【建筑圈的结构事】探秘杭州新地标：杭州来福士到底有多神奇？

杭州来福士是凯德集团开发的全球第六座来福士，占地面积逾4万平方米，项目的设计灵感来自于雄伟的钱塘潮——两座超高层流线式塔楼和基座裙房的优美曲线展现出层层相迭的自然形态，似涛起浪奔，钱塘潮涌。塔楼的扭转和外倾也恰似对城市肌理的凝望，置身其中，趋近融合。

雕刻曼妙扭转 

扭转的塔楼、曲线玲珑的裙房、甚至裙房内部的中庭空间都自下而上旋转扩大，整个建筑极富雕塑感。如何平衡建筑形态与结构效率就成了来福士中心结构设计的关键。

结构工程团队遇到的第一个问题就是如何安排塔楼的柱子。一般大楼采用直柱，从下而上在同一位置——这样的传力最直接，设计和施工也最方便。

但是，如果杭州来福士的塔楼也采用这种方式，由于每层楼面的形状都在变化，位置不变的柱子就会出现在楼面的中间，而且与楼面边界的距离在每层都不同，这会极大影响办公空间、酒店客房和住宅开间布置的有效性和灵活性。

解决方案是采用斜柱，始终布置在楼层边缘，随塔楼一起旋转。这样，内部的布置就可以基本不受柱子的影响。

那么问题又来了——斜柱要怎么斜？

如果所有的柱子都向着一个方向“团团转”，就会让塔楼受到一个额外的扭矩，这无论在重力、风力抑或是地震作用下都会对塔楼造成不利影响。经过与建筑师的共同研究，我们最后采用的方案是：一半柱顺时针斜，另一半则逆时针斜，这样产生的附加扭矩正好可以抵消。

由于柱子是随着塔楼的双向曲面一起旋转的，其与楼面梁的连接角度也在不断变化，这就影响柱子“方”、“圆”之间的选择。

经过多方案比较，目前采用的圆钢管混凝土柱是最适合的形式——无论如何扭转都能保持圆的形状，而且使柱与不同角度对接的楼面梁的连接方式统一化，便于构件的加工和施工，同时内部的混凝土受到外围钢管的约束，承载力大大提高。

牛腿式节点有多牛 

杭州来福士的结构体系采用的是“钢筋混凝土的核心筒 + 钢管混凝土柱 + 外框架型钢混凝土梁 + 楼面钢筋混凝土梁 + 钢筋混凝土楼板”。

这一方案在实现建筑形态的同时保证了抗震性能，又尽量采用较便宜的混凝土材料，大大减少了型钢用量，有效地控制了建设成本。

钢管混凝土柱与型钢混凝土梁以及钢筋混凝土梁的连接节点的设计方面也做了创新。

传统的节点是在钢管外面设置环形的加劲板，同时梁里的钢筋通过和连接板焊接与钢管相接。 

这一做法在此就行不通了：

第一，杭州来福士的柱子是贴着幕墙边布置的，外置的环形加劲板会影响幕墙；

其次，梁中的钢筋数目较大，需要两排布置，导致在连接板的两面焊接，施工十分困难，几近不可能。

为此，我们采用了“牛腿式”节点的创新设计。

首先，我们把外置式的加劲板改为内置式，避免了对建筑立面的影响。

同时，在与柱相连接的梁端，将型钢混凝土梁里的H型钢局部放大，与连接板结合成一个“钢牛腿”，这个放大的“钢牛腿”能承担梁端的全部弯矩 ，这样就不需要将梁中的全部钢筋与钢管连接。“钢牛腿”延伸到梁受力较小、只要一排钢筋的位置，同时充当了与梁中这排钢筋连接的平台。

这个节点形式既保证了建筑效果，也大大简化了施工。为了验证节点的性能，特别安排了1:2 比例的实体模型试验。试验结果验证了我们的设计完全可以满足安全要求。

结构+机电一体设计 

杭州来福士可谓一体设计的佳作——扭转塔楼的结构方案就是综合了建筑、结构、机电多个因素之后的优化方案。

裙房中央通道的设计是最好的例证。这个中央通道是个约18米宽的无柱空间。对于钢筋混凝土梁来说，这是大跨度梁，需要较大的结构高度。

同时，这个中央通道也是机电管线的重要通路，需要较大的机电空间。如果结构与机电专业各行其是，机电和结构空间简单叠加，势必影响商场的净高。

结构和机电工程师采用了结构机电的一体设计：机电管线避让跨中结构受力较大的区段，布置在通道的两侧；

结构在靠近两段的区域采用减腋型式，让出空间布置机电管线，实现了“结构＋机电”总高度的控制，而不是“结构高度”＋“机电高度”的简单叠加，满足了净高要求。

绿色地标

和许多位于市中心的建筑一样，杭州来福士面临着诸多环境问题——空气污染、热岛效应等等。

可持续建筑团队为其量身定制了针对高密度地区建筑的可持续策略，不仅提升了建筑能源效益，还增加了绿色公共空间，改善周边环境，为绿色建筑设计树立了新的标杆。

杭州来福士的高性能幕墙十分引人瞩目，在建筑表达、太阳得热控制、自然采光表现和能源效率之间达到巧妙平衡，背后充满设计师和工程师的巧思匠意。

建筑扭转的造型，对建筑低层带来了一定的风场影响。我们通过模拟进行了分析和复核，既有足够的风到达首层行人区域，同时又保证满足舒适性要求。

整个设计极大地利用了自然通风的效果，结合自然通风与空调系统的最佳方面，尽可能提高能源效益与热舒适度。

项目获得LEED金级认证，生态与可持续性表现卓越——对比美国ASHRAE标准基准建筑，能源费用节约16% ，自来水使用量减少了39% ，100% 的非饮用水源可用于灌溉，场地绿化覆盖率超过20%。