上海世博会中国馆国家馆结构设计与研究
上海世博之中国馆
设计探秘——中国馆有人说，它像商周时期的青铜器，借喻国之重器、鼎盛中华；有人说，它像古时论两称斤的斗，取意天下粮仓、富庶百姓；还有人说，它像古人头上的冠帽，故此得名“东方之冠”。
而且，既有评论说它雄浑威仪，体现了国家气度，也有观点认为，它太过庄严，有损亲和。
但不管人们如何议论，这座层叠出挑的红色倒锥形建筑已然耸立在上海浦江东岸，古朴大气，静静地期待着绽放的一刻。
这就是中国馆，一个凝聚了中华魂的中国馆！外形：借鉴汉字外形建造。
居中升起，层迭出挑。
中国馆独特的斗拱式结构，相信给众多参观者留下了深刻的印象。
有人说它是一枚“中国印”，也有人将其称为是“天下粮仓”。
不过，说到其外形，一些细心的参观者会发现，似乎与汉字中“华”的繁体字“华”颇为相似。
中国馆的寓意首先是展馆建筑外观以“东方之冠，鼎盛中华，天下粮仓，富庶百姓”的构思主题，表达中国文化的精神与气质。
展馆的展示以“寻觅”为主线，带领参观者行走在“东方足迹”、“寻觅之旅”、“低碳行动”三个展区，在“寻觅”中发现并感悟城市发展中的中华智慧。
展馆从当代切入，回顾中国三十多年来城市化的进程，凸显三十多年来中国城市化的规模和成就，回溯、探寻中国城市的底蕴和传统。
随后，一条绵延的“智慧之旅”引导参观者走向未来，感悟立足于中华价值观和发展观的未来城市发展之路。
亮点从上百种红色材料色样中精心挑出的“中国红”装点国家馆的“中国红”，是从足足上百种红色材料色样中逐一挑选而出的，由7种红色组合而成。
馆体颜色由上至下依次由深至浅，能在白昼不同阳光折射和夜间灯光投射及不同视觉高度等条件下，形成统一的具有沉稳、经典视觉效果的红色。
此外，中国馆红板选用金属材料，采用灯芯绒状肌理方案，不仅为中国馆穿上了更具质感的“外衣”，也为原本张扬、跳跃的红色赋予了稳重、大气的印象。
主题：城市发展中的中华智慧概况：展馆外观中国国家馆的展示主题为“城市发展中的中华智慧”，以东方为视角，以寻觅为主线。
气膜结构典型案例
气膜结构典型案例1. 鸟巢体育馆（北京国家体育场）鸟巢体育馆是2008年北京奥运会的主体育场，采用了气膜结构。
其特点是整体造型独特，外观如巢状，呈现出动感和现代感。
气膜结构使得体育馆的屋顶轻盈，减少了材料的使用量，同时也提供了良好的采光效果。
2. 上海世博会中国馆上海世博会中国馆也是采用了气膜结构。
中国馆的设计灵感来自于中国传统建筑的屋脊和屋檐，整体呈现出流线型的造型。
气膜结构使得中国馆的屋顶能够自由呼吸，适应不同的气候条件，同时也为内部展览提供了良好的灯光效果。
3. 北京大兴国际机场北京大兴国际机场是中国目前最大的机场之一，也是世界上最大的气膜结构建筑之一。
机场的航站楼采用了气膜结构，使得建筑物更加轻盈和灵动。
气膜结构的采用还能够减少建筑物的能耗，提高建筑的可持续性。
4. 德国柏林国际机场德国柏林国际机场的航站楼也是采用了气膜结构。
该航站楼的设计灵感来自于鸟类的羽毛，整体呈现出优雅和轻盈的感觉。
气膜结构的使用使得航站楼的室内空间更加宽敞，并提供了良好的采光效果。
5. 上海迪士尼乐园上海迪士尼乐园的入口广场也采用了气膜结构。
入口广场的气膜结构呈现出流线型的造型，与乐园的主题相呼应。
气膜结构使得入口广场的屋顶能够自由呼吸，适应不同的气候条件，并为乐园的游客提供舒适的休息场所。
6. 香港会议展览中心香港会议展览中心的主要建筑物也采用了气膜结构。
气膜结构的使用使得建筑物的屋顶能够自由呼吸，适应不同的气候条件，并提供了良好的采光效果。
香港会议展览中心成为了香港重要的会展场所，吸引了众多国内外的参展商和游客。
7. 广州塔广州塔是世界第四高的电视塔，也是采用了气膜结构。
气膜结构使得广州塔的外观呈现出流线型的造型，与塔身的线条相呼应。
气膜结构的使用还使得广州塔的观景层能够自由呼吸，适应不同的气候条件，并且提供了360度的全景视野。
8. 广州体育馆广州体育馆也是采用了气膜结构。
气膜结构使得体育馆的屋顶能够自由呼吸，适应不同的气候条件，并提供了良好的采光效果。
上海世博会中国馆国家馆结构体系
１０００－５６５Ｘ（２０１１）０９－００８２－０６２０１０年上海世博会中国馆国家馆结构体系许名鑫陈福熙谢曙周汉香华南理工大学建筑设计研究院，广东广州５１０６４１摘要：文中介绍了２０１０年上海世博会中国馆国家馆的总体概况－４个筒体从地区馆升起，空中连成整体作为展厅，层叠出挑，呈倒四棱台斗冠状．阐述了国家馆的一些结构设计特点——依建筑外形设置的斜柱，为楼盖大梁提供竖向支承，满足了展厅内没有柱子的大空间使用功能要求，通过加强斜柱根部楼层的连梁和楼盖刚度，使３３．３ｍ标高楼盖自相平衡地受压而不是剪力墙受剪来承担更多的斜柱水平分力．此外，还介绍了４１．４、４９．５、６０．３和６９． ９ｍ标高楼盖的结构布置及３根斜柱交汇处的节点做法、组合梁的起拱原则、内力较大处梁的做法、抗震设计等．上海世博会；中国馆国家馆；结构体系；剪力墙；斜柱；组合楼盖ＴＵ ３９８．９１０． ３９６９／ｊ． ｉｓｓｎ． １０００－５６５Ｘ． ２０１１．０９． ０１４２０１１－０２－１４作者简介：许名鑫（１９７８－），男，博士，一级注册结构工程师，主要从事现代预应力混凝土结构研究和复杂结构设计．Ｅ－ｍａｉｌ：ｍｘｘｕ＠ ｓｃｕｔ． ｅｄｕ．ｃｎ８３８４８５结论＠＠［１］方小丹，韦宏，陈福熙，等．中国２０１０年上海世博会中 国馆国家馆超限高层建筑抗震设计可行性报告［Ｒ］． 广州：华南理工大学建筑设计研究院，２００８．＠＠［２］方小丹，韦宏，江毅，等．