【精品案例】“奶酪擦”Leadenhall摩天大厦全球首个外露巨型钢斜撑框架系统

位于伦敦的Leadenhall大厦，身高224米，是当地独具特色的建筑之一。由著名的Rogers Stirk Harbour + Partners设计，它独特的楔型设计和肉眼可见的 “型钢骨架” ，让它在地标林立的泰晤士河畔脱颖而出。

因其外形呈阶梯状，被戏称为“奶酪擦”的Leadenhall大厦是全球首个采用外露巨型钢斜撑框架系统的摩天大楼，工程难度不言而喻。

伦敦的城市规划中有一个视野管理框架（view management framework），保护一些关键全景景象、直线视野和河景，包括从四面八方十几个重要地点都能看到市中心的圣保罗大教堂。

因此Leadenhall大厦外型像一欧洲人家里常见的奶酪擦（对于咱们中国人来说，它更像“门楔”），越往高处越窄。如此设计才不会挡住圣保罗大教堂，也营造出历史与现代建筑的对话感。

巨型斜撑框架

Leadenhall大厦的巨型框架结构由一系列斜撑组成，采用高强度钢材。

框架结构将大楼四面围住，并纵向分成8大区域，每区7层高，其外部安装具通风功能的幕墙。如此分区也意味着巨型框架的每部分的跨度为28米，必须通过次级稳定结构进行加固。

考虑到大楼整体结构分布，奥雅纳团队在最北侧核心筒设计为人字形支撑，以增加其稳固性，其他部分则为K型支撑。

由于巨型框架结构位于建筑绝缘外围结构之外，温度的变化就成为另一大影响因素。为保证框架结构的牢固，并适当增加结构弹性，在建筑的几个楼层，将楼层梁结构与巨型框架通过滑动桥梁支座相连。巨型框架由此获得侧向位移空间，巧妙地避免了因框架位移而对大楼造成的破坏。

神奇的 “ 交叉 ”

Leadenhall大厦结构设计的重点也是难点就是大楼外部巨型框架的连接节点设计。

巨型框架的每一个连接节点都与6支巨型框架杆件相连，每个连接节点的几何线条都不尽相同。每个节点都同时向至少三个方向传递着最大6000吨的轴向力。

考虑到连接节点的可施工性、成本效益，以及能够表达出巨型框架作为一个整体所表达出的连续性、舒适性的建筑语言，奥雅纳的工程师设计出一个新型连接——“交叉”：将巨型框架直接通过预应力螺栓与节点组件相连，每个“交叉”结构设计尺寸为6x3米，重达30吨，由多块按照特有角度安置的金属板焊接而成以实现巨型框架结构中不同构件间的复杂几何变形。

由此一来就取代了传统固定线型构件交叉位置的螺栓，这为连接螺栓提供了更大的安装空间，并让螺栓承受更小的结构受力。实际上，螺栓本身设计为高强度螺纹刚杆，最粗直径可达76毫米，预应力小于200吨，以保证每个节点不会因为承重而张裂。

通过使用超大型螺栓辅以适当的张力装置，节点就可以实现很好的承重。为了实现更好的力传输，巨型框架翼缘焊接加筋板像盒子一样将螺栓都 “装 ” 进去，预应力则透过这些 “ 螺栓盒 ” 被传输到末端结构组件。

巨型框架上的所有连接都可以通过这种螺栓固定的 “交叉” 结构完成，且不影响外部设计造型。

“ 交叉” 结构的发明和设计经历了工程师们的反复推敲和改良。

起初，工程师将想法手绘出来，并辅以基础的人工计算，成为 “交叉” 结构的雏形。

随后与建造方的专家一起合作，将手绘雏形建模，从实际生产应用角度出发不断对其进行优化。

工程师对交叉结构中的每个节点都单独进行建模分析，并集合建筑师、建材生产方和建造方等的信息，逐一优化改良。

该项目获有“建筑领域奥斯卡”之称的安玻利斯摩天大楼奖（Emporis Skyscraper Awards）2014年度全球十大杰出建筑。