新设计 l “悬浮”的立方体——结构成就建筑之美的探索

声明：本篇内容转载自公众号POLY技术汇”，如果有侵权，请联系我删除。

结构是建筑的亲密爱人，没有好的结构，建筑就失去了体态之美，显得平淡无奇，唯有两者完美交融，才能造出令世人感叹的惊世杰作。珠海横琴保利国际广场正是结构与建筑完美融合的杰作，下面就让小P带大家来了解了解吧~

一 项目概况 珠海横琴保利国际广场位于珠海市横琴自贸区内, 其前身为横琴发展大厦。项目由地块一一栋19层主塔楼及地块二两栋副塔楼组成。
地块一主塔楼标准层平面面宽100米，进深100米（塔楼中心设置40m×40m的内天井作通风采光使用），塔楼高度100米形成一个完美的正立方体外形。塔楼首层为由南侧广场延伸形成的大台阶“基座”，中轴对称，仪式感极强，二层整体内缩，形成标准层外挑灰空间。
整个建筑形体简洁，外立面采用节能遮阳的横向金属百叶，利用百叶后各层随机设置的办公室外空间及空中绿化平台形成了立面上韵律感的“云符”，以此造就独特的“横琴岛建筑外立面风格”——琴歌。

二原方案存在的主要问题 为实现建筑“悬浮”的造型效果，原结构的主塔楼向四周悬挑13米，布置四个落地核心筒，筒体之间无柱，其跨度为33.6m。结构体系采用了带高强度预应力拉索+屈曲支撑减震的巨型转换桁架-钢框架筒-支撑结构，属于非常规结构体系，主要存在以下问题：■ 为同时实现大悬臂和大跨度，结构受力体系非常复杂，结构效率低下，消耗大量材料；■ 结构施工复杂且难度较大，尤其是高强度预应力拉索；
■ 本项目临近海边，采用纯钢结构，其后期运营维护困难且费用高昂；
为表现出建筑的“轻盈”，结构付出的代价是“沉重”的。
三 结构方案的优化措施 2013年，保利地产获取该项目后，对设计方案的建筑内外空间形态、使用功能和结构体系进行了深入研究，在保持建筑立面形态，不破坏 “悬浮”效果及使用功能的前提下，建筑与结构进行了高度融合。
在结构体系选型和优化过程中，运用双向渐进优化法，不断寻找和删除结构中低效的材料，加强结构关键和最需要部位的材料使用，通过对8个结构设计方案的比选，完成了结构体系的全面优化，使得结构传力更直接合理，结构效率显著提高，施工及后期维护难度明显降低，主体结构建造成本降低多达40%，通过合理的结构来实现建筑方案，取得较好的经济效益。
1 建筑和结构的融合；

原建筑方案的“悬浮”效果过于纯粹，仅四个核心筒落地，大悬臂和双向大跨度的转换对结构受力带来了极大的挑战。要对结构方案进行优化，就需要在建筑效果和结构效率之间寻求新的平衡点。

经过对建筑形态和空间仔细的分析和深入的沟通，在 核心筒之间增加部分落地框架柱，既保持外立面“悬浮”效果，又保证内部无柱大堂的空间效果，更重要的是结构最大跨度从双向33.6m减少至单向19.3m，为后续的结构方案优化奠定了基础。

△ 二层平面图

2 结构选型的优化；建筑塔楼平面独特的“回”字形布置和丰富的功能要求，造成了大悬挑、大跨度、大开洞及穿层柱等结构薄弱部位，存在扭转不规则、楼板不连续、尺寸突变、竖向构件不连续、承载力突变等不规则类型，属于复杂超限高层建筑。
塔楼上部结构体系优化为钢筋混凝土框架-剪力墙结构，在9m层高的第3层设置了外挑13m的巨型钢结构转换桁架，以支撑建筑四周不落地的44根外围柱和无柱大堂及架空层不落地的18根中柱；2~4层采用钢板混凝土剪力墙； 4层及以下框架柱采用型钢混凝土柱，4层以上为钢筋混凝土结构。整个项目通过一次转换，实现了“空中立方”的方案构想。

