青墨号外 | 看结构设计师如何玩转顶棚
2020.08.01

顶棚效果图.jpg


团队目前正在进行万科天空之城小学设计,需要在体育场看台处构思一个遮风挡雨的“特别”顶棚


传统认知里,采用常规的立柱、拉杆、钢梁、钢桁架悬挑等结构既省心又放心,披上金属屋面或者膜结构屋面,也足够美观大气上档次了。


传统顶棚-1纯度降低.jpg


但是,这样的力与美还不够理想,也难以解决顶棚后期维护的通病。在结构设计师们的意识里,敢于向传统说不


于是,一段“自虐”设计历程便开始了……



01

可能挖了一个大坑?


受到托罗哈和内尔维两位在薄壳方面颇有建树的大师吸引,结构设计师们决定尝试用混凝土壳来实现屋顶设计同时,希望用朴素的形式语言来表现结构的张力与材料的质感,仿佛天然去雕饰。


大师头像.jpg


有了目标,便着手搜集大量相关资料,对学术论文和实践案例进行对比研究,决定采用双曲抛物面的屋顶造型,其流线优美,足够吸睛。


1.pen.png

6.计算模型-m.png

 计算模型


7.漂亮的应力图-m.png


 漂亮的应力图


但是问题来了,通过定性分析确定的屋顶形式,还必须进一步通过定量分析,这其中牵涉到在有限元软件中建立屋面的三维模型。而空间曲面建模,还需要对多个模型进行比较与优化,让大家想到那句“理想很丰满,现实很骨感”。

 

到底是“填坑”?还是转变思路?


毕竟目前市场上混凝土壳的应用并没有遍地开花。但为了能够创造出一个更加持久耐用,并能在长时间保持颜值在线的顶棚,我们果断选择坚持初衷




02

认定目标走到底!

 

认定目标后,团队开始一步步拆解难题。


2.第一版GH电池.png

3.第二版GH电池.png4.第三版GH电池.png

5.第四版GH电池.png

 从上至下,第1-4版GH参数调整



复杂的模型优化过程需要借助更便捷准确的建模方式来实现——参数化设计被提上了日程。

 

运用rhino,借助其自带的grasshopper插件,让设计师们一度沉迷建模无法自拔。动动滑块就能高效调整屋面跨度、柱间距、曲面曲率等各种参数,大胆尝试了柱面,双曲面,锥面,甚至拟合变曲率的空间曲面,细细推敲对比了起翘高度、柱跨度。





通过堪比选美一般的层层筛选,我们挑出了一个最满意的成果,兼顾优美的建筑形态和优异的结构受力性能,可以说是结合力与美的化身了。





03

成果初现 


为了让图纸上的它尽快变为现实,我们决定使用新采购的3D打印机先打个样。在打样过程中经历了打成一个乱鸟巢,打成一块豆腐,打成一个开孔屋面的N个实验品之后,终于打出一个和想象中接近的样子。


3D模型GIF.gif

9.透视图.jpg


 透视图


10.位移图-m.png

 位移图

8.剖面.jpg


 剖面图

回想整个设计过程,每个人的辛勤付出都让成果离目标又迈进一步。同时,我们也会认真审视:


作为结构设计者,面对每一次实践,是否应抛开固有思维,尝试去突破自我对任何事物都保持敏感和求知,善于发现细节中的利弊,试图去改变现状。

 

希望坚持初心之下,顶棚的落成能为孩子们创造一方自由舒适的玩乐空间。





从项目启动

到成果落地

每一次探索

都是重新出发

『青墨号外』

记录设计日常背后的故事

呈现真实的建筑实践

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