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。
在20世紀60年代,寶馬公司急速擴張,隨著(zhù)員工人數增加,總部辦公樓的建造被提上日程。
與匯豐銀行業(yè)主類(lèi)似,寶馬公司希望總部辦公樓能夠提供一個(gè)靈活的辦公空間,能在未來(lái)適應不同的需求。
▲頂部轉換桁架
寶馬總部大廈高99.5m,22層四葉草形式的樓面吊掛在頂部四個(gè)巨大的轉換桁架上,通過(guò)頂部轉換桁架將豎向力傳遞給四個(gè)混凝土筒體,最終傳遞到基礎。在上部1/3高度處,有一桁架轉換層,分擔頂部懸挑桁架承受的荷載,協(xié)同懸掛樓面。
▲樓層中間桁架轉換層內部
吊柱位于樓面中部靠近核心筒的位置,樓面梁呈放射狀。從下圖中可以看到,其內部空間排布非常靈活。
▲樓面梁的布置情況
▲寶馬大廈內部空間
寶馬總部大廈的建造過(guò)程很有意思。首先,澆筑四個(gè)混凝土核心筒;然后,施工頂部轉換桁架。樓面采用分階段提升的施工方法。轉換桁架和其上部的7層樓面最先在地面上澆筑,隨后將建好的樓面整體提升,以留出地面空間進(jìn)行下部樓層的建造。
樓面的提升利用固定在頂部桁架上的鋼拉索和下部的液壓千斤頂完成,桁架轉換層自帶提升裝置,靠核心筒壁上預留的洞口向上爬行。
▲寶馬大廈施工過(guò)程
這樣的建造過(guò)程極大地縮短了工期,混凝土核心筒耗時(shí)4個(gè)月;16個(gè)月以后,樓層的建造和提升就已全部完成。趕在慕尼黑奧運會(huì )之前大樓竣工。
小結
可以發(fā)現,懸掛的高層建筑可改造性特別強。匯豐銀行、寶馬總部都是對空間的可改造型要求特別高,幾十年仍可以保證不落伍。
當然,懸掛結構的結構效率不高。結構的造價(jià)往往是偏高的,但是綜合考慮其他方面,懸掛結構不失為一種創(chuàng )新性的選擇。
來(lái)源:iStructure
組委會(huì )聯(lián)系方式
項目一組
盧毅 殷鋒
座機:020-61198842 座機:020-62139606
手機:137 1143 0398 手機:185 6528 2359
Q Q:323201814 Q Q:1684672007
黃祺
座機:020-62139602
手機:138 2547 5605
Q Q: 2724397436
項目二組
李健銘 梁建林
座機:020-61198891 座機:020-62139604
手機:158 1708 8364 手機:155 2139 4660
Q Q:3544579318 Q Q:516165433
項國澳
座機:020-62139624
手機:135 8050 2528
Q Q:3275574349
市場(chǎng)部·媒體合作
郭穗豐 鄧海蓮
座機:020-61198886 座機:020-61198851
手機:134 1817 7414 手機:132 6513 8198
Q Q:3229177657 Q Q:2135571196
江彩霞
座機:020-62139617
手機:159 1574 4203
Q Q:3197096891
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