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长沙梅溪湖国际文化艺术中心

长沙梅溪湖航拍全景

项目概况

长沙梅溪湖国际文化艺术中心是湖南省地标性建筑,由英国的扎哈事务所担纲概念设计,北京市建筑设计研究院落地设计,北京城建集团施工总承包。总建筑面积 12.6 万㎡,总投资近20亿,通过5.2万㎡地下室连为一体,地上分为1800 座的大剧场、500 座的多功能小剧场和一个展厅面积超过 1 万㎡的当代艺术馆。其中:大剧院幕墙总面积约为53262㎡,包括GRC幕墙34230㎡;大剧院GRC数量约为5142块,小剧院GRC幕墙面积14000多㎡,数量约为2221块。现已成为湖南省规模最大、全国领先、国际一流的高雅文化艺术殿堂。

设计单位:英国扎哈·哈迪德建筑事务所

GRC用量:45900 m²

项目特点:整个项目由13000多块异形曲面纤维混凝土幕板组成,每一块的大小尺寸都不一样,最大的一块有35m²以上,重达一吨。目前屋顶幕墙整体安装已全部完成,安装时须严格按照其编号顺序进行拼接,且安装误差必须控制在2mm以内。项目采用三维可调的安装方案,同时满足单独拆卸的要求,方便维护,更换。


案例解析:01.立项背景及总体思路   02.主要生产阶段   03.成果推广与应用


本工程建筑外形延续了行云流水般“扎哈曲线”,造型新颖别致,塑造出了高贵优雅的“芙蓉花”造型,是座典型的异形结构建筑。工程结构形式为(钢)框架-钢筋混凝土剪力墙结构;外围钢结构造型奇特,完全由2.2万t弯扭钢构件编制而成;外幕墙约10万㎡,造型迂回曲折,主要由7.4万任意曲面GRC(玻璃纤维增强混凝土)板组成,室内精装区域由不规则渐变的双曲 GRG 拼接而成; “扎哈式”复杂前卫的设计背后,是巨大且空前的施工难度。

难度一

任意曲面 11353 块、高耐久性、装配式、基于运维阶段 GRC 幕墙制作安装,难度史无前例。

1.由自由曲线生成的 GRC 异形双曲面板,完全无任何规律可循。传统木模具产品一致性差,人工成本高,效率低,精度低,无法实现大规模生产。

2.大小不一、曲率不同的11353块GRC板,每块GRC板与主体结构的连接角度从平面到立面各不相同,一般的标准连接件,无法满足工程需要。

3.主体钢结构与GRC幕墙理论空间只有1m,后期运维阶段,人员无法通过设置检修口来进行内部管线及防水层的维修,施工面临瓶颈。

4.为满足百年建筑高耐久性的要求,本工程选用了密实度更高、强度显著优于传统GRC材料的高性能GRC。其粘稠度大、难喷射,传统方法不能满足本工程双曲GRC板成型的要求。

难度二

大体量、大跨度双曲单层网壳钢结构高效、精准安装,难度空前。

1.屋面钢结构为异形双曲单层网壳结构,整体结构外形尺寸较大且无结构缝,变化无规律。其整体结构的温度、合拢时的焊接残余应力等模拟分析十分复杂,无相关技术及案例可参考。

2.国内外首创设计的大剧场前厅倾斜式竖向承重双曲单层网壳结构,南北长58m,东西宽43m,最大倾斜角度超过40度,构件处于弯、剪、压、拉及扭等各种力系的共同作用之下,力流的分布异常复杂,设计及施工难度空前绝后。

难度三

全过程、全寿命周期、协同集成数字化施工,国内外没有先例。

1.由于工程造型复杂,涉及各专业领域多,全专业BIM深化设计、协同难度大,贯穿全过程的设计和施工的数字化集成需求大。

2.大小不一、曲率不同的11353块GRC板,从设计、制造、安装到运维,数据传递必须一一对应,精准无误,研发针对幕墙GRC板的信息管理系统迫在眉睫。

难度四

非对称弧形曲面观众厅声学控制,难度巨大。

大剧院观众厅为非对称弧形体型,其表面设置了大量流线型内凹灯槽,极易形成非均匀声场从而造成部分区域声聚焦或缺少侧向反射声、频率吸收不均匀、混响时间控制难等现象。

总体思路


1)研发双曲GRC幕墙相关施工技术,实现异形GRC幕墙的高精度、全栓接、可调节、可拆卸。

a.发明一种数字化双曲模具生产技术,对 GRC 模具进行参数化设计,并结合数字化与数控化的对接, 控制GRC模具的加工精度;

b.研发一种三维可调连接与安装构件,实现GRC板背负钢架与主体结构连接的灵活性;

c.研发一种可喷射高性能GRC的设备,实现高强度性能混凝土低收缩可喷射;

