北京益汇达清水建筑工程有限公司

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荣成青少年活动中心

发布时间:2020年05月12日 [返回列表]

项目地址:山东,荣成

建筑面积:4.85万平米

清水面积:约3.8万平米

主持设计:崔愷,康凯

建筑设计:胡水菁张一楠,吴扬,盛启寰

结构设计:任庆英,刘文珽,杨松霖

建筑摄影:李季,李信君

建设单位:荣成市财鑫投资有限公司

设计单位:中国建筑设计研究院有限公司

总包单位:山东荣城建筑集团有限公司

清水施工:北京益汇达清水建筑工程有限公司

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▲荣成青少年活动中心鸟瞰


荣成青少年活动中心项目位于山东省荣成市奥体中心南侧,西依樱花湖,东傍桑沟湾,南侧是规划建设的住宅小区,项目占地约90.7亩,规划建筑面积4.85万平米,清水混凝土展开面积约3.8万平米,由中国建筑设计研究院崔愷院士主持设计,益汇达负责清水混凝土施工。活动中心项目基地是周围环境地貌之间的必要衔接和过渡,承载着重要的城市形象展示功能。主要功能包含关心下一代指导中心、文化活动中心、少年儿童图书馆、剧场、电影院、科技馆、游泳馆、健身中心等。项目本着“整合资源、共建共用”的原则,力图形成一处融知识性、娱乐性、互动性为一体的高标准综合性青少年活动中心。


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▲荣成青少年活动中心鸟瞰


由于本项目清水混凝土均为异形双曲面饰面清水混凝土构件,其中拱形通道、圆筒剪力墙、锥形筒剪力墙、游泳馆伞形柱、科技馆球体、双曲面出入口及外墙造型复杂、形态丰富,查阅国内资料,均无类似案例可寻,是当时国内已完工的施工难度最大、装饰结构一体化的异形双曲面艺术清水混凝土项目。该项目凭借高质量、高标准的施工于2020年荣获第五届筑砼杯中国装饰混凝土大赛建筑类金奖。


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▲建筑鸟瞰



1、设计创意简介

设计从本土角度出发,结合荣成当地背山面海的地貌特征,提取出海崖这一空间意向。逐渐坡起的屋面形成建筑主体,像一块稳定的基岩,隐喻坚实的基础,给人以山崖般的永恒感。建筑断面上形成的深浅不一的通廊和凹洞取意于荣成特色地貌“花斑彩石”,这些如崖壁被风水等自然元素雕琢后自然形成的洞穴形成极具特色的空间,同时又能让置身其中的人感受到建筑与荣成本地的内在联系。


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▲建筑总平面图
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▲建筑立面图


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▲建筑效果图


在建筑的外表面上,设计顺势将绿化引上屋面,屋顶花园成为湿地公园的有效延伸,不仅是青少年极具特色的活动空间,也为市民提供了又一座优美的“绿色公园”。在建筑空间中,设计将连续的腔体植入建筑底部,形成架空的环廊,纵横交错的“隧道”不仅消除了建筑墙体的封闭感,强化了建筑的开放性,也提高了空间的辨识度。在孩子们的眼中,这些神秘的隧道仿佛通往一个个未知的世界,一场奇妙的探险之旅随即展开。


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▲屋顶花园

绿化延伸至屋面


2、建筑材料的选择

项目表面效果设计要求平滑的光面效果,清水混凝土被用作活动中心建造的主要材料,不仅因为其混凝土材料良好的耐久性,还因为其可塑性更能让复杂的空间形态以一种完整的连续空间曲面来表现结构的张力,达到所见即是结构的效果,浅灰色混凝土效果又能使建筑的各个体量变得秩序统一却各有特色,沉稳大方却不乏动感。屋面大部分为覆土屋面,局部空间选用镜面不锈钢及玻璃材质,在用混凝土体现建筑的力量感的同时强调大虚大实的对比关系,形体的质感及空间的通透感,如何呈现设计意图及保证设计效果是本项目最大的难点和亮点。


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▲拱形公共大厅


3、结构性能

设计团队对空间形态的塑造不仅只停留在简单的艺术表现层面,更要符合结构的受力逻辑,给观者以连续曲面的造型从而感受出荷载传递的路径。采用壳体是最贴合洞穴感的建筑元素,同时壳体也是极好的混凝土受力形式,合理设置壳体的造型可以充分发挥混凝土耐压的性能,使得壳体做的很薄。对于壳体混凝土曲面有交角的支撑需求,设计团队在壳体的背后设置了加强其面外刚度的肋,从而形成肋拱、肋壳、肋球体的衍生加强体以有效地抵抗曲面外穿刺应力和弯矩,并让壳体继续保持相对的纤薄和轻巧。在活动中心的顶层空间中,原本呈网格状布置的框架柱、梁体系被优雅别致的大跨度拱肋替代,将受弯为主的屋面框架梁的方式转化为以受压为主的拱肋形式,承担屋面较重的覆土荷载的同时,巧妙地避开了下层的拱壳空间,并随着下层空间的弯转而阵列,形成了富有韵律感的空间效果。


