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对谈项目：荣成大天鹅科普馆
对谈人员：陈军（CJ）、张准（ZZ），张冲冲（ZCC）
对谈时间：2018年11月21日 14：00-14：40；
2018年11月29日 11：00-11：30
对谈地点：和作结构建筑研究所办公室
科普馆北立面 摄影：杨天周
结构叠层与水中倒影 摄影：姚力
底层列柱与黑松林 摄影：姚力
贯穿中庭的独柱 摄影：姚力
方案演进
CJ：我看到整个过程大致有几稿建筑方案，结构设计是从哪个阶段开始介入的？
ZZ：从一开始的单伞方案就介入了。当时讨论下来，觉得不可实施，所以就直接换掉了。
CJ：不可实施的原因是……？
ZZ：是因为建筑想把弧线段做成真的混凝土，但是现场施工能力不算很好，做起来稍微有困难，担心最终完成品质。然后也考虑过要么里面做个柱子，然后外面那些（弧线）靠装饰，但建筑师觉得那样不好，这个方案就放弃了。
CJ：施工具体的难度在于什么呢？
ZZ：双曲异形模板的支模难度以及清水混凝土浇筑完成的品质。
第一版建筑方案 ©若本建筑工作室
CJ：第二个建筑方案是一个斜向网格的框架结构，底层看着像混凝土柱子，上面是木柱子。建筑师给了这个方案之后，结构这边是直接给一个方案，还是提供了几个选项让建筑师选择？
ZZ：建筑师当时在权衡柱子的尺寸和架空层的通透性。一开始的时候提供了两种相对常见的结构方案：1）混凝土结构，柱子最粗，空间较通透；2）普通钢构，柱子较细，空间更通透。对比后，建筑还是希望柱子能尽量再小一点。于是结构这边又研究了密集钢列柱方案的可能性，这个方案的柱子最细，但必须有斜向构件。
第二版建筑方案 ©若本建筑工作室
第二版建筑方案平面图 ©若本建筑工作室
CJ：建筑师最后选择了密集钢柱列的结构方案。
ZZ：对的。
最终建筑方案 ©若本建筑工作室
最终建筑方案平面图 ©若本建筑工作室
如此细的柱子如何承担两层楼的荷载？
CJ：密集钢柱列在结构上需要怎样才能成立？最大的问题是抗屈曲吗？
ZZ：对。主要是要让列柱里的细柱子受力均衡，避免局部的受力过大而导致屈曲。在这个项目里，我们给了一个在施工阶段内力调整的方案。
CJ：具体是怎么处理的？
ZCC：如果只是常规的施工方式，二层框架柱的集中荷载将集中于底层柱列端部位置的细柱，导致细柱屈曲，结构失效。在这个项目中，我们利用施工阶段控制来调整传力路径：柱列由实心钢柱（图中1#-6#）和空心钢管组成，竖向力主要由实心柱承担，水平力由全部柱分摊。
列柱组成 ©AND
施工的第一阶段（主要抵抗恒荷载），人为控制屋面荷载经过上层立柱传递到列柱内侧的三根柱子（图中的4#，5#、6#）。避免1#、2#、3#立柱参与受力。承担这部分荷载的三根柱子（4#，5#、6#）在顶部汇在一起，形成一个组合柱来抵抗。
恒载传递路径（1#、2#、3#立柱临时截断） ©AND
施工的第二阶段（结构封顶后），也就是全部恒载加载完毕后，再固定列柱外侧的三根柱子（图中的1#，2#、3#）。
叠加活载后的传力路径 ©AND
通过这样的施工控制，列柱端部三根钢柱仅参与承担活载，从而使得列柱内力分布相对均衡，有效利用细钢柱的截面。
CJ：是不是有一个特殊的节点来控制这个过程？
ZCC：具体做法的话，就是最外侧的三根柱子柱脚设置钢套筒，施工第一阶段完成后，再把套筒和柱子焊接固定。
固定柱脚节点 ©AND
CJ：一排列柱里面其实只有外侧的几根是实心钢柱，中间的那些其实是钢管。施工阶段内力调整后，恒活载基本上都由实心钢柱承担了，那多出来的这些钢管有什么作用啊？
ZZ：这个在概念上属于抗震储备。
CJ：其实一排细柱子在上下两端都是连起来的，它是不是以一种接近剪力墙的受力方式来抗震？
ZZ：对，性质有点类似。
实心钢柱+钢管 ©AND
