【结构精品案例】国内原创最高建筑—438米武汉中心设计、施工全过程曝光！

本期推荐案例：438m（88 层）武汉中心

总建筑面积：359000m2


基地面积：28100m2


建筑高度：438m


建筑层数：88层


设计时间：2009年至今


项目状态：2015年完工 

工程简介：


武汉中心高438m（88 层），是迄今为止由中国建筑师原创设计的最高建筑。总图的布局原则是主塔楼前置，直面南侧的梦泽湖景观，裙房后置；向东和向北迎接来自核心区广场和地铁站的商业客流。其功能包括办公、酒店式公寓、五星级酒店、高端商业和顶层观光阁，项目2015 年底已经竣工。

超高层建筑对城市景观有很大的影响，由于这类建筑主要被集约于竖向上的发展，因此其建筑造型与自身的使用功能、结构形式及构造做法更密切关联。塔楼面临城市的两条主要街道，既保证了酒店、办公和VIP的入口，还和裙楼组织在一起。

方案阶段：

核心筒“能源芯”的设置

武汉中心作为一个商业化开发的楼宇，经济性要求更高，所以在所有的机电环节和使用环节都要有一个比较紧凑合理的空间设计。从所有的使用有效层来看，尽管其外墙边界是多段空间双曲面包裹下的外形轮廓，变化形式呈逐层渐变状态，但中间核心筒的外壁部分基本上是上下垂直的。由于越到上面塔楼的表皮就越向内倾斜，因此我们将核心筒在第78 层处开始向内收分，从而保证了一个较高效率的使用空间，满足了酒店客房的进深要求。

外壳与内核

塔楼结构示意图

31 层设备层结构示意图

显然，作为一个多功能业态在垂直向度上的布局方式，如果核心筒的内径相同，则其在上部功能区域将释放更多的内部空间。所以原设计中塔楼上部的酒店空间采用中庭共享空间模式。但是在做施工图阶段时，酒店管理公司正式介入，并强烈地反对设立中庭。双方开始工作的重点一直纠缠在怎么才能消除中庭空间这一问题上，后来达成共识是倾向于在方法上和上海环球金融中心一样，沿塔楼对角线向中庭内侧挤压，但会导致结构与形态发生变化而被业主与规划部门否定。


     

最终我们在其核心筒内侧填塞了一个竖向布置的机电能源中心，并称之为“能源芯”。它既使设备机房靠近负荷中心，减少大量垂直向的传输能耗；又在机电部分的产权归属上使酒店相对独立，满足了酒店管理公司的使用要求。做到既取消了中庭，减少使用及传输上的能耗，同时又保证了结构体系的简洁清晰。这种依据使用功能并充分利用高度所提供的机会的做法不失为一种较有针对性且经济有效的设计尝试。


       

顶部“郁金香”：

大厦的393米以上，全是武汉中心的“顶”。它的造型，似一朵郁金香。斜面设计，最高处41米。

顶部效果图

“这个空间内，设计为两层，是华中最高的观光阁。”王家墩商务区技术部介绍。四周全是玻璃，可绕圈看武汉城市景致。

从外墙玻璃看，建成的"郁金香"是直墙。但它内部的钢结构，是向外开放式的喇叭造型，在空中焊接钢杆件，难度非常高。据悉，这个"郁金香"由15000根钢构件焊成。

塔楼表皮的几何定义 



     

从造型来看，这样一个像帆一样的造型非常受业主青睐，但这也导致表皮设计非常复杂，整个表皮由上万个板块组成，除下面部分是垂直的，其余大量的板块为空间曲面板块（且四点不共面），并呈非线性变化。

中庭取消

设备芯

从数值微分的统计结果来看，两个对角线方向是变化最大的，而且所有的衔接都是一个渐变过渡的状态，这就给表皮单元的标准化与系统设计带来了很大的挑战。由于最终的表皮单元采用空间叠型单元造型，这对拟合空间曲面的形体表皮就更具挑战性——每个板块的空间定义相互之间都会形成干扰。

楼层梯退的搭接构造示意

如何解决这一问题？最终采用的方法是：将空间形体中每一被微分的空间曲面板块（四点不共面）解析为竖向平面的标准幕墙板块及水平向的平面转换构件（板块）。




        

二者相互之间的构造关系为上下标准板块可通过水平设置的转换构件（或板块）解决板块间竖向的空间错位与闭合的问题，而每个可被精确定义的水平转换构件（或板块）的平面形态则解决了相邻板块之间各种不同的曲率半径变化的几何定义问题。

