久久精品国产91久久麻豆_鋼結構 | 挑戰重力的另一種方式——懸掛結構--2024第12屆廣東新型建筑工業(yè)化與裝配式建筑、智能建筑展

2024.8.13-15

廣州廣交會(huì )展館C區(琶洲)

廣東建筑科技周

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鋼結構 | 挑戰重力的另一種方式——懸掛結構

廣東建筑工業(yè)化展 2018-03-09 2515

與傳統的下部支承式結構相比，懸掛結構最大的特點(diǎn)是下部不需要支撐。懸索橋是最常見(jiàn)的一種懸掛結構，能夠滿(mǎn)足通航需求。

而在房屋建筑領(lǐng)域，懸掛屋面也比較多見(jiàn)。但懸掛樓層的結構并不多，能想到的幾個(gè)案例都很經(jīng)典。下面逐一為大家介紹。

香港匯豐銀行總部（HSBC Headqarters，HK/1986）

建筑師：諾曼·福斯特(Norman Foster)

結構工程師：奧雅納事務(wù)所（ARUP）

采用懸掛式結構體系的前因后果

早在1886年，匯豐銀行第一棟總部大樓已經(jīng)矗立在港島中環(huán)現址上。1935年又在邊上建造了第二棟總部大樓。

1978年，匯豐打算斥資3億英鎊重建總部大樓。當時(shí)的要求是“建造世界上最好的銀行總部大樓”。同時(shí)，匯豐銀行還提出了其他要求：

1）為滿(mǎn)足銀行業(yè)務(wù)擴展和技術(shù)更新的需求，大樓內部應具有最大的靈活性；

2）在原址局促的地段上迅速建成；

3）在新樓建造期間，銀行在原址能夠繼續開(kāi)展業(yè)務(wù)；

4）可能的話(huà)保留原有銀行的大堂。

▲匯豐銀行老樓拆除后的地塊

▲匯豐銀行新樓造好后的地塊

而在競標階段，銀行對老樓的態(tài)度模棱兩可：可能全部保留，可能只保留銀行大堂，也可能全部拆除。

基于這一點(diǎn)，福斯特提交的不是一個(gè)固定的方案，而是一種可以推導出若干不同建筑形態(tài)的策略——“階段重生”。

即先拆除部分老樓，在其位置上新建新樓的上面部分，期間銀行可以在未拆除的老樓中繼續開(kāi)展業(yè)務(wù)；待新樓部分建好后，銀行業(yè)務(wù)轉移到新樓中，此時(shí)再拆除剩下的老樓，繼續完成新樓的其余部分。懸掛式結構通過(guò)不同的組合，可以滿(mǎn)足原有建筑部分或整體、暫時(shí)或永久地被保留。

▲投標階段的草圖

同時(shí)，銀行的地下空間相對固定：保險庫、安全存放、公共展示等。但建筑上部功能非常復雜，且匯豐銀行強調了對于空間最大程度可變性的要求，而懸掛結構完美地將上部功能變化對下部結構的影響降到最低。這也是采用懸掛結構的一個(gè)因素。

憑借著(zhù)創(chuàng )造性的方案，當時(shí)籍籍無(wú)名的福斯特贏(yíng)得了匯豐銀行的委托。

▲匯豐銀行大樓結構方案演化

但緊接著(zhù)，銀行發(fā)現若在既有建筑下面開(kāi)挖金庫所需的深基坑，在金錢(qián)和時(shí)間上都是巨大的消耗。因此，銀行在委托福斯特設計后不久，便決定不再保留原來(lái)的銀行大樓和大堂。但福斯特對于建筑內部靈活性的考量、懸掛式的結構等概念被保留下來(lái)。

除了設計策略以外，將底層空間開(kāi)放為市民空間，也將規范允許的地塊容積率從15提升到了18。這意味著(zhù)將增加20%（即19800平米）的建筑面積。這也是采用懸掛結構的加分項。

匯豐銀行的懸掛式結構體系分析

匯豐銀行總部大樓上部結構43層，180m高，地下有四層深16m~20m不等的地下室?？倢捈s55m，總長(cháng)約70m?？偲矫娉示匦?，橫剖面呈“山”形。

(1) 結構的主要承重構件為兩端的巨型格構柱，承受全樓的重力荷載和水平荷載。每個(gè)巨型格構柱的平面輪廓尺寸為4.8mx5.1m，由4個(gè)圓鋼柱組成，鋼柱間每隔3.9m（層高）均連以矩形截面加腋鋼梁，形成空腹格構式的豎向構件。水平面內，還增加了斜向的交叉撐。

▲平面圖和巨型格構柱

(2) 平面圖中可以看出，電梯、衛生間、樓梯間等服務(wù)型設施已從大樓內部抽離，懸掛在東西兩側，這樣的處理賦予了使用空間極大的開(kāi)敞與自由度。同時(shí)，這些服務(wù)型設施的重量平衡了格構柱兩邊的荷載，增加了結構合理性。