广州西塔结构抗震设计［Ｊ］． 建筑结构学报，２０１０，３１（１）：４７－５５．Ｆａｎｇ Ｘｉａｏ－ｄａｎ， Ｗｅｉ Ｈｏｎｇ， Ｊｉａｎｇ Ｙｉ， ｅｔ ａｌ． Ｓｅｉｓｍｉｃ ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ｔｈｅ Ｇｕａｎｇｚｈｏｕ Ｗｅｓｔ Ｔｏｗｅｒ ［ Ｊ ］． Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｂｕｉｌｄｉｎｇ Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ，２０１０，３１ （ １ ） ：４７－５５．＠＠［３］ 本格尼．Ｓ．塔拉纳特．高层建筑钢混凝土组合结构设 计［Ｍ］．罗福午，方鄂华，王娴明，等，译．第二版．北京： 中国建筑工业出版社，１９９９．＠＠［４］ 龙跃凌，蔡健．核心高强钢管混凝土组合柱轴压承载 力计算新方法［Ｊ］．华南理工大学学报：自然科学版， ２０１０，３８（１０）：２６－３１．Ｌｏｎｇ Ｙｕｅ－ｌｉｎｇ，Ｃａｉ Ｊｉａｎ． Ａ ｎｅｗ ｍｅｔｈｏｄ ｔｏ ｃａｌｃｕｌａｔｅ ａｘｉａｌ ｂｅａｒｉｎｇ ｃａｐａｃｉｔｙ ｏｆ ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ ｃｏｌｕｍｎｓ ｗｉｔｈ ｃｏｒｅ ｏｆ ｈｉｇｈ ｓｔｒｅｎｇｔｈ ｃｏｎｃｒｅｔｅ－ｆｉｌｌｅｄ ｓｔｅｅｌ ｔｕｂｅ ［ Ｊ ］． Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｓｏｕｔｈ Ｃｈｉｎａ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ： Ｎａｔｕｒａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅ Ｅｄｉｔｉｏｎ， ２０１０，３８（１０） ：２６－３１．＠＠［５］ 同济大学土木工程防灾国家重点实验室．中国２０１０年 上海世博会中国馆国家馆结构模型模拟地震振动台 试验研究报告［Ｒ］．上海：同济大学土木工程防灾国 家重点实验室，２００８．＠＠［６］ＤＧＪ０８－１１－１９９９．（上海市）地基基础设计规范［Ｓ］． Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ Ｓｙｓｔｅｍ ｏｆ Ｃｈｉｎａ Ｎａｔｉｏｎａｌ Ｐａｖｉｌｉｏｎ ａｔ Ｅｘｐｏ ２０１０ Ｓｈａｎｇｈａｉ Ｃｈｉｎａ Ｘｕ ｍｉｎｇ－ｘｉｎＣｈｅｎ Ｆｕ－ｘｉＸｉｅ ＳｈｕＺｈｏｕ ｈａｎ－ｘｉａｎｇ。
《世博会中国国家馆》课件
强调科技发展与社会进步的紧 密关系。
该展区不仅展示了科技产品和 技术，还通过案例和互动体验 等方式，让观众了解科技发展 与社会进步的紧密关系，强调 了科技创新对于推动社会进步 的重要作用。
未来展望展区
总结词
展望中国未来的发展愿景和目标。
总结词
倡导全球合作与共同发展。
详细描述
该展区通过模型、影像、互动体验等多种形式， 展示了中国未来的发展愿景和目标，包括可持续 发展、生态文明、智慧城市等领域，激发观众对 于中国未来的美好期待和发展信心。
作为东道主，中国政府于2010年在上海举办了世博会，并建 设了中国国家馆，以展示中国的文化、科技和经济发展成果 。
世博会中国国家馆的意义
中国国家馆是世博会的重要场馆之一，它代表了中国在国际 舞台上的形象，展示了中国的综合国力和国际影响力。同时 ，它也是中国与世界各国交流的重要平台，促进了国际间的 友好交往和文化交流。
世博会中国国家馆的建筑特色
建筑特色概述
世博会中国国家馆的建筑特色主要体现在其宏伟的外观、独特的结构以及富有创意的设计 细节上。
外观与结构
中国国家馆外观以红色为主色调，象征着中国文化的热情与活力。其采用的是一种名为“ 斗拱”的传统建筑结构形式，这种结构既坚固又富有装饰性。
设计细节
在细节设计上，中国国家馆也充满了创意。例如，馆内的展陈空间采用了大量的多媒体技 术，如动态投影、交互式展示等，为观众带来沉浸式的参观体验。此外，馆内的绿化设计 也别具一格，通过引入本土植物和景观设计，营造出一种自然和谐的氛围。
详细描述
中国国家馆内设置了许多互动体验项目，如虚拟现实、增强现实等科技手段的应用，让参观者可以更 加深入地了解中国的文化和科技发展。这些互动体验项目不仅增加了参观的趣味性和参与性，也让参 观者更加深入地感受到中国的文化和历史底蕴。
上海世博会各国展馆的设计理念解析
VS
详细描述
美国馆的设计理念是展示一个充满创新、 合作与未来展望的国家。展馆外观呈开放 式，呈现出一种现代而富有活力的氛围。 馆内展示了美国在科技、经济和社会等方 面的最新成果和发展趋势，强调通过创新 和合作应对全球挑战，共同创造美好的未 来。
日本馆：心之和，技之和
总结词
强调和谐、科技与人文关怀
详细描述
环保材料的使用
环保材料
各国展馆大量采用可再生、可回收利 用的环保材料，如木材、竹子、纸张 等，降低对环境的破坏和污染。
节能材料
绿色建材
使用低挥发性有机化合物（VOC）的 绿色建材，减少室内空气污染，保障 参观者的健康。
展馆的外墙和屋顶采用保温、隔热材 料，减少能源消耗，提高建筑的能效。
可持续能源的利用
引领可持续发展
上海世博会强调可持续发展理念，推动了绿色建筑、清洁能源等领 域的发展，为全球可持续发展做出了贡献。
感谢您的观看
THANKS
