网壳结构之国家大剧院

梁架： 平面外刚 度极差， 因而构件 的起扳、 搬运、起 吊难度颇 大
连系梁
连杆采用钢管， 短轴梁架之间 腹杆 连杆节点采用 铸钢节点连接， 长轴梁架连杆 采用钢套筒连 接。

斜撑：结构中斜撑的布置对 结构荷载的合理传递起很大 的作用。所以，对斜撑进行 优化，选择合理的布置，在 应力集中处尽量使受压杆成 为受拉杆。
空间、流线
入口处采取下沉式 处理。避免因太多人 流而打破整个地面环 境的和谐。国家大剧 院地下最深处为-32.5 米，相当于往地下挖 了10层楼的深度 。
入口大厅
建筑造型艺术




整个建筑的形式是纯粹的。 建筑采用巨大的外壳将内部分散的功能空间全部包起来，形成一个统 一的整体，外部为钢结构壳体呈半椭球形 。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， 比人民大会堂略低3.32米，建筑最深部分达到-32.5米，有10层楼那 么高。 建筑外壳由18000多块钛金属板拼接而成，面积超过30000平方米， 18000多块钛金属板中，只有4块形状完全一样。钛金属板经过特殊 氧化处理，其表面金属光泽极具质感，且15年不变颜色。中部为渐开 式玻璃幕墙，由1200多块超白玻璃巧妙拼接而成。巨大的玻璃外壳保 证了内部空间的采光。 国家大剧院造型新颖、前卫，构思独特，是传统与现代、浪漫与现实 的结合。 从尺度上看，所有空间都采用大尺度，这样符合剧院建筑的功能，不 会给人压抑感。
结构与造型

剧院建筑往往要求有较大的空间，所以对于屋 顶的尺度有较高的要求。只有空间受力的结构 体系才能够很好地解决大跨度屋盖的问题，而 且只有空间体系的结构才能组成富有造型特点 的屋盖形式 。网壳结构正很好的解决了这一 点。
屋面排水

由于网壳结构呈曲面形状，形成了自然排水功 能，不需像网架结构那样采用小立柱找坡。
网壳结构

网壳是一种与平板网架类似的空间杆系结构，是以 杆件为基础，按一定规律组成网格，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 特点主要是通过壳内两个方向的拉力、压力或剪力 逐点传力。
双层钢网壳结构

国家大剧院主体结构采用双层钢网壳结构形式， 可以承受一定的弯矩，具有较高的稳定性和承 载力。方便剧院安装照明、音响、空调等各种 设备和管道，有效的利用了空间，方便顶棚和 吊顶构造，经济合理。
壳体上均匀设置了92个 电动开启的排烟窗，既解决 了消防排烟，又能自然通风。 设计根据古城门的门钉，沿 钛板竖向缝隙点缀了上万个 装饰蘑菇头，其中506个是 有夜间LED照明效果的蘑菇 灯。并通过蘑菇头做防雷系 统与钢构件连接，直到接地。
பைடு நூலகம்
结构特点




(l)该壳体为一超大型空间结构，结构体量大。整个结 构待壳体完全形成后，方为稳定的空间结构，所以保 证施工阶段的结构稳定至关重要; (2)该壳体为非正椭圆球体，且壳体内外两球面的椭圆 方程并不一样，因而施工中平面、空间定位测量的难 度颇大; (3)壳体的主要结构体—梁架(尤其是短轴梁架，侧向 厚度仅为60mm)平面外刚度极差，因而构件的起扳、 搬运、起吊难度颇大; (4)梁架呈中心对称辐射状布置，因而每种同类构件最 多只有四件，对构件的制作放样及安装顺序要求颇高。
主体结构
国家大剧院主体建筑钢结构超椭球体壳为一 个超大空间壳体，壳体是经过精确数字计算 得出的系数为2.24的超级椭球，它集建筑、 材料、设备等高科技于一身，其外围护装饰 板面积约36000m2。巨大的壳体是建筑与结 构的融合体、墙面与顶面浑然一体没有界限。 整个钢壳体由顶环梁、钢架构成骨架，148榀 (其中102榀不露明，46榀露明)弧形钢架呈放 射状分布，钢架之间由连杆、斜撑连接，壳 体钢架从外观看似是落在水中，实际上下部 是支撑在3m宽，2m高的巨大混凝土圈梁上。 巨大的穹顶重逾6000t，内部没有一根立柱， 却包含着歌剧院、戏剧院和音乐厅三幢混凝 土建筑。设计考虑到方便施工及加工周期问 题，壳体钢结构构件尽量标准化，并易于装 配。
节点
壳体钢结构施工安装技术

