结构成就建筑之美学术会议文字实录(上)

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【崔愷】:让我们以热烈的掌声谢谢汪总。下面我们有请我们的同济大学建筑设计研究院有限公司丁洁民院长总工程师给大家介绍上海中心的设计。大欢迎。
   
【丁洁民】:各位,在汪大师后面发言也蛮紧张的,也蛮有压力,好在上海中心明天大家都去参观,我在这里只是为大家明天的工地上的参观做一个预习,这样我就比较简单一点。
    这是我介绍的一个大概的目录内容,项目概况,建筑设计简介、结构体系设计的简介,这个外幕墙的结构设计比较的复杂一点,也是整个工程的亮点,最后再放一些施工过程的照片。
    首先我们看一下这个项目,这个项目在整个区域定位中非常的明确,在小陆家嘴的一个比较中心的地位,我们可以看到它三个超高层建筑形成一个品字的分布,这是在世界上绝无仅有的,所以我们碰到的问题就是跟已经建好的金茂大厦和环球金融中心如何相协调。这是中标方案的情况,金茂大更像用经典的建筑手法体现朝朝高层的理念。上海中心的设计呢,更多的是给人探索一种未来,当然从这个塔尖角度来说,金茂搜索成一个点,环球金融中心是搜索成一条线,而上海中心一定是一个面,可能是一个体面也可能是一个平面。这是我们另外一个角度的鸟瞰图,这三个楼还是飞机和谐的。这是唯我度尊的一个上海中心的一个定位。
    它是一个城市综合体,里面很多的功能都在里面,只是含有的百分比不一样,这是它的技术经济指标,从这个里面可以看出,一般来说,超高层的地块容积率比较高,这样就带出一些设计过程中的一些难题需要解决。整个项目因为比较庞大,它是一个国际化的设计团队,这只是简单的罗列,比如说汪大师作为第三方整合参与这个建筑的工作。我这里只是罗列出一些主要的设计团队和一些所关心的设计方面。这是个项目的进程,从08年的6月份开始起动,在2014年的年底完成,其实在08年的6月之前,我们设计院和其他设计院一起跟踪这个项目已经三年了,我想说一个重大的项目前期、中期和后期都使一个设计院花很大的精力,这有需要我们建筑设计师和结构工程师有一个紧密的配合。
    我介绍一下这个建筑的设计,这个本来是由我们任院长介绍的。我们把全球已建的超高层建筑罗列出来,可以看到,它一下子跳过了100米,这是它典型的一个剖面状,一个建筑八的区段,第九区段是它的观光层和塔罐。它是三角形倒圆角然后做一定的旋转形成这样的一个建筑物。如果我们把刚才几个端面在一个圆心上重合的话,我们左上面就是一个上海中心楼的LOGO,如果沿着高度把它串起来的话就形成上海中心整个建筑的造型设计。当然我这只是非常简单的说了一下,但是它的逻辑关系可能并不是那么的简单。这是它沿着竖向的一个主要功能的布置,一到五楼是商业,上面有三四个区段是办公的,有一个半区段是酒店,还有就是观光功能。整个朝高层是沿着竖向的功能的划分是非常简洁和明了的。
    我们看的这个是第二区的第一层,大家可以看到它整个倒三角的楼面,如果看到第二区的第十层可以看到,他是一个圆形的,外部是一个空的,这样的话就有两层幕墙,我们圆的幕墙叫B幕墙,三角形倒三角的是A幕墙,它比一般的幕墙多40%的围合面。从这个里面可以看出,它主要还是一个圆形的超高层建筑,但是外面套了一个倒三角形的幕墙做一定的旋转。我们看一下,这是第四区段的第12层,第五区段的12层做了一定的旋转,这是第6区段第12层和第七区段的第一层,这里是餐饮层,观光层,大概就是这样,我只是把建筑简单的说一下,我们主要还是着重的说一下相互之间的关系。这是每个区段下面有一层休闲商务层,这是沿着倒三角形布置的,来服务这里的13到15层,成为一个服公共服务层。