推动经济发展
上海世博会吸引了大量国内外游客 和投资，拉动了旅游、餐饮、住宿 等相关产业的发展，对经济增长起 到了积极的推动作用。
上海世博会对世界的影响
促进国际交流与合作
上海世博会为世界各国提供了一个展示和交流的平台，促进了国 际间的交流与合作，增进了各国之间的了解和友谊。
推动科技创新
上海世博会展示了大量前沿科技和创新成果，激发了全球的创新活 力，推动了科技创新和产业升级。
上海世博会各国展馆的设计 理念解析
目 录
• 上海世博会概述 • 上海世博会概述 • 各国展馆设计理念解析 • 创新设计元素在各国展馆中的应用 • 各国展馆设计理念对现代城市规划的启示 • 上海世博会对中国及世界的影响
2010年上海世博会中国馆国家馆结构体系
2010年上海世博会中国馆国家馆结构体系许名鑫;陈福熙;谢曙;周汉香【摘要】文中介绍了2010年上海世博会中国馆国家馆的总体概况-4个筒体从地区馆升起,空中连成整体作为展厅,层叠出挑,呈倒四棱台斗冠状.阐述了国家馆的一些结构设计特点——依建筑外形设置的斜柱,为楼盖大梁提供竖向支承,满足了展厅内没有柱子的大空间使用功能要求,通过加强斜柱根部楼层的连梁和楼盖刚度,使33.3m标高楼盖自相平衡地受压而不是剪力墙受剪来承担更多的斜柱水平分力.此外,还介绍了41.4、49.5、60.3和69.9m标高楼盖的结构布置及3根斜柱交汇处的节点做法、组合梁的起拱原则、内力较大处梁的做法、抗震设计等.%In this paper, the general situation of China National Pavilion at the Expo 2010 Shanghai China is introduced, the four tubes rising from the Regional Pavilion and connecting in the air being the exhibition hall with spreading layer upon layer, just like an inverse quadrangular frustum pyramid crown. Moreover, some characteristics of the structure design of the National Pavilion are expounded, which includes that so as to columns set based on the shape of the building vertically support the girders of floor inclined satisfy the demand of the big space service function without column within the exhibition hall, and by strengthening the stiffnesses of the coupling beam and the floor at 33. 3m elevation, the press of the floor is used to resist more horizontal component force from the inclined columns by means of self equilibrium rather than the shear of shear wall. Besides, the authors also introduce the structure layout at the elevations of 41. 4, 49. 5, 60. 3 and 69. 9 m, the joint configuration of connecting three inclinedcolumns, the camber principle of composite beam, the measures in dealing with the girder with large internal force, seismic design, etc.【期刊名称】《华南理工大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2011(039)009【总页数】6页(P82-87)【关键词】上海世博会;中国馆国家馆;结构体系;剪力墙;斜柱;组合楼盖【作者】许名鑫;陈福熙;谢曙;周汉香【作者单位】华南理工大学建筑设计研究院,广东广州510641;华南理工大学建筑设计研究院,广东广州510641;华南理工大学建筑设计研究院,广东广州510641;华南理工大学建筑设计研究院,广东广州510641【正文语种】中文【中图分类】TU398.92010年上海世博会中国馆由国家馆、地区馆和港澳台馆三部分组成.国家馆以地区馆为基座，4个筒体从中升起，在33.3 m标高及其以上连成整体，为展区部分，该部分层叠出挑，呈四棱台斗冠状，如图1所示.图1 中国馆效果图Fig.1 Effect picture of China Pavilion国家馆和地区馆由华南理工大学建筑设计研究院、清华大学建筑学院北京清华安地建筑设计顾问有限公司和上海建筑设计研究院有限公司组成的联合设计团队设计，其中结构专业设计由华南理工大学建筑设计研究院完成.