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伦敦设计博物馆
文章概述

Oasys GSA 和 AdSec 帮助结构工程师们保护了伦敦设计博物馆新址（前身为英联邦研究所，为二级保护建筑）令人惊叹的 20 世纪 60 年代双曲抛物面（“马鞍形”）覆铜混凝土屋顶。伦敦设计博物馆的新址曾是一座二级保护建筑，而这种屋顶在近期伦敦奥林匹克公园自行车馆也曾出现过。两者之间仅相隔 50 年，但在材料和工程方面却有着天壤之别。
© Paul Carstairs/Arup
设计博物馆由特伦斯·康兰爵士于1989年创立，无疑是一个成功的典范，它展示了产品、工业、平面、时尚和建筑设计领域的顶尖成果。博物馆规模迅速扩张，很快便超出了其位于塔桥附近的原址。2008年，博物馆计划迁至二级保护建筑——英联邦学院，这是一座建于20世纪60年代的建筑，当时已空置十余年。
© Historic England Archive
显然，打造一座现代化的21世纪博物馆需要进行建筑改造，而非简单的修复方案；新设计博物馆的工程和建筑设计为整个项目团队带来了独特的挑战。博物馆于2016年底重新开放，其新建筑或许是其最具创新性的展品，也是其致力于推广的卓越创意设计的典范。

结构工程和建筑设计团队均因其工作荣获多项殊荣：分别荣获英国结构工程师学会2017年结构改造奖和2017年英国皇家建筑师学会伦敦奖。

参与该项目的奥雅纳团队的一位工程师在2018年的Oasys GSA用户组会议上展示了他们的成果，请访问活动页面观看他的演示。
Oasys 的价值何在？
该建筑的愿景最终被实现为一个宏伟壮丽的方形中庭，周围环绕着通往博物馆设施的步道。在顶部，您可以瞥见永久藏品；在地面层，台阶向下延伸至新建的深层地下室，内设临时展厅和演讲厅。

实际上，只有独特的覆铜混凝土屋顶被保留了下来。由于屋顶规模过大，结构过于脆弱，无法拆除、整体拆除和更换，奥雅纳的结构工程项目团队不得不设法将整个屋顶悬挂在 20 米的高度。这使得现有的立面和内部楼层得以拆除重建，并挖掘出新的地下室。最终，新建的墙壁被建造起来，为屋顶提供永久支撑。

最初的屋顶由建筑师 Johnson-Marshall 和结构工程师 A.J. & J.D. Harris 设计，是英国少数几个大型混凝土壳体结构的例子之一。它由一个由后张预应力混凝土制成的中心双曲抛物面壳构成。这一概念在20世纪60年代和70年代被广泛使用，使其拥有由一系列直线构件组成的流畅曲线造型。屋顶重达2000吨，相当于四架满载的A380空客，尺寸为55米 x 55米，面积相当于15个网球场。屋顶表面覆盖着约25吨铜，但铜的厚度非常薄（75毫米），如果临时支撑的位移超过±5毫米，就可能造成损坏。
为了保持标志性屋顶的完好无损，奥雅纳工程团队需要充分了解其原始结构设计及其在临时支撑下的性能。目前，部分原始图纸、档案照片和学术论文（例如 Sutherland & Poulton 等）提供了相关信息。

工程师们精心管理了在如此高空支撑如此巨大脆弱屋顶的相关风险。在临时支撑现有屋顶时，他们主要担心的问题之一是可能会改变通过非延性构件的现有荷载路径。

针对现有、临时和新建的永久结构，奥雅纳进行了详细的初步调查、加固措施设计以及各种方案分析，耗时 21 人年。临时结构评估至关重要，它涉及检查如果 70 个独立支撑点中的一个或多个相对于周围支撑点发生移动，结构将如何响应。这些评估确定了施工顺序中哪些位置可能导致结构构件超载，从而可以制定缓解措施。

快速处理数据和解决疑问是确保项目按时完成的先决条件，而 Oasys GSA 正是团队的首选工具。高级结构工程师 Sebastian Kaminski 表示：“它非常易学易用，可以轻松复核他人的工作，而且运行速度很快。”
设计博物馆模型

它拥有有效分析这个复杂项目所需的所有关键工具。我们使用了 GSA 中的分析层，以一维和二维有限元建模，并使用一阶（静态）和二阶（非线性）分析工具进行分析。


团队还使用 Oasys AdSec 快速、可靠、有效地检查了许多不同寻常的混凝土截面上的荷载。

新设计博物馆受到了广泛好评，但是有多少参观者能够真正领略到其展厅的屋顶设计和保存有多么巧妙呢？
© Paul Carstairs/Arup
工程师：
Arup（结构、外墙、专家）

建筑师：
OMA（Shell & Core）
Allies and Morrison（Shell & Core）
John Pawson Limited（建筑设计：室内设计/装修）
West 8（景观设计）

承包商：
MACE（主承包商）
Wilmott Dixon（装修承包商）
Chapman BDSP（建筑服务工程师）

客户：
Chelsfield Partners LLP