底层钢结构列柱与混凝土格构 摄影：姚力
CJ：抗屈曲的话，还有一个关键是不是柱子上部铰接，下部刚接的话，就是屈曲长度在计算的时候可以短一点？
ZZ：是这样的。但其实上面也不是纯铰接，上面被楼板约束了，也是多少有点刚接效果，是介于两者之间。具体分析的话，就只能电脑里面直接做屈曲分析计算。
CJ：这个结构体系需要特殊评审的吧？
ZZ：是的。评审专家认为结构体系是没问题的。不过他们也提出了二层承重柱如采用木柱会不满足防火要求。
二层的木结构
CJ：所以因为防火问题，最后的方案把木柱子改成了钢柱。是不是在国内设计纯木结构经常有防火问题？
评审前的二层木柱方案
实际采用的二层钢柱方案 ©AND
ZZ：主要因为建筑最后被定性为二级防火等级。按二级防火的话，木结构是受到限制的，三级防火才可以在较多位置使用。
CJ：防火等级是后来才确定的吗？
ZZ：当时有一些特殊因素造成调整，最后认定二级就不允许立柱做木结构了。
CJ：这样会有什么影响吗？
ZZ：柱脚要从全木结构的铰接设计变成刚接，节点需要重新设计。
评审前铰接柱脚做法 ©AND
评审后刚接柱脚 ©AND
又薄又高的木梁
CJ：好像那个又薄又高的木梁倒是没有变化，有什么特殊的考虑吗？
ZZ：实际上部分老式木框架是在梁柱连接部位加腋撑，通过这个方式实现梁柱刚接，这样柱脚铰接就可以确保结构成立了。我们做了一个很高的梁是把这个形式做一个异化，将腋撑隐藏在了梁高范围内，实际的受力模式跟腋撑框架一样。
腋撑框架 网络图片
完成木梁 摄影：姚力
关于施工阶段内力调整的思考
CJ：施工阶段内力调整的想法是从这个项目开始发展的吗？
ZZ：其实第一次认真考虑这个问题是以前做日晖港桥的时候。当时考虑减小基础推力方案时，大野博史提过一个想法：拉索一开始张拉的时候，让桥台向内偏受力，然后人群上去后外偏受力，相当于有一半的活载产生的基础推力是这根索预先提供的。这个做法虽然最后没实现。但是这个想法留下了很深的印象。
日晖港桥 建筑设计：大舍 摄影：田方方
CJ：施工阶段内力调整在结构里面是常见做法吗？
ZZ：在桥的项目上是经常用的。包括之后的川杨河桥，其实都有这个想法。
CJ：在建筑上用的比较少？
ZZ：建筑上面也用过，像和山水秀合作的万科南站艺术中心，那个有些柱子采用先铰后固，也是为了施工阶段释放一部分弯矩。
川杨河桥（川上桥） 建筑设计：JFA 网络图片
万科南站艺术中心 建筑设计：山水秀
关于细柱子的一系列发展
CJ：关于细柱子的话，之前的项目是不是有一系列与此相关的发展？
ZZ：做细柱子是从花草亭开始的，之后延续到例园茶室、云庐、柔物、HOUSE VISION亼屮囗以及这次的天鹅湖有各种不同的用法。其中的发展除了结构受力上的细微变化更多是细柱与建筑相结合后对空间影响的考虑与发展。
CJ：具体有哪些呢？
ZZ：计划之后整理下再细说。
例园茶室 建筑设计：大舍 摄影：田方方
云庐二期瑜伽亭 建筑设计：ALYA 摄影：田方方
柔物 建筑设计：直造 摄影：陈颢
HOUSE VISION 亼屮囗 建筑设计：大舍 摄影：田方方
大天鹅科普馆建成照片 建筑设计：若本 摄影：姚力
悬浮的建筑空间 摄影：姚力
光井空间与结构秩序 摄影：姚力
完整项目信息
项目名称：大天鹅科普馆
项目类型：建筑
项目地点：山东省荣成市
建筑设计：若本建筑工作室
结构设计：和作结构建筑研究所
施工图配合：上海中福建筑设计院有限公司
主创建筑师：李立
设计团队：岳文昆、孔维薇
结构设计：张准、张冲冲
业主：荣成市好运角旅游度假区管委会
用地面积：22344平方米
建筑面积：2663平方米
结构形式：钢、木、混凝土混合结构
竣工时间：2018
访谈人简介
陈军 香港中文大学建筑学博士生
张准 和作结构建筑研究所联合创始人
张冲冲 和作结构建筑研究所结构设计师