国家馆地下1层，层高8m，大屋面标高为60.3m，局部69.9m，地面以下与地区馆地下室连成整体，地面以上与屋面标高为13.0 m的地区馆用抗震缝分开.国家馆平面尺寸由底部4个筒体包围的69.9 m×69.9 m伸展到大屋面的139.4m×139.4m，地面以上建筑面积约为5.1万m2.展厅活荷载在计算楼板时取12kN/m2，在计算梁、竖向构件、基础时取9 kN/m2.展厅位于建筑上部，结构具有出挑长、荷载重、跨度大的特点. 文中介绍了国家馆结构体系的设计过程和特点，包括剪力墙、斜柱、楼盖的结构布置以及抵抗斜柱引起的水平力的做法、三根斜柱交汇处的节点做法、组合梁的起拱原则、内力较大处梁的做法、结构抗震设计、针对临近地铁这一情况的基础设计等.1 剪力墙利用落地的楼电梯间设置4个平面尺寸为18.6m×18.6m的钢筋混凝土筒体，是抵抗竖向力和水平力的主要结构构件.相邻的两筒体内侧的距离为32.7m，筒体内共分成26层，层高多为2.7 m，作休息平台和设备房用.为提高结构的抗震性能，控制筒体剪力墙的轴压比不大于0.4［1］，筒体的剪力墙尺寸如图2所示.图2 筒体剪力墙布置简图(单位:mm)Fig.2 Plan of shear wall in tube(unit:mm)剪力墙混凝土强度设计等级为C50，图2中阴影部分为剪力墙边缘构件范围，外墙连梁LL1截面一般为500 mm×800 mm.将整个Q1墙身作为边缘构件，纵筋配筋率取为1.5%;在各混凝土筒体的转角部位所设方钢管的截面为800mm×800 mm，厚度为25～40 mm，节点处取大值，底部取小值;适当提高底部加强区剪力墙的水平分布筋配筋率至0.6%左右，为18@150(3排).2 斜柱该建筑只是外形象斗拱，结构上并没有相互穿插依托的梁、栱、栔等部件，而是针对出挑长、荷载重的特点，依其倒梯形造型，设置了传力直接的20根矩形钢管混凝土斜柱，斜柱支承于混凝土筒体，并与混凝土筒体一起为楼盖大梁提供竖向支承，满足了展厅内没有柱子的大空间建筑使用功能要求.结构的ETABS软件模型如图3所示.建筑外立面层叠出挑的斗拱造型以钢结构桁架作骨架来实现，该桁架不作主要的受力构件，但可加强斜柱的侧向约束，提高结构的整体性能.结构的剖面计算简图如图4所示.图3 结构模型示意图Fig.3 Sketch of structure model图4 剖面计算简图(单位:m)Fig.4 Computation sketch of structure section plane(unit:m)斜柱起于筒体33.3m标高处、止于60.3m标高的大屋面，钢管截面尺寸为1500mm×800mm×35mm(高×宽×壁厚)，钢管内灌混凝土以防止局部屈曲.33.3m标高3根斜柱交汇处，钢管节点的形状如图5所示，图中竖直的钢管为内置于混凝土筒体角部的方钢管.计算结果表明，在竖向荷载设计值作用下，节点钢管除局部区域压应力(达175N/mm2)较为集中外，其余部位压应力均在130N/mm2以内.图5 斜柱交汇处钢管节点Fig.5 Steel tube joint connecting slant column斜柱根部的轴力可分解为竖向力和水平力，竖向力由混凝土筒体受压来承担，为让33.3m标高楼盖自相平衡的受压来承担更多的斜柱水平分力，尽可能减少剪力墙承受的剪力，除采用型钢混凝土梁，并将该层楼板厚度提高至180mm外，还将该标高筒体内连梁的截面尺寸加大至700 mm×3500 mm，以增强其轴向刚度.计算结果表明，采取上述措施后，竖向荷载设计值作用下，斜柱下方墙肢的剪应力与抗压强度设计值之比的最大值为0.064.即虽然与常规结构的剪力墙在竖向荷载作用下无剪力不同、存在着剪力，但是采取上述措施后该剪力与剪力墙的抗剪承载力相比是较小的，该剪力墙可以承担.由于斜柱是不落地的，且其截面尺度本身也比剪力墙小得多，所以抗侧刚度较小，地震作用引起的内力较小，斜柱的内力主要是由竖向荷载所引起的，斜柱及其底部节点可较易达到中震弹性的更高抗震要求.3 楼盖体系本工程在标高± 0.0、9.0、33.3、41.4、49.5、60.3和69.9m共7处设置较大面积的连接4个核心筒的楼(屋)盖.除标高±0.0 m处过厅、9.0 m处国家馆露天入口平台采用混凝土楼盖外，一般采用密肋钢梁－钢筋桁架混凝土平板组合楼盖.从整体上说，斜柱引起其上部楼(屋)盖受拉、下部楼盖受压，所以组合楼盖的楼板采用平板式，同时考虑到虽然斜柱下部的33.3m标高楼盖整体上受压，但是斜柱、连梁的形心未与该楼盖形心对齐，楼板偏心受压，33.3 m标高楼板配筋也采用双层双向通长布置.3.1 33.3m 标高楼盖［2-4］为避免满堂高支模，且提高33.3m标高楼盖的轴向刚度，该楼盖采用型钢混凝土梁，结构平面布置如图6所示.图中符号▲为刚接符号，图中间扶梯旁的虚线框内钢梁待施工塔吊拆除后再安装，施工时主塔吊置于筒体内.图6 33.3m标高楼盖结构平面示意图(单位:mm)Fig.6 Framing plan of floor at 33.3m elevation(unit:mm)图6中具有典型意义的梁为矩形钢管内灌混凝土的型钢混凝土梁，考虑结构构件承载力、挠度、竖向舒适度、建筑层高等因素后，GL1梁钢管的高H×宽B×腹板厚度tw×翼缘厚度 tf为2 200 mm×400mm×16mm×35 mm，GL2梁跨中截面如图7所示，支座附近截面上翼缘不开槽而代以浇灌孔和泌水孔、下翼缘无另加钢板.为提高结构抗震性能贯穿筒体在连梁内设置的型钢截面为H600mm×200mm×12mm×20mm.