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▲Abaqus spasCAD YJK结构分析


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▲建筑剖面图


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▲科技馆球体空间深化设计


在游泳馆空间的结构设计中,五个巨大的清水混凝土结构柱将整个屋顶撑起,逐渐向外伸展的形态宛若一把把大伞,既可以有效地减小游泳馆屋顶梁的跨度,又是浑厚有力的空间雕塑。儿童戏水池中心的水滴形采光器缓缓从屋面悬垂而下,阳光在孔洞中竞相闪烁,宛若晶莹剔透的水滴。水滴柱既是别出心裁的造型设计,更是名副其实的壳体承重结构柱,混凝土壳体厚度仅有300mm,且表面几乎布满大大小小的孔洞。为了增壳体面内刚度,设计团队在壳柱内部延高度三等分、径向方向间隔72度的位置分别暗藏了环梁和暗柱,同时在壳柱顶部设置的环梁与主梁延切线方向连接,由环梁将屋面荷载均匀的传至壳柱上表面,通过暗柱传递至基础,并且在高度方向上三等分的环梁也起到了环箍作用从而进一步提高水滴柱的整体性。


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▲游泳馆伞形柱深化设计


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▲游泳馆分层透视图


4、样板实施

如此之复杂的清水混凝土工程,如何保证项目施工的精细程度、异形双曲面形体如何控制成型、复杂曲面测量控制技术、高性能清水混凝土配合比技术、高性能混凝土浇注养护技术的难度均达到了世界级难度,本项目实施得到了市委市政府的高度重视,各参建单位在项目伊始确定了打造世界级难度、世界级品质的质量目标。为了确保该工程清水混凝土施工质量和效果,本项目确定了两阶段样板实施方案,第一阶段样板在北京实施,样板为项目中典型的拱形通道,按照1:2比例实施,主要验证模板体系、对拉螺栓、数字化施工空间曲线成型效果。


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拱形通道模拟施工模型


首先根据现场放线定位和CAD深化设计钢管定位标高,进行搭设钢管架体,找出拱形通道水平方向钢管定位标高。现场预拼10米半径圆弧,做架体定点标高依据。再根据深化设计图转换为DXF格式文件,并用全自动模板裁板机雕刻出拱形通道圆弧背楞,进行背楞的预拼及安装。


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▲切割好的背楞模板整齐排放


衬板安装采用2400mm*1200mm*18mm模板,固定衬板采用60mm固定,固定在圆弧背楞上,止水螺杆安装,防止圆弧变形。


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浇筑混凝土后,对实验的清水混凝土进行拆模,查看配合比、流动性、坍落度、扩展度、掺加胶凝材料的抗裂性能、清水混凝土的光感度、气泡等效果。


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▲第一阶段拱形通道样板完成效果


在第一阶段样板得到业主和设计方的基本认可后,益汇达团队在荣成现场选择以本项目最具代表性的伞形柱及拱形通道完成1:1比例进行第二阶段样板实施,样板实施在第一阶段基础上改进采用了三维模型数字化施工手段,定制专用清水面板等方法。


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▲拱形通道1:1样板


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▲伞形柱1:1样板
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▲游泳馆伞形柱结构详图设计


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▲伞形状施工模拟深化模型


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▲伞形柱衬板安装


益汇达团队通过两个阶段的样板实施总结技术要点,组织施工人员对技术方案认真细致地进行研究探讨后,形成一套成熟的参数化工艺及工法、定制专用清水面板等方法,有力的保证了项目的顺利进行。


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▲游泳馆伞形柱施工过程


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▲施工过程鸟瞰


5、参数化设计

(1)模板参数化设计

针对活动中心独特的构件和空间效果,为了能够保证蝉缝高质量地呈现,益汇达团队早早就对模板设计开始了周详且细致的规划,首次将参数化软件引入到模板深化设计中,与设计院进行三个月的深化设计配合及校对,运用犀牛(Rhino)、Grasshopper等三维软件进行模板及加固体系的深化设计,根据两千余张的深化图纸进行设计和施工。


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▲Rhino+Grasshopper

深化设计


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▲Revit深化设计模型


(2)清水混凝土模板设计

主要包括清水混凝土模板的排版设计、清水混凝土螺栓孔设计及排布、清水混凝土模板加固体系设计、明缝条及诱导缝设计、清水混凝土洞口加固设计、清水混凝土预留预埋综合设计等。


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▲清水混凝土施工部位划分图


6、参数化施工

(1)现浇清水混凝土配合比技术

本项目采用原材料一次采购、混凝土搅拌站专线生产保证材料的稳定及颜色的统一,配合比创新的采用了耐碱玻璃纤维增韧技术、优选低水化热水泥、严格控制原材料质量,保证了现场混凝土的品质。


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▲伞形柱清水浇筑效果


(2)现浇清水诱导缝技术

根据现场结构及建筑设计,结合施工流程,优化设计了国内最细的宽度为8mm的诱导缝。


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▲伞形柱清水浇筑效果


(3)造型木

为保证项目成型,本项目创新性的采用了造型木,通过三维犀牛模型深化形态,通过数字模板裁板机精确加工下料成型。造型木的应用保证了异形混凝土结构的形态,崔愷大师在施工过程中的评价为清水混凝土模板艺术品。