d.发明一种幕墙板的安拆装置,通过简单的操作便可完成 GRC 板的安拆。

2)通过设置合拢缝将整个结构划分若干个独立体系,分区域安装、卸载后,再进行整体合拢,以解决大体量双曲单层网壳结构的安装技术难题。

3)联合高校、科研单位开发基于微信平台的三维可视化 GRC 信息管理系统,实现设计、制造、安装和运维的数据共享和传递。

4)联合专业单位及相关检测实验室采用多种声学计算软件及缩尺模型测算、试验等技术手段,对建筑形体、构造及材料进行整体优化,实现音质与建筑造型的完美结合。

2014年底设计介入梅溪湖,全国GRC单位共同竞标,本项是目前国内乃至全球最难项目之一,GRC肩负外墙维护体系更是设计师作品最直观的表达,做为面向大众的国际文化艺术中心,业主要求GRC实现后期可拆卸化,施工六向调节化。确保项目交付后防水及保温的维修,同行在接触本项目后陆续退出,我方通过三个月的不断钻研终于克服困难,制定了一套满足本项目10000块不同板型的统一标准节点,可六向调节即X\Y\Z三向转动、三向正负移动,利用防滑垫片与螺母固定限位,并与同济大学共同进行力学验算确保项目安全性。

GRC转接件安装


设计阶段

我方同扎哈共驻深圳半年时间,运用DP、与Rhinoceros软件对建筑模型空间塑造及细部优化处理,并通过Grasshopper对后期背附钢架建模及模具出图进行参数化编程,采用程序运行提高设计精度节约人工与时间成本,增强了业主各方对倍立达设计团队的信心。

深化加工图为设计最后一个环节,为加强设计与加工的衔接,设计团队全部进驻工厂,对每一个环节进行详细交底,运用全站仪施工打点测量采集现场数据与电脑模型比对,确保交付的每一件产品精度控制在3mm范围以内。


生产制作

GRC模具制作


GRC板块摆放


开发二维码系统

GRC施工测量修正


GRC板块起吊


GRC板块吊装运输


GRC板块现场吊装


GRC样板二次龙骨安装


GRC样板现场安装


GRC板块可拆卸视


成果推广与应用

项目首创的大跨度钢结构分区安装与分区卸载、整体合拢技术在北京新机场、青岛机场等工程中应用,降低了整体安装的施工难度,保证了大跨度钢结构的精确安装。

项目首次研发的任意曲面 GRC幕墙制作及安装技术在孝感市文化艺术中心、上虞游泳馆等工程中应用,实现了异形 GRC 幕墙的高耐久性、高精度、全栓接、可调节、可拆卸。

研究成果解决了工程建设前所未有的关键技术难题,为这一史无前例的“芙蓉花”状建筑造型顺利建成提供了可靠的科学依据和技术保障,完美实现了建筑意图,自竣工交付以来,已举办 100 多场大型演出,尤其是成 功举办了泛珠三角区域行政长官论坛,省会城市市长高峰论坛等重大政治任务。被英国女王伊丽莎白二世评价其为中英创意合作的典范。累计参观人数约 200 万次,已成为湖南省,乃至全国的旅游文化景观资源。


推动行业进步的作用与意义

1.研究成果确保了本工程的出色建造,为这一史无前例的“芙蓉花”状建筑造型顺利建成提供了可靠的科学依据和技术保障,完美实现了建筑意图,取得了举世瞩目的建设成就。

2.为解决“大跨度” “非线性”建筑的可建造性,提供了参考借鉴经验,整体提升了我国建筑业水平。

3. 双曲GRC 幕墙的高耐久性、高精度、全栓接、可调节、可拆卸的实现,突破了原有GRC幕墙的设计瓶颈 ,树立了我国建筑幕墙发展新的里程碑。

4. 全寿命周期BIM技术的应用,实现了设计、制造、安装和运维的数据共享,彰显了BIM、物联网、大数据等信息技术与先进建造技术的有机融合,体现了建筑业的创新改革。

5. 研究成果填补了国内外大跨度双曲单层网壳、双曲GRC幕墙等相关领域的空白,获38项专利、1项软件著作权、13项省级级工法、5项省部级科技类、全国BIM类一等奖。相关创新技术主编湖南省、江苏省地方标准2项,参编建筑行业标准一项,全面推动和提升了我国建筑业技术进步和总体水平。


公司根据各个不同阶段需求配备相关设计人员,设计师都较年轻化,非常珍惜有这样一个项目提升自我能力,面对项目难点我们研制程序创新节点,并推翻传统工艺从设计之初到加工制模全部程序化,三维控点影像扫描。为满足工期要求我们加班加点保证设计质量与进度,向业主及同行展示了倍立达铁军孜孜不倦奋发向上的精神。

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