图7 33.3m标高GL2梁跨中截面(单位:mm)Fig.7 Mid span section of beam GL2 at 33.3 m elevation(unit:mm)若大梁统一按跨度的某一千分率起拱，则有可能由于跨度不同、荷载分布、支承条件不一样，导致施加荷载后楼盖不平整，这里以大梁的计算变形为依据，人为调整简支、连续梁的计算起拱值使它们相对接近，以反映实际结构更强的整体变形协调的因素.起拱值的计算分3个阶段进行:第一阶段刚度取型钢刚度、荷载取梁的自重(含钢梁和钢梁内混凝土);第二阶段取型钢加混凝土矩形梁的刚度，新增荷载取楼板自重;第三阶段刚度取组合梁刚度，新增荷载为装修荷载等永久荷载加少量使用荷载.3.2 41.4m标高楼盖41.4 m标高展览平台除通过扶、电梯外也可沿建筑四周的自动坡道连接49.5m标高展览平台，二者间坡道及41.4m标高楼盖结构示意如图8所示.图8 41.4m标高结构示意图Fig.8 Framing plan of floor at 41.4m elevation 41.4 m标高楼盖典型梁截面与49.5 m标高楼盖典型梁的截面类似.3.3 49.5m标高楼盖49.5 m标高楼盖结构平面布置如图9所示，考虑结构构件承载力、挠度、竖向舒适度、建筑层高等因素后，组合梁中各钢梁的截面尺寸见表1，板厚为130mm，主要受力钢构件采用Q345钢，其中钢板厚度≤35 mm时采用Q345B钢，钢板厚度≥36 mm时采用Q345GJC钢.图9 49.5m标高结构平面示意图(单位:mm)Fig.9 Framing plan of floor at 49.5m elevation(unit:mm)表1 49.5m标高梁截面Table 1 Beam section at 49.5m level梁号截面形式截面尺寸/mm H B tw t f GL1 工字钢组合梁2000 350 16 35 GL2 图10截面Ⅰ 2000 800 28 35 GL3 图10截面Ⅱ 2000 600 20 40 GL4 图10截面Ⅰ 2000 600 28 35 GL5 图10截面Ⅰ 2000 600 25 32 GL6 工字钢组合梁2000 350 20 35 表1中非工字钢组合梁截面形式如图10所示.图10 49.5m标高梁截面Fig.10 Beam section at 49.5m elevation3.4 60.3m标高楼盖60.3 m标高楼盖需作为其下层部分展厅的吊柱、其上层梁上柱的支承，结构平面布置如图11所示，图中组合梁GL的钢梁截面为工字形，截面与49.5m标高梁相似，由于本层主梁辖荷区较大，导致内力较大，主梁采用了钢桁架的形式，图中标注为HJ，弦杆采用方钢管、腹杆采用H型钢.为解决桁架在墙端支座处内力较大及该部位弦杆局部弯矩较大的问题，除将受力最大的HJ1距墙端支座4.65m范围内的上下弦杆截面加大至400 mm×500 mm×40mm×40mm外，还在上下弦杆间增设35 mm厚钢板，该部位腹杆截面尺寸取为H430 mm×400mm×40mm×40mm.图11 60.3m标高结构平面示意图(单位:mm)Fig.11 Framing plan of floor at 60.3m elevation(unit:mm)当桁架内力较大时，会在作为其支承结构的混凝土剪力墙的上下弦杆间的范围内引起较大的剪力.本工程桁架HJ1的上弦杆贯通筒体的3片剪力墙与另一侧筒体的桁架相连，如图11、图4所示.弦杆与混凝土剪力墙通过栓钉相连，由于栓钉的滑移效应等原因，这3片剪力墙可共同承担该弦杆轴力.本层楼板厚140 mm，为抵抗斜柱引起的屋面拉力及温度作用，于楼板厚度中心双向设置φs15@500无粘结直线预应力筋.为便于屋盖板支模采用了钢筋桁架模板.3.5 69.9m标高楼盖69.9 m标高楼盖板厚为120mm，组合梁中的钢梁截面一般为工字形，结构平面布置如图12所示.图12 69.9m标高结构平面示意图(单位:mm)Fig.12 Framing plan of floor at 69.9m elevation(unit:mm)4 抗震设计由于建筑造型上的需要，由下至上随着展厅范围的伸展，质量分布范围增大，转动惯量加大，给结构抗震带来不利影响.为此加强了结构的抗侧刚度以控制结构的变形，并采取了在各混凝土筒体的转角部位设置方钢管，提高剪力墙的抗震等级，控制筒体剪力墙在按弹性计算的大震作用下的剪应力水平，控制筒体剪力墙的轴压比，展厅层筒体内的连梁里增设型钢等抗震加强措施.应用ETABS、PKPM等软件对结构在地震作用下的弹性反应进行了计算分析，各软件的计算结果接近.基底弯矩约为4.51 GN·m，基底剪力约为76.0GN，剪重比约为5.27%，水平向、竖直向和45°方向地震作用下的计算结果接近［1］.采用上海市地方标准(DGJ08-9—2003)《建筑抗震设计规程》提供的反应谱、地震波SHW2、SHW3、SHW4计算得到的楼层水平位移曲线、层间位移角曲线如图13所示.最大层间位移角为1/1640，水平变形较小.振动台试验结果表明该结构具有良好的抗震性能［5］.5 基础图13 地震作用下楼层的水平位移和层间位移角曲线Fig.13 Curves of lateral story displacement and story drift angle under seismic effect中国馆临近地铁M8线，并因占了部分活塞风亭的用地而将部分活塞风亭移入到国家馆地下室的筒体内，国家馆的出挑部分更是覆盖了部分地铁隧道.