(3) 各樓層的重力荷載由5個(gè)不同高度上設置的“兩層高伸臂桁架”分別承受，5個(gè)部分相互獨立，從上至下分別懸掛著(zhù)4層、5層、6層、7層和8層樓蓋。具體做法是在該桁架中部和兩端共懸吊3根吊桿，分別承受下部數層樓蓋的荷載，并將它們傳遞給巨型立柱。

每榀桁架的桿件都由厚鋼板組成，吊桿為實(shí)心鋼棒。桁架構件之間、桁架與吊桿之間用U形節點(diǎn)板和銷(xiāo)軸連接。

（3）全樓東西向的穩定，由上述5個(gè)兩層高的桁架與格構柱形成框架來(lái)保證。南北向的穩定，則要靠設置在中間5排的兩層高的交叉撐提供；它們與兩層高的桁架在同一標高上。此外，還有交叉撐位于第5~8層間的大廳中庭處。

▲東西向和南北向的抗側力體系

大樓的整個(gè)結構完全暴露。銀行大堂設置在二層，客戶(hù)通過(guò)自動(dòng)扶梯穿過(guò)一道分隔室內外的玻璃分隔到達建筑內部，就像進(jìn)入了宇宙飛船。

匯豐銀行大樓的用鋼量沒(méi)有查到權威的數據，從小i收集的資料看，約2.8萬(wàn)t左右。建筑面積9.9萬(wàn)平米，每平米用鋼量約280kg。

從結構角度看，大樓的用鋼量著(zhù)實(shí)非常大。但是，從建筑的綜合效果來(lái)看，包括首層開(kāi)放帶來(lái)的容積率提升、空間靈活變化帶來(lái)的使用高效性、給業(yè)主匯豐銀行帶來(lái)的形象宣傳效果，其經(jīng)濟性不能說(shuō)一定不好。

▲港幣上印有匯豐銀行大樓

明尼阿波利斯聯(lián)邦儲備銀行大樓

（The Federal Reserve Bank in Minneapolis/1972）

建筑師：Gunner Birkerts

結構工程師：Skilling, Helle, Christiansen, Robertson事務(wù)所（這里的Robertson就是LERA的創(chuàng )始人LeslieE. Robertson）

當時(shí)業(yè)主的基本要求是：建造一個(gè)11層的銀行建筑，它要跨越一個(gè)寬闊的廣場(chǎng)，還要留有增層擴建的可能性。

結構工程師創(chuàng )造性地采用了“雙筒體+懸索”的結構體系。兩條呈懸鏈線(xiàn)的懸索承受樓層荷載，并將它們傳遞給兩側的筒體；而水平荷載完全由兩側的筒體抵抗。

▲大樓施工現場(chǎng)

懸索上部支承著(zhù)受壓鋼立柱（工字形截面），其下部以同樣的間距吊掛著(zhù)受拉吊柱（扁鋼）。為方便連接，數根4英寸（100mm）直徑的懸索內嵌在寬翼緣的構件中，立柱和吊柱均與懸索外面的構件相連。

頂部為兩榀K式巨型桁架，用于平衡懸索端部的水平壓力。兩榀巨型桁架之間通過(guò)水平支撐相連，以保證其側向穩定。

該11層建筑頂部為一長(cháng)條形矩形平面，目前沒(méi)有任何結構。將來(lái)需要增層擴建時(shí)，可在它上面再架設承重拱結構。新增樓層的重力通過(guò)拱傳遞給兩側筒體，并產(chǎn)生筒體向外的推力，正好可以平衡懸索引起的向內的壓力。

目前，該建筑被用作酒店（Marquette Plaza）。酒店將首層封閉，作為大堂使用，這一舉措弱化了原有結構的最大特點(diǎn)，小i覺(jué)得有點(diǎn)遺憾。

慕尼黑寶馬總部（BMW Headquarters in Munich /1972）

建筑師：Karl Schwanzer

結構工程師：Dyckerhoff & Widmann AG

寶馬總部大廈坐落在德國慕尼黑奧林匹克公園附近，是一座22層的現代銀灰色高樓，主體由四個(gè)圓柱型塔樓組成，象征發(fā)動(dòng)機的四個(gè)氣缸，又稱(chēng)“四缸大廈”。

確切地說(shuō)寶馬在慕尼黑建造了一個(gè)總部園區（BMW Campus），除了總部大廈（BMW Headquarters/Tower），旁邊有一座1973年建成的碗狀建筑物，是德國寶馬博物館（BMW Museum）。再邊上是2008年新建的寶馬世界（BMW Welt），由藍天組（Coop Himmelb(l)au）設計，這個(gè)結構也很有特色，以后有機會(huì )介紹。