△ 四层平面图

△ 南北向结构体系示意图
■ 主塔楼高宽比较小，因而结构刚度较大，较大的地震作用力大部分由四个核心筒承担；在结构受力分析中还发现，悬挑之上的上部结构较大的竖向荷载通过悬臂桁架传递给核心筒后，在核心筒内形成了很大的剪力。在地震作用和重力荷载的叠加下，1m厚4.3m长的C60钢筋混凝土剪力墙需承受14000kN剪力设计值，不能满足受剪截面要求。
■ 保利从结构受力合理性和建筑空间利用率出发，在受剪力较大的2~4层剪力墙内设置20~25mm厚钢板形成钢板混凝土剪力墙，充分利用钢材的抗剪强度，最大剪力墙厚度只需要600mm，把结构刚度和地震力调整在合理范围内。剪力墙端部的型钢则和钢桁架有效连接，保证了桁架受力的可靠性。
3 巨型转换桁架的研究；传递至转换桁架的主塔楼外围不落地框架柱轴力设计值最大约15000kN，大堂处不落地框架柱轴力设计值最大约21000kN，采用桁架转换充分利用了构件轴力传递上部荷载，可充分发挥材料利用效率，并有效实现了大跨度转换结构中的建筑空间最大化。
转换桁架是最重要的关键受力构件，按照中震弹性、大震不屈服的性能目标设计，综合考虑桁架层无楼板和有楼板对桁架层水平构件的不利影响进行包络设计，考虑竖向地震作用，并把抗震等级提高至特一级，从构件强度和延性两方面确保结构的安全。
对桁架杆件的设置进行了深入分析和研究，使悬臂和大跨度桁架传力直接、受力清晰、内力互平衡，做到了转换结构安全和建筑空间使用功能的协调统一，以框架部分为例的转换如下图（红色为受拉构件，蓝色为受压构件）。

△ 东西向悬挑转换桁架示意图（图一）

△ 南北向悬挑转换桁架示意图
■ 图1通过方案比较加设1号斜腹杆，使桁架层上弦的拉力和下弦的压力部分通过1号斜腹杆的拉力相互抵消，大大减少了桁架层2~8号构件的剪力，且大大减少了转换桁架的侧移，从而避免了4层核心筒之间的楼板承受较大的拉力和剪力，提高了结构受力性能，同时减少楼板开裂的风险。

对于核心筒周边区域的悬挑转换，由核心筒伸出悬臂桁架直接支撑上部的框架柱。而对于塔楼角柱的转换，则在塔楼角部设置支撑在核心筒悬臂桁架上的封边桁架，把塔楼的角柱荷载传递给核心筒，完成主塔楼角部悬挑结构的转换，见下图：

△ 角部转换桁架示意图
由于转换桁架跨度较大，承担的荷载较大，多数杆件处于较高的应力状态。按照转换层强斜腹杆的设计思路，对承受压力较大的斜腹杆，在矩形钢管内灌自密实高强混凝土，既解决了受力问题，又没有影响构件外观。

△ 桁架层三维示意图（仅表达桁架和框架梁）
四 悬臂桁架的施工实现 悬臂桁架从拼装到合拢成结构，最终实现结构设计受力，是整个施工的关键和难点。为了确保结构安全及施工过程的安全，在悬臂桁架端部采用点式格构式胎架对结构进行支持。

在胎架支撑上部主体结构施工过程中，胎架与主体结构形成一个临时的整体的受力体系。
胎架卸载是整个施工过程中的里程碑工序，结果是上部荷载由临时胎架承受逐渐过渡为由悬臂桁架承受，标志着主体结构从临时受力体系转变为设计的永久结构受力体系，必须绝对受控。它是释放胎架构件内力，主体结构产生竖向变形以及临时支撑体系和主体结构中的内力动态重分布的过程。过程中支撑胎架和结构体系中的受力十分复杂，需要保证受力体系内力重分布时缓慢平稳，否则容易出现安全事故或者主体结构产生过大的变形、裂缝而不满足耐久性及使用功能的要求。
为控制风险，胎架卸载采用“位移和受力控制兼备，以位移控制为主”的主要控制思路，待桁架层安装完成且主体结构施工至6层后，利用砂箱排砂控制卸载的位移量，对整个主塔楼的悬臂桁架进行同步整体卸载，砂箱卸载示意图如下：

△ 砂箱卸载示意图
设计对胎架卸载的全过程进行了施工模拟，通过现场组织试卸载，把相应的应力、应变和位移等监测数据和计算结果进行对比，确认无误后才进行整个塔楼全面卸载，有效地控制了施工风险。

五 小结 珠海横琴保利国际广场主塔楼在设计过程中，实现了结构与建筑的深度融合，通过结构算法为建筑找形，使结构构件本身成为建筑表达的一部分，成就了建筑之美，并通过不断双向渐进优化结构体系，在实现建筑设计效果的同时提高了结构效率，降低了工程造价，取得较好的经济效益。

• 0人已收藏

• 0人已打赏

  免费
• 0人已点赞

• 分享

  复制链接 新浪微博 微信扫一扫