为减少对地铁的扰动，采用钻孔灌注桩基础，桩底后注浆，并将桩径加大至850 mm，桩长加长至65m，以第层土粉细砂层为桩端持力层［6］，适当降低了桩的承载力取值，单桩抗压承载力设计特征值取为3500kN.目前未观测到国家馆对M8线有使用上的影响.筒体下桩基承台厚度为2m，混凝土强度设计等级为C40.筒体间地下室设置抗拔桩抗浮.6 结论(1)国家馆底部架空，展区部分层叠出挑，利用楼、电梯间设置落地的混凝土筒体，依建筑的倒梯形造型设置斜柱，为楼盖大跨度钢梁提供竖向支承，满足了展厅内没有柱子的大空间建筑使用功能要求.(2)33.3m标高楼盖采用型钢混凝土梁并将楼板厚度提高至180mm，还将该标高筒体内连梁的尺寸加大至700 mm×3500 mm增强其轴向刚度，楼盖自相平衡的受压而不是剪力墙受剪来承担更多的斜柱水平分力.计算结果表明，竖向荷载设计值作用下，斜柱下方墙肢的剪应力与抗压强度设计值比值的最大值约为0.064. (3)采用钻孔灌注桩基础，桩底后注浆，并将桩径加大至850 mm，桩长加长至65 m，以第层粉细砂层为桩端持力层，适当降低了桩的承载力取值，减少了国家馆对临近地铁的扰动.目前未观测到国家馆对临近地铁有使用上的影响.(4)给出了国家馆的结构布置、三根斜柱交汇处的节点做法、组合梁的起拱原则、内力较大处梁的做法等设计过程，可供同类工程设计建造时参考.参考文献:［1］方小丹，韦宏，陈福熙，等.中国2010年上海世博会中国馆国家馆超限高层建筑抗震设计可行性报告［R］.广州:华南理工大学建筑设计研究院，2008.［2］方小丹，韦宏，江毅，等.广州西塔结构抗震设计［J］.建筑结构学报，2010，31(1):47-55.Fang Xiao-dan，Wei Hong，Jiang Yi，et al.Seismic design of the Guangzhou West Tower［J］.Journal of Building Structures，2010，31(1):47-55.［3］本格尼.S.塔拉纳特.高层建筑钢混凝土组合结构设计［M］.罗福午，方鄂华，王娴明，等，译.第二版.北京:中国建筑工业出版社，1999.［4］龙跃凌，蔡健.核心高强钢管混凝土组合柱轴压承载力计算新方法［J］.华南理工大学学报:自然科学版，2010，38(10):26-31.Long Yue-ling，Cai Jian.A new method to calculate axial bearing capacity of composite columns with core of highstrength concrete-filled steel tube［J］.Journal of South China University of Technology:Natural Science Edition，2010，38(10):26-31. ［5］同济大学土木工程防灾国家重点实验室.中国2010年上海世博会中国馆国家馆结构模型模拟地震振动台试验研究报告［R］.上海:同济大学土木工程防灾国家重点实验室，2008.［6］DGJ08-11—1999.(上海市)地基基础设计规范［S］.。
2010年上海世博会中国国家馆
传的 民间绝 ” ｉ斩斧“．一块 ｌ 米见方的
｝ 技手段 ４ 分钟体验五千年文明精华 ５ ｅ 看到一个 Ｈ大的环幕影院．通过观看一段８ 台 阶全 部 琛
上万 刀，整个 巾国馆 大台阶加起来达５ ０ 多 刀。巾嘲馆大 ４０ 理出黑白棚
冲 国城市发展的智慧。之后，人们将回溯历 的视觉效果
潮、探寻中国城市的底蕴和传统。随后 ．一条绵延的 “ 智慧之 观 ．预约点设在展览现场各出人 口。 旅”引导参 观者走向未来 ，感悟立足于中华价值观和发展观的
未来城市发展之路 展馆外观格遇异的晨
项 ．重点展示中国城市发展理念 中的智慧。其中的多媒体综合
田采 馆 日 ： １ 月１日 ０ 概 况
层组成．外墙表面覆 以 ” 叠篆文字”．呈水平展开之势 。形成 建筑物稳定的基座，构造城市公共活动空间。 观众首先将乘电梯到达国家馆屋顶 ．即酷似九宫格的观
展馆建筑外观以 “ 东方之冠，鼎盛中华．天下粮仓 。富庶 景平台 ，将浦江两岸美景尽收眼底 然后 ．观众可以 自上而
Ｉ 馆红板选用金属材料．采用灯芯绒状肌理方 请的设计也极富巾国气韵，借鉴 很多巾围占代传统元素 在
宾穿上了更具质感的 “ 外衣” ．电为原本张 地 馆的外墙，设计者采用巾闻古老的殳字——篆书米作 为靛 予了稳重 、大气的印象。 饰。 “ 叠篆文字”装饰的地区慵建筑表面．传递着■ ｝ 凹节气
ｊ 模块状城市发展 规划遗迹开始．再到放大 ｒ
｝ 现身 百米墙面ｔ现 ‘ 清胴上河田＇
自 最棱心 也是最高的４ 米层展区北面．１０ ９ Ｏ
的人 文地理信息
赣临失传 “ 三斩斧” 平均每１ 厦米宽度要斩７ ］ ３
带 将被放大 了数百倍 的宋代名 《 清明上河
上海世博会各场馆设计理念
上海世博会工地，从世博会大道看到的中国馆（右）。
上海世博会工地，两人个走在中国馆顶上的观光通道。
中国馆效果图中国馆设计图主题：“东方之冠”，表达中国文化的精神与气质。
造型亮点：造型围绕“里弄”、“老虎窗”的构思，运用“折纸”手法，形成了二维平面到三维空间的立体建构；屋顶模仿石窟门“老虎窗”正面开、背面斜坡的特点，做到形神兼备。
充满中国元素，同时满足功能需求。
设计理念：国家馆居中升起、层叠出挑，地区馆水平展开，二者功能上下分区、造型主从配合，空间以南北向主轴统领，形成壮观的城市空间序列，形成独一无二的标志性建筑群体。
互为对仗、互相补充，共同组成表达盛世大国主题的统一整体。
