雷尼尔广场大厦

发布于：2023-06-09 13:40:09 来自：建筑结构/钢结构工程 [复制转发]

结构设计卓越工程主席奖

雷尼尔广场大厦，西雅图，华盛顿州

2020年落成的58层的雷尼尔广场大厦（Rainier Square Tower）将成为西雅图第二高楼，仅次于76层的哥伦比亚中心。由Wright Runstad公司开发、建筑事务所NBBJ设计的雷尼尔广场大厦集住宅、办公、酒店、零售和餐厅于一体。雷尼尔广场大厦为西雅图市中心新增了一幢令人激动的多用途建筑，为整个街区及周边区域带来了活力——该项目也是首例采用SpeedCore体系的建筑，从根本上彻底改变了高层钢结构的建造规律。

以850ft.（259.08m）的高度直入云霄的雷尼尔广场大厦的面积为140万ft. ² （13万㎡），包括活跃的零售商场、A级办公写字楼以及高层奢华公寓等业态，大厦还拥有一个7层楼的地下停车场，可供约1,000辆汽车停放，其商场底部可直接连通到相邻的雷尼尔广场大厦。

这栋建筑可以称得上是SpeedCore体系的概念验证项目，SpeedCore体系是一种创新的钢结构体系，采用模块化的、预制的、填充混凝土的、组合钢板剪力墙（CF-CPSW）板来快速、经济地建造高层建筑的结构核心筒。最初的设计是打算采用传统的、钢筋混凝土核心筒，再加上周边的钢框架结构组合楼板。得益于开发商Wright Runstad公司的前瞻性思想，认识到通过采用SpeedCore体系来建造大楼的结构核心筒是个节省时间和金钱的机会。

建造雷尼尔广场大厦需要55名钢铁工人使用15,000t钢材——超过350,000根钢条以及700,000多条焊缝。在施工过程中，浇筑混凝土之前，钢板和中空模块的拉杆要支撑着8个楼层的楼板。浇筑完混凝土并养护之后，该体系开始组合工作，形成一个坚固的结构核心筒，每个组件都发挥着其自身的作用：

● 钢板——在整个抗侧体系中起到抵抗拉力和剪力的作用；

● 填充混凝土——在侧向荷载作用下能抵抗较大的倾覆压应力；

● 钢拉条——对混凝土起到约束作用，带来更好的抗震性能。

在雷尼尔广场大厦项目中，SpeedCore体系的快速建造顺序由三个高水平步骤组成：

（1）钢材的预加工。超过530块钢板——每块钢板厚0.5in.（12.7mm），宽30~40ft.（9.14~12.19m），高14ft.（4.27m），重约20t——先加工好，然后以21in. （0.53m）到45in.（1.14m）的间距用直径为1in.（25.4mm）的钢拉杆成对组装形成模块用于现场安装和混凝土浇筑。钢板上开了孔洞，用于穿过MEP设备管线、防火保护管道以及用于现场连接楼面梁的连接材料。

（2）模块运输和摆放。一旦组装好，这些模块单元就被堆放在卡车内，运输到施工现场，吊装就位并进行现场焊接。

（3）在“三明治”内浇筑混凝土。当钢板安装好之后，把混凝土浇筑在每个模块单元中，最后形成的像是钢板“饼干”在外，混凝土“冰淇淋”在内的冰淇淋三明治一样的构造。

总之，SpeedCore体系确实是名副其实，和传统的核心筒体系相比，将原来的32个月的工期缩短了10个月。在每周4层这样的进度下（传统核心筒是每3~5天1层），安装工作如同闪电般迅速。另外，SpeedCore体系的实施省去了一些昂贵的、费时的、耗费人力的施工过程，例如在大多数高层建筑的钢筋混凝土核心筒施工中常见的支设模板、安装加强筋、放置埋入钢板以及逐层的混凝土铺装和养护等工作。

雷尼尔广场大厦的提前完工使得业主节省了建设贷款持有成本以及一般建设运营成本。更早的开业为业主提供了在租房、零售、公寓单元方面更早的现金流。如果你现在去探访雷尼尔广场大厦，你可以看到项目团队对于SpeedCore体系的自豪感。该体系的CF-CPSW板就完全裸露在建筑大堂的各个不同部位，让游客可以直接碰触这些未经任何表面处理的钢板和拉杆焊缝，从青铜铭牌上也可以读到有关SpeedCore体系的创新性特点。

