建筑结构分区

【结构学院】以结构之名,描绘立面

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转载于 iStructure 公众号 自由立面是柯布西耶提出的现代建筑五原则之一,立面是建筑表现的一个重要方面。而结构构件,往往是隐藏在建筑立面之后的。当然也有一些特例,直接以结构作为一种表现方式,结构与建筑立面相结合、统一。 TOD’S表参道店 TOD’S Omotesando 建筑设计: Toyo Ito &Associates 结构设计:Oak Structure Design

转载于 iStructure 公众号


自由立面是柯布西耶提出的现代建筑五原则之一,立面是建筑表现的一个重要方面。而结构构件,往往是隐藏在建筑立面之后的。当然也有一些特例,直接以结构作为一种表现方式,结构与建筑立面相结合、统一。


TOD’S表参道店 TOD’S Omotesando

建筑设计: Toyo Ito &Associates

结构设计:Oak Structure Design

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位于东京表参道的TOD’S店以其独特的立面,吸引着无数游客的目光。建筑整体平面呈L形,临街的一面比较窄,显得更加挺拔。


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建筑立面上满布着斜交的清水混凝土构件,像“树”一样有机地向上伸展。沿着建筑L形周边展开,呈现出一排榉树的造型,与街边的树木互应。

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结构上,斜交的“树枝”由300mm厚的清水混凝土建造。如何定义“树枝”构件的类型呢?它既是柱,也是斜撑,又像是开了洞口的墙。作为最主要的结构受力构件,承受着竖向荷载,以及强烈的地震作用。


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▲ “树枝”与镶嵌玻璃

平整、光滑的清水混凝土墙面

“树枝”之间镶嵌着双层无框玻璃幕墙。灰白色的混凝土与淡青色的玻璃相间,整个建筑显得特别清爽。

“树枝”构件自下而上,截面收小,像真实的树叉一样越来越细密。这种变化规律同样符合结构轴力和倾覆弯矩的趋势(上小下大)。


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▲ 结构有限元分析模型:壳单元模拟墙柱

上图为结构有限元分析模型,以壳单元模拟墙柱。我们看到,在L形建筑的一角,有一个钢筋混凝土芯筒与“树枝”柱共同作用;而另一边则完全由“树枝”柱支承,楼板跨度达10~15m,实现了建筑内部的无柱大空间。



为了避免地震时玻璃被混凝土构件挤压破碎,建筑采用了基础隔震设计,尽量减小上部结构的位移角变形。

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▲ 抗震结构与隔震结构对比示意

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▲ 首层入口处的隔震盖板

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▲ “树枝”形混凝土构件的施工:钢筋与模板

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▲ 上部楼层室内效果

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▲ 平整、光滑的清水混凝土墙面


MIKIMOTO 银座2店 MIKIMOTO Ginza 2


建筑设计:Toyo Ito &Associates

结构设计:佐佐木睦朗、大成建设

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MIKIMOTO 2店位于游客如织的东京银座商区,建筑高48m。白色的长方形盒子,表面上有机地分布着形状各异的孔洞,新颖的立面引人注目。


实际上,四个立面开孔的墙体,正是整个建筑仅有的竖向结构体系,内部14x17m的空间没有一根柱子。


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▲ 结构组成:4片开孔墙板与梁板

墙体厚度仅200mm,由内外两片钢板(6 ~12mm厚)和起拉结作用的栓钉组成。在钢板之间浇灌混凝土形成一体化的结构。


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▲ 墙体构造剖面


设计时,仅考虑用钢板来承受建筑的竖向力和地震水平力,保证结构延性。而混凝土的作用是防止钢板屈曲,以充分发挥钢材的强度。此外,在火灾情况下,建筑竖向荷载由混凝土承受。因此,钢板可以不做防火涂装。


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▲ 平整、光滑的墙面

由于墙体面积巨大,现场分块焊接是避免不的。整体墙板共分330个单元,每个分块单元大小约2.4米宽、4.5~5.0米高(层高),运送到现场再焊接,完成后打磨,几乎看不到焊缝。

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▲ 首层的橱窗和入口



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▲ 室内开孔墙板的效果


Parada 青山店 Parada Aoyama

建筑设计:Herzog & deMeuron

结构设计:竹中工务店

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Parada青山店,2003年

Parada青山店,是瑞士建筑师 Herzog在日本的第一个设计作品。建筑共六层,表面以规则的菱形网格覆盖,其结构、幕墙和空间是一体化设计的。无论整体还是细部,都呈现出水晶般的外观。

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▲如水晶般奢华的幕墙

当结构工程师接触设计时,业主和建筑师已基本确定了菱形网格方案,甚至格子的间距、角度也是确定的。

留给结构师的难题是 “构件完成后截面尺寸不大于250x300mm”,再减去防火涂料的厚度,构件截面需在150x250mm以内。

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▲菱形钢结构网格

办法永远比困难多。结构师将所有构件设计为统一的150x250mm,基本采用H形截面,局部用了箱形截面。再根据网格受力大小,调整钢板的厚度分为7种,最厚钢板达60mm。

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▲ 局部建筑模型

由于菱形格子比较扁平,在竖向荷载作用下容易压缩变形。对比了如下几种解决方案:

a.不采取措施的菱形网格在重力下压缩约50cm;

b.在建筑四角加柱能够有效减小压缩变形,被建筑师否决;

c.利用每个楼层的水平梁拉结,梁内轴力较大,但影响局部楼层挑空,被建筑师否决;

d.拉结三道水平梁,梁内轴力巨大。

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最终选用了方案d。但是,即使有三道水平梁拉结,结构顶层的压缩量仍有30mm。施工放样时,将每层格子提高约3mm,以保证在完成后的建筑形态。

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结构体系:网格外壳,水平拉梁、芯筒、基础隔震

整体结构的抗侧力体系,由中间的芯筒和网格外壳组成,建筑室内不设立柱。建筑局部设1层地下室,并在地下室以下做了基础隔震设计,以进一步减少上部结构的地震响应。

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▲ 包裹防火涂料后的菱形网格


限于篇幅,有些案例无法详细展开,仅罗列如下供大家参考。


▼ IBM 大厦,1963年,结构设计LERA

第一座外露网格结构的办公楼

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▼ O-14 Dubai, 2010, 结构Ysrael A.Seinuk

混凝土结构,圆形开孔表皮结构

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局部配筋详图和表皮展形图


▼  One Shelley Street, 2012, 结构设计Arup

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落地的支撑构件



▼  北京保利国际广场,2016

建筑结构方案设计:SOM

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参考资料:

1. Diagrid Structures-Birkhäuser,Terri MeyerBoake.

2.《东京结构设计地图》,综合资格学院.

3.本文图片均来源于网络,版权属于原作者或网站


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