上海世博会工地，在英国馆“种子圣殿”工作的几名工人。
在英国的“种子圣殿”内，能看到裹在用作建筑表面的亚克力杆顶端的种子。
上海世博会英国国家馆效果图主题：“传承经典，铸就未来”造型亮点：“种子圣殿” ，建筑外部向各个方向伸展大量的触须，触须顶端带有细小彩色光源，可以组合成多种图案和颜色，使展馆表面形成各种可变幻的光泽和色彩。
设计理念：参观者在进入“圣殿”之后会发现6万根亚克力杆每一根里都含有不同种类、形态各异的种子，它展示了英国在全球自然资源保护上所起的领先作用，同时也向公众展示了生物多样性在人类生活的各个领域，所能给我们带来的创意和其中蕴含的巨大潜力。
在“种子圣殿”周围的设计寓意一张打开的包装纸，将包裹在其中的“种子圣殿”送给中国，作为一份象征两国友谊的礼物上海世博会工地，工人在波兰馆收集垃圾。
波兰国家馆夜景效果图波兰国家馆设计图主题：人类创造城市造型亮点：以民间剪纸艺术为主题外观设计理念：建筑呈纯白色，表面镂空的花纹来自波兰民间传统的剪纸，这让整个建筑看上去就像是一个贴上了民间传统剪纸的不规则的盒子。
最奇妙的就是当夜幕降临的时候，房间的灯打开后，整个建筑将呈现和白天完全不同的样子，因为此时最突出的是在光线照耀下的镂空部分，将剪纸的感觉演绎的淋漓尽致。
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图 2 结构模型示意
图 3 结构剖面图
楼盖一般采用密肋钢梁2混凝土板组合楼盖 ,楼板
所用地震加速度时程的峰值 。
图 4 某层展厅结构平面布置示意
图 5 地震影响系数曲线比较
计算结果表明 ,采用《安评报告》曲线得到的结构
底部剪力比采用《抗震规程》曲线得到的结构底部剪力
约小 35 % ,为安全起见 ,设计时采用《抗震规程》曲线 。
抗震性能目标为 : 小震时 ,结构处于弹性阶段 ; 中
(Architectural Design and Research Institute South China University of Technology , Guangzhou 510641 , China) Abstract :The style of the China National Pavilion at the World Expo Shanghai 2010 is unique. It is a fly2over structure like an inverse quadrangular frustum pyramid crown , which is with spreading layer upon layer at the exhibition hall. As the roof extends 34175m from the concrete tube , the vertical mass distribution is not regular , the floor inertia moment is great , and the first period of the structure is a torsional period. It introduces the structural system , disposal , analysis and the primary construction measures of the China National Pavilion. 4 grounded concrete tubes which hold the staircases and elevator halls are used as the vertical and horizontal load resisting structure. The slant columns are set utilizing the inverse trapezoidal shape of the building to support the large2span steel girder of the floor. In the premise of ensuring the structure safety , the building service function is best satisfied. The influence of the fly2over style and which the first period is a torsional period to the structure are analyzed. The results of the detailed calculation analysis and shaking2table test show that although the first period is a torsional period , the structure torsional reaction is not so large , and the influence to the structural earthquake2resistant capability is small. Therefore , the earthquake2 resistant capability of the structure is good and the expected earthquake2resistant capability goal can be achieved. Keywords :slant column ;composite beam ;torsion mode ;lateral stiffness ;aseismic capability ;vertical vibration ;comfortableness