    我们大概了解这个建筑的概念当中,我们看这个结构是如何配上去的。首先对朝高层建筑来说华东院做的比较多,超高层建筑有很多的制约了我们的思考,但是它对我们了解超高层建筑的结构体系是很着手的。我这里罗列了一些大中华地区的一些朝高层的一些数据,这里我要说明一下,上海中心是按照结构的高度来算的,其他的数据有限,我们都是按照建筑的高度来算高宽比的。大概是减掉0.6左右,即使从这里可以看出,大概的高宽比都是大于7,也有局部高9左右的,比如经济中心到了9,这样就碰到很多的具体的问题。以我的理解,一般超高层建筑应该是400米以上的高宽比是大于7,如果大于8的话会附带出很多新的问题,大于9的话会有很多不可客服的问题,需要你用特殊的手段来解决。这是我们罗列的一些大中华地区目前正在建造的超高层建筑。然后我们归纳一下可以看出,像这类超高层建筑由于它用地比较紧张,里面的宽度一般是在60到80米左右,由于如果它的高度是400米的话高宽比一般是7到9,高宽比的差异主要是有两点,一个就是它变形的特性是受减为主还是受弯为主。还有一个很重要的就是风载荷作用下正比加速度的问题。
    由于高宽比的特性就产生我们超高层建筑当中用的很多的结构体系的来由,这里我不展开了。,高宽比里面还有很重要的一个点就是核心筒本身作为一个主结构来说的高宽比的情况。我们在很多的设计过程当中我们更在乎的是核心筒在楼层的围合面积,如果小于20%的话相对来说它的难度会增加一点,大于30%的话有可能太高,反而引起一些设计的不利,所以一般来说是在20到30%之间,或是左右。然后从这点可以看出,由于我刚才所说的从建筑的设计过程中反映出结构的特性以后,我们就会决定它采用一种什么结构体系,比如说我们会刚才汪大师也说竖筒结构,矩形框架加核心筒加垳架等等结构。所以也可以看到这个核心筒的发展的必然的。这样我们就可以看出上海中心的高宽比是7,但是它核心筒的比例是20%,这样我们拿出一个区段看出来,伸臂垳架是6,我们把一个区段的结构分解和组合的一个概况,这个当然非常的简单的跟大家回报一下。接下来我们考虑两个因素,一个是超高层的竖向格层,竖向荷载它一般是达到80%左右,它的核心筒占46%,其他的由外部框架承担。我们可以看出上海中心的荷载还可以的。当时我们限制这个低周期的时候就出现过它的0.5的荷重超过2.1,大家觉得这肯定是不合理的这样的话才可以把这个7秒放在的9秒。
    我们看一下水平荷载作用,主要是两个,一个是地震作用,一个是风荷载作用。我们说的地震作用完全是跟你所在的地区有关,比如说这个地区决定它的场地特性和力度,对于风荷载来说出了跟地区有关,还有跟立面的造型有关,就涉及到一个风布置的优化过程。我们看看,一个就是圆弧倒角,还有锥形立面,这也是减少风荷载的一个措施。我们右边的项目是华东院设计的是通过一个立面开洞减少风荷载的。旁边是芝加哥的楼,现在没有再建了,因为他们没有钱了。我们这里是一个150和180的风洞的实验,因为它模型不一样,一个是刚性模型,一个是弹性模型。我们认为一般的400米以上的朝高层都有风荷载的,那时候我们08年好是汶川地震,就把抗震位置提升到一个很高的位置上来,我们上海中心考虑到楼比较的重要比较高,就使它设定的时候中振弹性,这样就出现承载力的情况下这个楼是由中震控制的。风荷载有两个原因,我们没有规范1/500的要求,我们规范规定的是单方向在风荷载情况下的变形限制,但是我们拿出的实验结果是两个风的方向的合成,所以这样的话专家要求顺风向和横风向达到1/500,使它的变形由风荷载控制。因为我们可以看到,这个矩形框架都超过了50%,我们要对于这个矩形柱有一个很重要的要求,就是是不是一个柱的受力形态,它是不是还可以用我们以前熟悉的柱子的一个考虑?第一步我们还是看它的断面,这是两种典型的断面的形式,比如我们考察了金茂大厦的断面形式,考察了环球金融中心的断面形式,还有台北101的断面形式。