单元楼层插接构造—梯退

主楼幕墙细部构造

通风器

单元板块外侧效果

塔冠剖面图——幕墙结构

塔顶空间示意

作为一个功能性的结构构件，在最初的设计中，其垂直支撑源于下面的结构布置，但甲方不满意，他们认为在这样一个特色空间中需要有一种空间上的视觉表现。


      

最终结合建筑造型，利用空间大跨度技术巧妙地将宽大的环廊与下部的主体结构及本层的核心筒在两个不同的向度上进行了联系，并和幕墙的结构体系结合在一起，形成了较有特色的空间整体结构，实现了技术、功能、效果的统一。目前我们正就这部分的设计在进行不断的深化。

塔冠结构平面及核心筒轴测示意图

办公和公寓区域需要自然通风，在侧面选用了穿孔板，通常的做法是采用内向的开启窗，但如何保证不设开启窗单元的视觉一致性及系统的标准化？




       

建议是采用通风器的构造，好处就是不需要开窗而使构造简化，我们可以在系统当中采用加槽穿孔的组合型材，和后面的通风器结合在一起来实现通风的功能。既保证了更好的内外视觉效果，又可统一单元的构造设计来实现系统的标准化而更为经济。




       

为了防止幕墙玻璃的坠落，除了对玻璃的选择做了规定，我们还结合构造设计，使部分型材为明框构造以保证玻璃在对角线上的两条侧边可被扣住。整个建筑表皮的造型与系统设计是在院幕墙中心团队的配合下共同研究完成的。这是全部拟合以后形成的整体曲面的建筑外形。

武汉中心塔楼的原形设计采用了较为简洁的体量，旨在能清晰地创造超长尺度的壮丽城市景观，具体设计做了如下工作：




1）改造方形平面，做成带倒角的鼓边轮廓，让其沿着8 条精心推敲的曲线进行三维放样，塑造了一个饱满、柔和、优雅的体量，甚为简洁；




2）沿着方形平面对角线对原形两条边做开槽处理，两条弧线形缝隙贯通438m 塔身，这不仅出于美学诉求也符合流体力学的要求，风洞实验证明塔身开槽有利于降低风压对超高层建筑的不利影响；




3）在顶部平行于方形对角线方做斜截面减法，这让塔身看起来更加修长、巍峨。






施工阶段：







 

 










 

 










 

 










 

 








 

 










 

 










 

 








 

 










 

 








 

 








 

 








 

 








 

 








 

 








 

 








 

 








 

 








 

 








 




  

武汉中心“用钢”创下三项第一  国内第一大钢板墙：

当传统施工是以钢筋作为梁和柱的“骨”时，武汉中心的地下4层到地上12层，却是以钢板做梁和柱的“骨”——厚35毫米的钢板。“这种设计将增强建筑的抗震性。地震可以将混凝土震碎，但钢却具有可弯的韧性，遇到地震只会变形不会倒。”中建钢构介绍。

钢片做“骨”，能减少柱和墙的占地空间。仅这16层(地下4层+地上12层)，用钢板墙取代传统的墙和柱，能减少占地约2700平方米，“相当于‘省’出一层楼的面积，同比，钢材能节省2400吨。”项目经理张晓明说。

据悉，钢板“墙”总共要焊到16层楼高，总用钢量8000吨，一圈周长达到258米。业内介绍“这样大的建筑规模使用单版钢板墙是国内第一例”。

180吨大梁在300米高焊接

438米高的武汉中心大厦，设计为“内核外钢”——中间是钢筋混凝土的‘核’，外围是钢结构。这种设计使这栋超高层具有“主干和树枝”一样的结合，既能做高，又非常稳定。

在武汉中心300米高的地方，未来是它白金五星级酒店的大堂。设计师在此构造了一个高8.4米、面积2000平方米的无柱大厅，呈“环”状(中部是建筑的核)。

“这个无柱大厅，是靠四面全都建有一根跨度27米的大梁实现的。”张晓明介绍。据悉，在300米的高空拼装焊接单重180吨的梁，这种尝试世界第一例。

项目进度


2012.8 裙楼结构封顶


2012.8 塔楼地下室结构封顶


2015.5 塔楼主体结构封顶


2015.9 塔冠钢结构吊装完成


2015.10 电梯工程完工


2015.11 机电安装工程、幕墙工程及室内装饰工程完工


2015.12 交付使用

设计师感悟





漫长而复杂的设计过程，或许能使我们对于“建筑”的过程与“真实”有更多的认识：如果说建筑是某种形式的表现，有时候虽然建筑的魅力可能在于把许多真实、普通的东西转化为可以让人们感动的那些形式与氛围之上的事实，但若把“建筑”看作一种行为与过程的方式，那或许它又与“形式”真的无关，我们可能更需要关注的是那些无数的真实与“形式”之间可能的关联……