【精品案例】9方盒组成“舞动的魔方”:高153.6m坊塔结构设计

【项目进度】2015年4月26日，作为佛山新地标的方式文化中心“坊塔项目“正式封顶。小小的吐槽一下坊塔造型实在太怪异了！以至于工地还是个坑的时候我就没想过这设计图是真的。可是随着施工的进行，底座貌似和效果图是吻合的！

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1 工程概况 坊塔项目(图1)坐落在佛山新城世纪莲体育中心旁，为佛山市公共文化综合体项目中的标志性建筑，该建筑地上17层，地下2层，总建筑面积为2.59万m2，塔楼建筑高度为153.6m。 设计构思
佛山公共文化综合体坊塔，如同中国积木堆积而成的建筑。这样的建筑到底是如何立起来的呢？结合坊塔项目独特的建筑体型，设计师综合考虑幕墙工程要求，经过讨论，提出采用外围斜交网格框架。



坊塔建筑利用方体叠堆成塔的概念，实现“以方造塔”。因坊塔建筑造型特异，空间灵动，致使其工程结构设计异常困难。佛山坊塔建筑难度不亚于小蛮腰



结合佛山公共文化综合体坊塔项目独特的建筑体型,综合考虑幕墙工程要求,经过方案比选,提出采用外围斜交网格框架-核心筒的结构体系,以满足超限高层抗震抗风设计和其他专业的设计要求。



针对项目特点,对结构重点关注的问题,包括弹性分析、节点分析、罕遇地震弹塑性分析、风振分析及施工模拟等方面进行了深入细致的计算分析,确保结构安全合理。本项目已通过超限高层抗震设防专项审查,现已进入施工阶段。

结构设计分析

33.6m以下由4个较大方体组成，其中西侧两个方体平面尺寸为28.8m×28.8m，主要建筑功能为展厅和餐厅。东侧两个方体平面尺寸为48m×48m和28.8m×28.8m，主要建筑功能为剧院和多功能厅。在33.6m标高以上各方体平面尺寸与其高度一致，各楼层主要功能为空调机房、会议室、观光平台等。结构立面图如图2所示，33.6m标高以下和以上典型楼层结构平面布置见图3，4。

坊塔与两侧的城市规划建设展馆以及后台部分和行政办公部分（之间以250mm宽防震缝从±0.000m以上分开，形成各自独立的抗震单元（图7）。

2 外立面结构布置

根据建筑的立面效果要求，分别考虑了四种不同的外框立面结构布置方案：1）方案一把外框斜交网格和肌理全部作为结构构件；2）方案二把除肌理以外的外框斜交网格均作为结构构件，肌理按幕墙构件设计；3）方案三在方案二的基础上，把作为主体结构设计的外框斜交网格的间距加大一倍，除把肌理作为幕墙构件设计以外，还把部分外框斜交网格也按幕墙构件设计；4）方案四在方案三的基础上，进一步减少了作为主体结构构件设计的外框斜交网格，仅把主对角线的斜杆作为主体结构构件设计，其余杆件均按幕墙构件设计。如图8所示，其中粗实线为结构构件，细虚线为幕墙构件。

通过对各方案的综合分析比较，采用方案二作为立面结构布置最终实施方案。

3 结构体系研究过程




对于核心筒+斜交钢外围框架结构体系，对于外围结构引入的程度也作了相应研究，模型1为斜交钢外围框架全部引入结构体系，模型2为外围延伸至67.2m，如图11所示，其中顶部方盒（134.4～153.6m）并非主体结构，未算进层间位移角。


从图12可以看出，对于模型1，整体分析指标满足框架-核心筒规范1/800的要求。而对模型2，上部核心筒位移角超出规范1/800及1/1 000（剪力墙结构）的限值。

考虑到建筑对斜交钢外围框架尺寸上有严格的要求，而上部24m高幕墙支撑构件尺寸将与结构构件尺寸接近。综合考虑体系的完整性、结构安全、多道防线概念需要及幕墙需要，斜交钢外围框架全部引入与核心筒一起组成结构抗侧体系。

5.2 水平荷载作用
水平荷载作用下，结构底部（-4.8m处）剪力、倾覆力矩如表3所示。

5.3 结构层间位移角
在水平和竖向力作用下，结构顶点的最大位移如表4所示，结构层间位移角见表5。

6 结构优化设计方面的考虑
结构优化设计方面主要考虑了：1）区分受力关键杆件和普通构件；2）屈曲后强度利用；3）按新抗规放松对多、高层钢结构位移角要求的精神，在施工图阶段全面考察结构受力特点和性能要求，优化构件尺寸；4）在施工图阶段结合建筑、机电专业的要求，对核心筒内钢支撑进行屈曲支撑的研究和优化布置，节省核心筒材料用量。
2013年7月25日上午，佛山市文化中心之坊塔项目钢结构第一榀钢柱顺利吊装