钢结构壳体为一超大空间结构，为非正椭圆球体，施 工中平面、空间定位测量的难度颇大。壳体的主要结 构体——梁架（尤其是短轴梁架，侧向厚度仅为 60mm）平面外刚度极差，梁架呈中心对称辐射状布 置，因而每种同类构件最多只有四件，对构件的制作 放样及安装顺序要求颇高。通过严谨、科学的技术准 备和攻关，根据工程实际，制定了以600t履带吊、 600t· m塔吊等大型起重机为主的“构件分段跨外综合 对称安装”的总体技术路线，并通过采取相关技术措 施高效地解决了施工过程中的重大技术难题。

钢结构构件平面分布情况如图 所示。 位于壳体中心的顶环梁结构，呈椭圆 形，长轴长约60m，短轴长约38m， 由环形钢管、箱形梁以及H型钢等构 件组成，重量约1050t；沿顶环梁周圈、 中心对称、辐射分布的148 榀拱形钢 梁架,其长轴梁架由H型钢拼焊而成， 共102 榀，重约.2100t，短轴梁架用 60mm 厚钢板拼焊而成，共46 榀，重 约2050t。梁架为拱形，变截面，投影 长度最长达76m，最短也超过50m， 最大单体重量约45t，每榀梁架一端位 于壳体边缘的±0.000 基座处，另一 端在43m 高空处与顶环梁相接。小型 构件主要是连接相邻梁架的连系杆、 斜撑等。斜撑区位于东南、东北、西 南、西北4 个斜向区域，在玻璃屋面 处，连系杆由铸钢连接件与梁架的球 节点连接。
从满足功能(防水、保温、声学、消 防排烟等)及美观效果方面出发，壳 体的不同层次构造都是经过精心设 计的，共分六层材料(从外向内的顺 序)：钛板(外装饰)、锤纹铝镁合金 板(防水)、16kg／m3长玻璃纤维棉 (保温)、2mm钢板(衬板)、100kg／ m3K13粉末(吸音)和红木吊顶(内装 饰)。主要构造为 主钢梁上的调节 牛腿固定檩条及次檩一条，在次檩 条上固定2mm钢衬板及T型码，在 2mm衬板上粘贴固定长玻璃纤维保 温层，其上为固定在T型码上防水 板的，T型码上再固定三次檩条， 最外层的钛板固定在三次檩条上， 2mm衬板内层喷K13的吸音材料， 在主钢梁内侧固定钢龙骨安装红木 吊顶。
设计理念
大剧院造型新颖、前卫， 构思独特，是传统与现代、 浪漫与现实的结合。这座 “城市中的剧院、剧院中 的城市” 以一颗献给新世 纪的超越想象的“湖中明 珠”的奇异姿态出现。中 国国家大剧院要表达的， 就是内在的活力，是在外 部宁静笼罩下的内部生机。 一个简单的‘鸡蛋壳’， 里面孕育着生命。设计灵 魂：外壳、生命和开放。
网壳实例分析
——国家大剧院
设计师
保罗· 安德鲁，著名法国建筑 师。因其在世界范围数不清的 机场规划而闻名，特别是位于 马尼拉、阿布扎比、雅加达、 开罗、文莱和巴黎等地的机场。 他很善于通过文案推销他的建 筑设计，在国际大型项目中多 次中标。但他的设计也多次出 现问题，尤其坍塌等安全问题 和设计中的能耗巨大浪费问题 为主。