关注我们，塑造更美好的世界
? KPF
▲建筑效果图
位于北京CBD核心区域的世纪城市项目，于近日正式进入主体结构施工阶段。该项目由KPF建筑事务所操刀设计，造型新颖独特，是集高品质写字楼及高端住宅为一体的城市综合体，总建筑面积29.55万平方米，由3栋办公楼及2栋住宅楼组成。奥雅纳作为本项目结构顾问，负责结构方案和初步设计，合作设计院为中建设计集团股份有限公司。
独特的建筑立面，多塔组合的平面布局，以及对品质的极致追求，给结构设计带来诸多挑战。奥雅纳通过前沿的创新解决方案、先进的数字技术手段，攻克了一个个技术难题。
三塔连体不设缝的结构方案
多举措保驾护航 确保抗震安全性能
办公楼建筑体由3个平面角度不同的子塔组成，各塔间每层通过不同宽度的连桥连通。连桥区域在底部6层为通高大堂，为实现通透的效果，采用拉索幕墙。北京位处8度高地震区，常规的方法是将各单塔当作单独结构处理，设置抗震缝并采用滑动支座连桥的连体结构方案。但是这样无法满足世纪城市项目的需求：
抗震缝导致各层连桥处均存在较大空隙，装修处理复杂，降低用户体验；
每层均有连桥相连，设缝做法增加滑动支座数量，使得造价大幅提升；
设缝处理导致中空大堂拉索幕墙方案无法实现，对建筑立面效果产生极大影响。
奥雅纳经过多方案对比，针对项目特点最终采用了不设缝的结构方案，实现最佳建筑美观及功能效果，并通过一系列创新措施，确保连体结构的安全性。
? KPF
▲办公塔楼平面图
? KPF
▲办公大堂效果图
实现各单塔动力特性一致性，
避免塔间耦合效应。
挑战
对于不设缝的强连体结构，各单塔若动力特性差异较大，将会在地震作用下发生耦合效应，连接结构受力易在耦合作用下增大导致破坏，从而丧失整体性造成结构失效。本案各单塔体型、角度、尺寸均有较大差异，给动力特性调整带来了极大挑战。
解决方案
奥雅纳借助自主研发的Ovabacus参数化设计平台，快速识别各塔抗侧构件对于结构整体和单塔刚度影响的敏感性，将结构整体刚度及各单塔刚度均调整到较为理想的状态，满足整体刚度需求的同时，各单塔动力特性与整体保持了较好的一致性，避免各塔间耦合效应的不利影响。
? Arup 办公塔楼动力特性分析结果
▲点击查看大图
? Arup 办公塔楼扭转周期比优化
连接体关键构件：
重点加强性能化设计
挑战
项目7~21层各塔之间通过不同宽度的连桥相连，其中每隔三层为一个主连接层，连桥宽度超过结构平面宽度1半，承担主要连接作用，受力较大；其余层为弱连接层，通过较窄连桥相连，受力较小。
解决方案
我们将主连接层定义为连接体关键构件，采用较高的性能化设计目标：
■ 采用增加楼板厚度、设置水平钢支撑等措施，提高连接体传递水平地震作用能力；
■ 通过大震弹塑性时程分析、楼板应力分析等手段，确保其在罕遇地震作用下的承载能力。
▲点击查看大图
? Arup & KPF 连体区域加强措施
多方向地震作用输入
挑战
各单塔平面布置角度不尽相同，在不同地震作用方向下，可能产生不同的影响。
解决方案
我们考虑了三组不同角度组合的地震作用进行结构整体刚度及构件承载力的包络设计，确保其在不同地震角度作用下的安全性。除连体结构整体，针对单体抗震承载力亦采用包络设计。
▲点击查看大图
? Arup 不同角度地震作用
数字化工具与BIM正向设计
最大限度实现空间优化
项目外形复杂，立面为自由曲面。在有限的层高下楼层净空要求高,涉及多专业协调配合，传统的平面设计模式无法适应本项目需求。奥雅纳与建筑师采用BIM正向设计手段协同设计，实现了建筑结构完美契合，达到最佳效果。
参数化手段及自研数字化平台，辅助外框柱找型及结构分析模型、图纸转化
挑战
项目力图缩小塔楼外框柱与幕墙距离，以最大化有效使用面积。塔楼外立面的曲率自下至上为变化值，外幕墙采用阶梯式模块设计，给外框柱的定位带来了极大挑战。传统的平面绘图方式，无法反映出各构件的空间关系。
解决方案
奥雅纳在设计伊始，采用参数化手段进行外框柱辅助设计：
■ 通过参数化模型，从建筑3D模型中根据幕墙外皮计算得到外框柱的空间位置几何模型；
■ 通过奥雅纳自主研发的Ovabacus参数化设计平台，将几何模型导出并应用于结构分析模型及结构设计图纸；
■ 通过参数化设计平台，将结构计算分析后确定的截面尺寸返回到几何模型中，与建筑BIM模型融合，进行专业间的协调与检查。
? Arup 三维结构外框柱图
? Arup 幕墙与结构柱剖面
▲点击查看大图
▲点击查看大图
? Arup Rhino参数化模型与实体模型转化
多专业协调
实现超高净空需求
挑战
办公楼标准层高4.3米，需达到3米净高，以满足高品质办公需求。通常项目欲达到3米净高，楼层高度需至少达4.5米以上。如何将结构、机电、建筑装修空间压缩200mm实现净空需求，是一大难点。
解决方案
设计团队采用BIM技术将结构构件、机电管线、装修吊顶整合到一个三维模型中进行碰撞检查，筛查问题部位并逐一攻破，最终实现净高需求。
