分为两支的钢梁组成，并由椭圆 形的中空的群柱支承。 侧幕墙或中央幕墙都能够在调整了几何学的形状后将全部材料在平面状态下进行施工。 在壳面设置的可控制的开合式采光窗，在作为前厅和三层展室自然通风用开口部的同时， 还具有排烟、换气等排气功能。 壳面的端部是悬臂梁，在壳面与基地之间就形成了高2m的接缝状的开口即落地窗。落 地窗做成玻璃或百叶的，其倾斜角为69度，每隔约20m设置一开口面积为2平方米的百叶窗， 具有进风、排气的功能。
建筑结构分布：
天津自然博物馆由天鹅湖、天鹅颈和绿色项链构成。博物馆的通道是从天鹅颈部走廊中穿 过，到达风除室后再接着进入结构主体。博物馆上部结构设计包括混凝土和钢结构两部分的设 计。 混凝土部分为三层结构,首层层高5m,二层8.7m；柱网: 首层为7×7m,二层14×14m、 7×14m 。三层部分局部设置支承屋盖的钢管柱。本工程不设任何缝,混凝土部分结构最大长度 约为180m,为避免浇注混凝土时温度变化引起收缩应力,采用设置后浇带方式解决。另外考虑此 建筑物二层层高较高,柱网跨度较大,且二层上部还有支撑钢屋盖柱子,在地震作用下,为避免位移 较大,在楼梯间处设置了350mm厚剪力墙,在建筑隔墙处局部设交叉钢杆支撑。 钢结构部分包括屋顶网壳、幕墙结构和天鹅颈三部分。
建筑结构及选型
——天津自然博物馆
建筑简介：
天津自然博物馆位于天津市友谊路与平江道交口处，占地面积约5万㎡，总建筑面积约3.5 万㎡，建筑物总高度约为33m，主体部分结构形式为钢筋混凝土框架—剪力墙钢支撑结构，屋 盖为钢网壳，建筑平面呈半圆形,直径达186m，基础形式为桩—承台基础。 天津自然博物馆北方惟一动物外型博物馆建筑，其引用仿生原理，以极具震撼力的创作手 法，成就了一座昂首挺立、展翅腾飞的“白天鹅”造型建筑。天津自然博物馆层数为三层，在 室外设有容积为6500㎡天鹅湖（分为两部分）。
屋顶：
天津自然博物馆的屋顶为双层网壳结构，节点形式为螺栓球节点。 屋顶的支承体系： a.下部结构支承 在天津自然博物馆内部展厅的墙壁设置柱，柱顶直接与网架结构的节点连接，柱脚由 钢管变形的铰接柱来支承，这种柱不能承担水平力，只能在垂直方向支承大屋顶竖向载。 b.外周圈的钢结构柱 在外圈柱之间设置斜撑的来共同支承大屋顶。 柱顶直接与屋顶节点连接。柱脚为利用 钢板作成的铰接节点。该节点形式约束斜撑结构面内的转动，允许结构面外转动。这样由 斜撑所负担的水平力可以很好的传递给基础。另外，该支座通过面外转动可以释放由于温 度变化在网架结构在径向产生的伸张或收缩的变形，从而避免产生温度应力。 c.正立面顶部的拱 正立面的钢管拱也支承着屋盖结构，而拱又由连接天鹅颈的杆件所支承，这在保证提 高网架结构的经济性的同时也解决了拱结构的屈曲稳定问题。 大屋顶抵抗水平力： 作用在大屋顶上的水平力（风荷载、地震时力等）通过屋顶结构可以直接传给地基。 也就是说，作用在大屋顶上的水平力利用大屋顶传给下部结构，对于地震时的惯性力考虑 由下部结构独立抵抗。
天鹅颈：
天鹅颈由从主入口经过天鹅湖进入天津自然博物馆内的回廊构成，屋顶用玻璃覆盖。 其是由10根箱梁构成，箱形梁的尺寸为350㎜×175㎜。它的两端部各有4根钢管柱列 支承，在中间由30米间距的呈椭圆形平面布置的钢管柱群来支承，每组有8根。这些柱与 椭圆形梁刚接。10根箱形梁与椭圆形梁进行有效连接。
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专利：
在天津自然博物馆的建造过程中，还采用了12项专利技术，包括可“呼吸”的大跨度 空间结构、清水混凝土施工工艺、镀瓷铝板屋面、弦支穹顶网壳结构、保温螺栓、板铰节 点体系、锌加技术、大直径高强螺栓、大拱及铸刚节点、六面斜墙、屋面防水设计、超长 度异型压型钢板。
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