一、设计概况
天津博物馆位于天津市河西区友谊路和乐园道的交口处,毗邻天津大礼堂、天津国际展览中心、水晶宫饭店、银河广场和天津青少年活动中心等,是天津市政治文化中心区的标志性建筑。整体造型是天鹅颈部走廊的一部分从水中穿过,到达休息厅后再接着进入结构主体,屋盖壳面和幕墙曲面光滑、浑圆,与地面自然连接,整体装修以白色为统一基调,形成一个“展翅飞翔的天鹅”的造型。占地50000㎡,建筑面积约35000㎡,建筑共三层,结构主体总高度33.3m。
二、结构体系
结构体系为三层混凝土结构支承的钢结构体系。钢结构部分包括屋顶网壳、幕墙结构和天鹅颈三部分。混凝土结构采用框架—剪力墙结构,一层层高5米,二层8.7米。基础采用桩—承台基础,埋深为21m。总用钢量约2800吨,屋盖网壳部分用钢量约1200吨。屋盖为螺栓球节点双层网壳结构,跨度186m,厚度为2米,网格尺寸为2.5米~4.1米。网壳的支承结构由在博物馆内部展厅的墙壁设置的铰接钢管柱、外周圈的钢结构柱与斜撑和正立面的大拱组成。
三、细部及施工
板式铰接钢结构支座节点,通过简单的一块钢板为基础的设计就实现了铰节点的转动的功能,板铰节点体系构造简单、概念明确且造价低,天津博物馆中的应用是国内首次,并结合柱间斜撑形成可呼吸结构体系,可以释放温度应力。
本工程采用了保温螺栓,不仅实现了绝缘、隔热,而且还实现了不导电,避免了冷桥现象的产生,提高了建筑的物理性能。
屋盖网壳采用就位拼装方案安装。在一至三层搭设阶梯型脚手架作临时支撑和安装平台,采用径向单元组装法施工。安装时,从一侧拱脚向另一侧拱脚安装,同时,将网壳分成四段扇形区进行分段校正,以消除累计误差。
总长度246米直径700mm的大拱,是最大规模的单体结构构件,作为网壳的下弦构件,在博物馆的钢结构整体体系中,它成为最重要的结构元素之一,大拱的典型连接采用了相贯节点的构造。在大拱的根部采用铸钢铰接节点。
采用空中定位分段安装现场方案,加工时将拱梁分成22节,每节重5吨,用大吨位汽车吊就位后用定向板调整角度,用全站仪对钢管上的定位点进行测量,由一端拱脚逐节向另一端拱脚安装。由于采用了空中定位的措施,确保了安装精度并有效地消除了累计误差。