见表 2 。最不利地震作用方向为 - 17°,其计算结果与
X , Y ,45°方向的计算结果接近 。在考虑偶然偏心地震
作用下 ,楼盖竖向构件的最大水平位移为屋面两端竖
向构件弹性水平位移平均值的 1118 倍 ,小于 112 ,属扭
转规则结构 。
313 结构抗震性能分析
31311 对第 1 周期为扭转周期的分析
Structural research and design for the China National Pavilion at the World Expo Shanghai Fang Xiaodan , Wei Hong , Chen Fuxi , Xu Mingxin , Zhou Hanxiang
型钢混凝土梁2混凝土板 ,板厚 180mm ,梁截面尺寸一
般为 400 ×2 380 ,受力较大处适当加大梁宽 。标高为
6013m 处的屋盖 ,板厚度 140mm ,板内设置 <s1512 @500
无粘结预应力筋 。屋盖主梁采用钢桁架 ,除斜向布置
的外 ,桁架上弦贯通整个屋盖为第一组 , Ⅳ类场地 。设计基准期为 50
年 ,结构设计耐久性年限为 100 年 ,安全等级为一级 。
《中国 2010 年上海世博会中国馆工程场地地震安
全性评价报告》(简称《安评报告》) 和上海市《建筑抗震
设计规程》(DGJ0829 —2003) ( 简称《抗震规程》) 提供的
场地水平地震动参数见表 1 。《建筑抗震设计规范》 ( GB50011 —2001) (简称《抗震规范》) 《、抗震规程》《、安 评报告》给出的多遇水平地震影响系数曲线见图 5 。
采用钢筋混凝土筒体 + 组合楼盖结构体系 。利用 落地的楼电梯间设置四个 1816m ×1816m 的钢筋混凝 土筒体作为抗侧力结构 。四个落地筒体除承担竖向荷 载外 ,还承担风荷载及水平地震作用 。依建筑的倒梯 形造型 ,设置了 20 根 800 ×1 500的矩形钢管混凝土斜
84
图 1 中国馆效果图
成一个整体 , ±01000 以上由防震缝分为独立的结构单
元 。取地下室底板作为上部结构的计算嵌固端 。
计算结果表明 ,结构的抗剪承载力由剪力墙提供 ,
四个筒体剪力墙沿竖向连续 ,没有突变 ;结构刚重比为
1911 ,满足不小于 114 的要求 ;加强部位剪力墙的最大
轴压比为 0139 ,满足不宜超过 015 的要求 。其他结果
厚度一般为 130mm ,焊接工字型蜂窝钢梁间距 316m ,截
面为2 000 ×350 ×16 ×35 ,由于剪力不大 ,按构造设置
横向加劲肋 。斜柱引起 3313m 标高处楼盖受压 ,4915 ,
6013m 标 高 处 楼 盖 受 拉 。为 避 免 满 堂 高 支 模 , 提 高
3313m 标高处楼盖的轴向刚度 ,3313m 标高处楼盖采用
场地水平地震动参数
表1
设防水准
安评报告 小震 中震 大震
抗震规程 小震 大震
αmax
01096 01266 01443 0108
0145
Tg
0170 0195 1110 0190
1110
γ
118
117
116
—
—
¨a maxΠcmΠs2
40
111
181
—
—
注 :γ为地震影响系数曲线下降段的衰减指数 ,¨amax为时程分析
第 39 卷 第 5 期
建 筑 结 构
2009 年 5 月
上海世博会中国馆国家馆结构设计与研究
方小丹 , 韦 宏 , 陈福熙 , 许名鑫 , 周汉香
(华南理工大学建筑设计研究院 ,广州 510641)
[ 摘要 ] 2010 年上海世博会中国馆的国家馆造型独特 ,其底部架空 ,展区部分层叠出挑 ,呈四棱台斗冠状 。屋面由 混凝土筒体出挑 34175m ,不但使得竖向质量分布不均匀 ,还使得楼盖的转动惯量大 ,导致结构的扭转周期成为第一 周期 。介绍了国家馆的结构体系 、结构布置 、结构分析以及主要的构造加强措施 。利用楼 、电梯间设置四个落地的 混凝土筒体作为承重和抗侧力结构 ,利用建筑的倒梯形造型设置斜柱来支承楼盖大跨度钢梁 ,在确保结构安全的 前提下 ,最大限度地满足了建筑使用功能的要求 。分析了扭转周期为第一自振周期对结构的影响以及底部挑空对 结构竖向侧向刚度分布的影响 。详细的计算分析及模拟振动台试验结果表明 ,虽然扭转周期为第一周期 ,但结构的 扭转反应并不严重 ,对结构的抗震性能影响不大 ,结构具有良好的抗震性能 ,可达到预定的抗震性能目标 。 [ 关键词 ] 斜柱 ; 组合梁 ; 扭转振型 ; 侧移刚度 ; 抗震性能 ; 竖向振动 ; 舒适度
直接 。其它梁采用焊接工字型蜂窝钢梁 。
计算楼板时展厅活荷载取 12kNΠm2 ,整体计算时取
9kNΠm2 ,一般部位的楼板配双层双向 ○‖—12 @150 的通长 筋 ,以加强楼板的承载力和整体性 。
某层展厅结构平面布置示意见图 4 ,世博会后将
去掉图中心虚线范围内的楼盖 ,以丰富建筑空间 。结
构剖面见图 3 。根据主要质量分布 ,将结构划分成 7 个
由于建筑造型上的需要 ,由下至上随着展厅范围
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