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▲整体结构体系犀牛模型


(4)全自动模板裁板机

为解决异型双曲面成型问题,本项目面板及背楞系统开创性采用全自动模板裁板机加工成型,其中面板是由犀牛软件将三维图纸转化成二维CAD图纸加工而成。通过数控加工机床进行相关加工,加工精度达到了0.2毫米,确保了空间曲线的成型。


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▲全自动模板裁板机


(5) 数字化定位测量体系及双层模板体系

为了保证异形双曲面的表观形态,我们单独建立了数字化的定位体系,及数字圆盘定位体系,解决空间形态的定位问题。确保项目拼缝准确及精度,本项目创造性采用了双层优质模板体系,底层衬板为受力的12毫米厚或17毫米厚优质覆膜板,面板为量身定制的6毫米厚优质清水专用覆膜板,安装拼缝大小控制在0.5毫米;通过双层面板的应用本项目拼缝优良率达到了95%以上。


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▲筒体构件定位实例


(6)超薄清水混凝土模板

本项目造型复杂,曲面变化多,项目之初,益汇达团队进行了充分的市场调研并分析了实施的可能性,从钢模板、塑料模板、玻璃钢模板、塑木复合模板、铝塑模板、木模板等进行了可行性分析及试验,最终选择了木模板的方向,但木模板进行曲面施工无法成型,技术攻关组结合项目特点开发出了12mm厚清水衬板+超薄6mm厚的清水面板,把模板受力成型的特点进行了拆解,通过12mm厚清水衬板+超薄6mm厚的清水面板分别解决了混凝土表面效果和混凝土受力的难题,通过数字切割下料,保证拼缝达到设计要求。因此超薄清水混凝土模板的开发及应用是本项目表面效果的保证。


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▲木模板安装


(7)超高混凝土浇筑技术

本项目所有拱形通道、科技馆混凝土为一次浇筑成型,其中拱形通道最高达到了21米一次浇筑成型,科技馆三个球体连环相切一次浇筑800立方米清水混凝土均打破了国内混凝土浇筑高度及体量的记录,有利的保证了清水混凝土效果。


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▲曲面清水混凝土浇筑完成效果


(8)异形双曲面清水混凝土养护技术

为了解决本项目清水混凝土养护难题,本项目开发了高分子清水混凝土养护膜技术,通过高分子颗粒吸水的特性进行一次补水达到了长期养护的效果。


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▲施工鸟瞰


走入活动中心的洞穴之中,近距离触摸墙壁的表面,结构的力量又会以一种细腻的质感和肌理呈现,这就是混凝土和模板的痕迹。活动中心的清水混凝土骨料就地取材,产自本地的河砂大小均匀细腻,成就了建筑空间的主色调,相比于传统清水混凝土的清冷,温暖的灰色调既有地域特色,也为室内营造出温润的表面质感。


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▲拱形楼梯公共空间


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▲施工过程中玻璃幕墙安装



在如此高质量的设计与施工中,荣成青少年活动中心项目累计发明三项专利技术:一种五段式止水螺杆、异形曲面柱的施工方法、带有洞口的异形曲面柱的施工方法;发表论文四篇:《荣成青少年活动中心科技馆球体综合施工技术》、《异型双曲面筒形构件清水混凝土技术研究》、《异型双曲面外墙体系清水混凝土技术研究》、《异形双曲面清水混凝土拱形通道样板施工技术》。获得奖项:威海市QC成果竞赛一等奖、威海市BIM技能竞赛一等奖、山东省QC小组成果竞赛二等奖、山东省BIM成果竞赛二等奖、第五届筑砼杯中国装饰混凝土大赛建筑类金奖,为威海地区及山东地区的空间曲面大体量清水混凝土工程提供了相应的施工经验。


完成效果

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▲建筑完成效果鸟瞰


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▲建筑主入口


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▲由隧道看向建筑中心广场


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55_调整大小▲空间连续曲面

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▲拱形通道入口


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▲拱形公共大厅


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▲培训中心中庭红色清水混凝土


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▲游泳馆伞形柱


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▲图书馆室内


历时4年,这座充满砼趣的建筑终于精雕细琢而成!项目复杂的异形清水混凝土工程所呈现的毫米级施工精度和表里如一的工程质量在国内现有工程条件下能够实现,意义非同寻常,正如荣成青少年活动中心项目设计师康凯所说“成就一个好的清水混凝土建筑作品,天时、地利、人和,缺一不可。”该建筑通过BIM设计手段和细致的工地配合,各方团队克服了种种困难,为大众呈现出一座建筑与结构高度融合且充满童趣的建筑,是荣成历史上首个高标准的少年宫,也是荣成市首个高标准清水混凝土建筑。结合周边景观处理,使整个场地被绿化所覆盖,不仅为青少年提供了一处极具特色的活动空间,也为市民提供了一处环境优美的“文化公园”。




以上部分资料来源

中国建筑设计研究院本土中心