雷尼尔广场大厦和雷尼尔塔（Rainier Tower）共享一处场址，雷尼尔塔是20世纪最杰出的建筑师——日裔美国现代主义建筑大师山崎实（Minoru Yamasaki）的又一杰作，于1977年正式竣工，是一栋40层的办公大楼。位于西雅图第四大道和大学街上的雷尼尔塔，就像是一座倒置的金字塔，形成了下窄上宽的奇特外观。为这个标志性的塔楼，山崎实采用了一个引人注目的11层倒锥形无窗混凝土基座，就像是一个玻璃酒杯的杯柄——固然，这是一个安全且有韧性的结构，但是在这样一个地震活跃的西雅图市内不会再有第二个这样的建筑了。

鉴于雷尼尔塔这样一个令人尊敬的遗产和独特的存在，雷尼尔广场大厦的设计更是要为了保持、增强和向老的高层建筑致敬——而不是为了与之竞争——通过打造一个恭敬然而又在视觉上让人惊叹的建筑形式，和山崎实大师的作品相互补充，又敏感地保持了大师作品的景观和日照。该目标的实现是通过设置倾斜的柱，赋予雷尼尔广场大厦建筑独特的连绵曲线造型。新建筑并没有阻挡雷尼尔塔，其东侧立面向上呈曲线形，塔楼的楼板逐渐变小，从4层的约34,000ft. ² （3,158.7㎡）缩小到38层的15,000ft. ² （1,393.55㎡），从而为雷尼尔塔留出空间，也减少了对雷尼尔塔的视觉冲击。39层到58层（顶楼）是雷尼尔广场大厦的奢华公寓，这部分塔楼的楼面面积保持不变，均为15,000ft. ² （1,393.55㎡）。最终，雷尼尔广场大厦的标志——曲线形立面，较宽底部但是随着高度变高而逐渐收窄，和雷尼尔塔自身的标志——倒锥形混凝土基座，在街面高度最窄但是随着高度升高而逐渐扩大，二者互为补充，相得益彰。

除了采用SpeedCore体系以外，雷尼尔广场大厦还有一个重要特色。雷尼尔广场大厦的立面设计是单元式幕墙，共采用了140个不同尺寸的3D打印铝节点。由于其倾斜的几何形体，这座塔楼需要Walters & Wolf公司与3Diligent制造供应商合作完成幕墙的设计、装配和安装。由于建筑外形呈斜坡向上，每层楼的幕墙规格都是不同的。因此，设计方法是在一系列复杂的V形节点组装每个楼层的外立面。节点原型在加利福尼亚州弗雷斯诺的一个实验室进行独立测试后，由3Diligent公司为雷尼尔广场大厦项目3D打印了140个独特的构造节点，每个节点的尺寸不超过1ft. ³ （0.03m ³ ）。Walters & Wolf公司与数字化制造公司3Diligent合作进行节点的设计与制造，虽然幕墙是非结构性的，但构件需要保持水密性和气密性并且与硅树脂具有良好的黏合性。在设计时，3Diligent提供了两种制造方案供Walters & Wolf公司选择。一种方案是采用熔模铸造工艺制造的铝节点，另一种方案是采用金属3D打印技术制造的铝节点。由于采用的制造工艺不同，两种节点的设计方案也是不同的。Walters & Wolf公司使用两种工艺制作样品节点组装成幕墙单元并进行了特别的裂缝测试后发现，3D打印节点在尺寸精度和结构可靠性方面更能够满足新雷尼尔广场大厦幕墙建造的需要。3D打印节点为V形结构，它们的作用是将一块块被切割为方块形状的幕墙结构组装在一起。而每一块薄薄的幕墙结构通过节点组合在一起之后，形成新雷尼尔广场大厦外部所呈现出的倾斜效果。

提到3D打印在建筑中的应用，最令人印象深刻的是通过大型3D打印设备和混凝土材料建造的房屋模块结构或桥梁。这些3D打印建筑展示了数字化建造技术的潜力，包括实现传统制造技术难以实现的从力学到声学再到美学的结合。在制造建筑结构时，预留出水、电等管线的位置，使得建造过程更加智能化。