? Arup 三维结构外框柱图
? Arup 幕墙与结构柱剖面
▲点击查看大图
? KPF BIM专业净空协调
结合交通流线的底部分叉柱设计
挑战
为满足T1塔楼底部交通需求，局部外框柱需落在室外。
解决方案
我们采用树形分叉柱设计，将6根框架柱合并为2根，分叉柱每个分支的角度综合考虑交通流线功能、建筑美学和结构力学的需求，采用非对称式布置。
■ 在对柱布置进行研究时，节点构造设计同步进行;
■ 结构三维几何模型中涵盖了分叉柱全部参数信息，并通过数学方程的参数化形式对三根圆柱的相交曲线进行定义，确保后续深化设计及加工的可实施性；
■ 在几何模型中以1：1的比例拆分柱节点构造，使其满足加工运输、现场安装的需求；
■ 几何模型同样借助Ovabacus设计平台，转化为节点有限元分析模型，进行大震弹塑性非线性分析，检验其在大震下的安全性。
▲点击查看大图
? Arup & KPF 造型分叉柱设计
▲点击查看大图
? Arup 造型分叉柱节点构造及有限元分析
6层无柱挑空大堂
赋予建筑空间美观感受
挑战
办公塔楼T1与T2连接处底部为6层挑空的大堂，建筑师期望达到宽敞通透的大空间效果。
解决方案
T1与T2塔楼靠近大堂一侧的外框柱，通过转换桁架整层通高设置，将大堂区域的3根框架柱在大堂顶板进行转换，实现了底部无柱空间的效果。
▲点击查看大图
? Arup & KPF 无柱大空间大堂转换绗架设计
奥雅纳对转换桁架及周边楼板进行了相应加强，除大震下弹塑性分析外，还专门进行了施工阶段的模拟分析，并通过指定部分构件安装顺序及楼板后浇带等措施，减小施工阶段转换桁架竖向变形对构件的不利影响。
? Arup 楼板局部加强
? Arup 未设后浇带楼板应力
? Arup 楼板局部后浇
? Arup 考虑后浇带后施工模拟分析楼板应力
无梁楼盖设计
实现高品质住宅追求
挑战
两栋住宅塔楼在3.3m层高的条件下，欲实现2.9m高的净空，同时期望达到房间内部无结构墙、无梁、无柱的效果，以满足业主自由分隔、灵活布置的需求。传统住宅的剪力墙结构体系，外框与核心筒之间采用楼面次梁连接，如吊顶设置在梁下，造成巨大的空间浪费，显著影响净高，因此无法满足这一项目要求。
解决方案
创新性地采用“无楼面梁的框架-核心筒”结构体系，并通过一系列技术措施保证这一体系的可靠性。
■ 无楼面梁的框架-核心筒结构体系，竖向构件设置在中部交通核及建筑外围，中部为无柱空间，保留外框架的连续性，取消外框与核心筒之间的楼面次梁，最大化提升房间内部净空。同时，无梁楼盖体系结构顶板为一平面，没有突出构件，使得内部分隔及装修的灵活性进一步提高。
? Arup & KPF 住宅典型平面
? Arup & KPF 住宅典型平面
▲点击查看大图
? Arup & KPF
组合结构楼盖净空分析
? Arup & KPF
无次梁楼盖净空分析
▲点击查看大图
■ 为了控制角部较大板跨造成的挠度和裂缝问题，提高经济性，在楼层角部较大跨中间，结合功能房间布局设置8根重力结构柱减小板跨。在无梁楼盖中进一步增设暗梁，暗梁隐藏于楼板内、对观感及使用无任何不利影响，通过帮助地震荷载在外框架与核心筒之间的有效传递，提高结构可靠性。
典型框架核心筒结构体系
优化无次梁楼盖框架核心筒体系
▲点击查看大图
增加重力柱控制楼板挠度裂缝
增加暗梁提高抗震构造
▲点击查看大图
? Arup 结构体系优化演变
■ 在重力荷载作用下，充分考虑建筑品质要求及结构混凝土平板+重力柱的楼盖体系特点，奥雅纳采用SAFE软件进行楼板有限元分析，并考虑长期效应影响对挠度和裂缝进行验算。受限于净高的要求，结构通过提高楼板配筋率等措施，确保在长期效应下结构挠度及裂缝满足规范要求并有一定的安全储备。
楼板有限元模型
楼板长期挠度分析结果
▲点击查看大图
楼板配筋加强
楼板裂缝分析结果
▲点击查看大图
? Arup
■ 考虑到无梁楼盖在地震作用下结构柱与楼板节点连接处相对薄弱，对节点处采用加强措施，通过设置抗冲切钢板及锚栓改善节点延性，提高其抗冲切破坏能力，从而避免无征兆的脆性破坏发生，保证无梁楼盖的安全性。
▲点击查看大图
? Arup 板柱节点加强措施
世纪城市项目做为北京CBD核心区域的高层城市综合体，无论是建筑造型还是内部使用功能，都承载着极高的要求。奥雅纳采用创新的结构思维、先进的参数化技术和精湛的设计水平解决了一系列结构设计挑战及多专业协调难题， 完美实现了建筑意图及功能需求。期待世纪城市项目落成，为区域商业项目再添品质标杆。
项目结构负责人：
程煜
副董事
朱岩松
主任工程师
刘鹏
奥雅纳董事及院士
北京办公室负责人
1
温馨提示
1） 文中部分图片来自于网络，版权归原作者及原出处所有。如涉侵权或原版权所有者不同意转载，请及时联系我们，以便立即删除。
0人已收藏
0人已打赏
免费0人已点赞
分享
回帖成功
经验值 +10
全部回复（0 ）
只看楼主 我来说两句抢沙发