CCTV有一个特点,它的柱子是15%的倾斜,也考察了这个形式,然后我们决定了我们的设置,按照我们的规定,这个混凝土等级应该是C100但是后来还是采用C系列,这样比较保守一点。可能我们比较的广泛,C有一定的代表性。我们就看里面的钢箍的分布,如果它是纯压的话这个钢箍怎么分布都没有问题,但是它超过了80%,一定在大作用下某些柱子会产生拉弯,然后我们对这个钢箍的设计比较的谨慎,而且它的梁和柱的一个衔接的问题。伸臂垳架我们采用了6个垳架,其实4到5就够了,这样的话结构也比较的合理。我们这个梁是曲线的,使我们在构造和环带垳架的稳定当中考虑不得不用中间垳架。我们现在高建港Q345或是Q390已经非常成熟了这样对我们的节约用材也是有帮助的。这是我们分析刚才当中罗列的一些超高层的情况,上海中心是每平方米242公斤,我们业分析了一下,它整个的用钢量整个的分配是多少,大家可看出巨型柱大概占了接近40%的用钢量,这是钢筋的用钢量和分布的情况。
    接下来我很重要的汇报一下外立面的情况,这个外表皮包了一层玻璃幕墙,它沿着高度进行旋转,形成自己的一个独特性。我刚才说了,金茂代表过去,环球金融中心代表现在,建筑师希望我们上海中心代表一种未来,未来其实是时间把空间延上是一种扭曲,他们觉得是未来的一种手法。这个楼面是这样定位的,因为我们的楼面比较的复杂,沿着高度做了这么一个旋转,这个体型定位以后,个是旋转多少的角度,第二个就是收缩,沿着高度如何收缩为好,这是建筑师在前期做的工作,旋转90度、120度、150度、210度反复的比较,旋转下来以后觉得旋转210度从美的角度来说更容易被大家所接受。收缩角度来说也做了很多的对比,25、55和85%的对比,最后决定下来是55%的对比比较理想。最后觉得视角锥形的建筑可以减少风荷载的25%,这个之前可能对建筑师来说也只是考虑这个楼的水平作用是风荷载控制的。
    我们看到主要是外幕墙如何实现这是一个很大的问题,首先第一个就是从建筑角度来说外幕墙和内幕墙有一个分布,外幕墙非常的明确遮风避雨,但它不保温,它的荷重就可以轻一点,同时也带来了外幕墙的一个热胀冷缩的问题,内幕墙是保温隔热。内部的这个幕墙保温隔热,按照常规的体系来做就可以了,但是外幕墙如何实现?外幕墙是整个9个区段是悬挂的,把13到15层的幕墙挂住,每个区段的幕墙相对独立,也可以有一些变形。同时它也有一个问题,当时玻璃怎么重叠实验,它是一个双曲面,最后采用一种光滑的方式,这个光滑方式还有一个很重要的就是它玻璃品种大大的减少,现在玻璃品种就是规格上比1000种少一点,这个已经足够多了。这是外幕墙的一个挂的特点,有一些地方为了考虑到透视感用了玻璃肋来实现。
    接下来比较难的就是说外幕墙的结构体系采用什么,我们采用了三种结构体系,一个是竖向自承重的结构体系,用网格实现的,这种体系对圆机构的里面造型产生了极大的破坏,并不是说它一开始就这样做的。第二种就是说它在这个设备层上用水平线的网格进行支撑,既支撑了竖向网格也支撑了水平网格,这样使从内往外看的视觉效果产生一种紊乱,最后我们采用这种形式,就是用轮箍式的支撑实现水平的传递。主要是用各种荷载的情况下如何实现,如何尽可能使这个结构构建不要太笨重,减少视觉的阻碍情况。整个幕墙体系的穿力是这样的,我就非常快的说一下。这种穿力到设备层以后吊挂在这个设备层上,水平的方向是通过设备层穿到各个楼板。它最难的是协调外部玻璃幕墙和内部幕墙的两个玻璃的协调,这是最大的问

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作者: 来源: 发布时间:2012年06月18日
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