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        輕薄經典 | Superthin系列—南昌·旭輝中心示范區結構設計

        2020/11/10 | 創新技術, 建筑設計, 經典案例, 結構設計, 結構顧問

        前言:南昌旭輝中心,結構專業嘗試挑戰了“輕薄”的極限,這是結構工程師對“建構”的致敬,也是對力學概念的極致表達?!拜p”和“薄”不但是技術的革新,更是結構工程師的浪漫主義,是去多從簡,返璞歸真的“現代主義”。設計師認為,結構本身即建筑最本質的語言,建筑回歸本質等于結構回歸合理化的極簡。旭輝中心的嘗試,結構成為了建筑本身的精神符號,是建筑師和工程師的共同盛宴。

        走進南昌!

        2020年4月10日,旭輝殺出重圍,再次落子南昌!上海都市設計緊跟腳步隨其坐鎮。

        Superthin系列—南昌·旭輝中心示范區結構設計

        地產界風云變幻,幾多角逐。旭輝不落窠臼,攪弄風云,越過贛江,落筆南昌經開區。南昌旭輝中心成為其首發成員,一鳴驚人。

        Superthin系列—南昌·旭輝中心示范區結構設計

        南昌旭輝中心63萬㎡城市綜合體及19萬㎡中央公園,橫跨商業、辦公、文化、住宅、生態五大空間,成為旭輝在江西首個城市綜合體,問鼎經開最大商業區。

        項目基地位于南昌經濟技術開發區荷華路(富櫻路)以東、雙港大道以北、海棠北路以南、筠霽路以西,距離紅谷灘區政府直線距離約5.5公里。11萬方商業綜合體、4萬方文體中心、19.2萬方中央公園及多高層住宅區等形成了龐大的中心“王朝”。

        · 商業主體示意圖 ·

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        · 旭輝廣場示意圖 ·

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        · 經開區文體中心館內效果圖 ·

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        · 住宅立面示意圖 ·

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        而“王朝之眼”所在的項目展示中心,旭輝繼與上海都市在無錫東北塘展示中心、福州奧體展示中心的成功合作以后,再一次將其結構設計部分單獨委托給了上海都市設計。

        Superthin系列—南昌·旭輝中心示范區結構設計

        圓 則 滿

        滿 則 圓

        南昌旭輝中心示范區約2251㎡,為二層公共建筑,主要用于項目的整體展示。

        · 示范區實景圖 ·

        Superthin系列—南昌·旭輝中心示范區結構設計
        Superthin系列—南昌·旭輝中心示范區結構設計

        圓形建筑形體如天外來客直插廣場中央,透明的玻璃體塊在如茵綠草間熠熠生輝。高迪說直線屬于人類,而曲線屬于上帝,旭輝執如椽之筆,畫下了幾道弧線。

        Superthin系列—南昌·旭輝中心示范區結構設計

        建筑位置恰如其分的銜接上下視覺,浮于斜坡上方,明麗透亮,像曲面的巨符畫卷,周圍的人、物、景統統收納其中。

        建筑空間、形體和材料語言重塑著人與建筑的角色關系,而白色玻璃所帶來的通透與豁達賦予建筑沉浸感與生命力。為了達到這一效果,在結構上必須選擇更“細”的支柱,更輕的屋頂能消溺建筑的墜落感,構建點、線、面的合理關系。

        拿到項目時,上海都市設計與建筑方案公司(CPC)進行了溝通,方案建筑師對結構提出了要求:建筑二層為展示空間,結構設計以二層作為重點來設計,希望柱子盡量少、盡量細,屋面盡量薄,以達到通透和未來感的效果。

        · 二層平面布置圖 ·

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        收到需求后,上海都市設計首先對屋面方案進行了分析。

        · 方案效果圖 ·

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        · 建筑實景 ·

        Superthin系列—南昌·旭輝中心示范區結構設計

        屋面為直徑為48米的圓形,為了達到“輕薄”,我們首先摒棄了自重過大的混凝土現澆屋面方案。對于輕屋面而言,雖然可以采用常規的“徑向梁+環向梁”的網格結構方案,但屋面不論是采用鋁板、矮立邊鋁鎂錳板或者是鈦鋅板,都會存在屋面構造厚度過大的問題,而且會造成很多的“縫”或者“肋”。僅“吊頂+屋面保溫防水”的建筑構造厚度將達到300mm左右,外加結構厚度,屋面顯然無法達到“輕薄”的效果。

        上海都市提出了其專利的“板桁架”方案,可以順利地解決屋面輕薄的需求:

        · 采用“板桁架”技術的杭州綠景堂雨棚 ·

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        a、 “板桁架”具有結構、防水二合一的功能,結構完成后無需另做防水層,大大節省了構造厚度;

        b、 板桁架邊緣可以做到10mm的厚度,達到“極薄”;

        c、 板桁架為空間雙向傳力結構,而非鋼梁的單向傳力結構,可以對柱子進行靈活布置。

        建筑師和業主順利的接受了“板桁架”方案。屋面結構體系的問題得到解決后,上海都市設計對立柱進行了多輪優化。

        立柱布置優化

        1、取消軸線3處立柱

        3軸線為立面玻璃幕墻位置,設置鋼柱將嚴重阻礙純粹通透感的獲得。為此,我們拿掉了下圖所示的3軸線處的一圈柱子。拿掉3軸線的柱子后,屋面懸挑達到了14.5m,且幕墻處沒有立柱,將使得幕墻處屋頂的豎向位移必須保持在較小的范圍內,這給屋面結構設計提出了挑戰。

        · 柱布置方案-1 ·

        Superthin系列—南昌·旭輝中心示范區結構設計

        2、取消軸線1處立柱

        軸線3的立柱取消后,最大屋面懸挑長度為14.5m,軸線2的直徑為25m。根據力的平衡法則,軸線1的立柱已經沒有存在的意義(此圈立柱甚至有可能受拉)。因此我們決定取消軸線1處的一圈立柱,整個屋面的重量和側向力均由軸線2的一圈立柱來承擔。這樣整個二層就獲得了非常通透的室內效果,且軸線1處的中庭可以更加的開闊。

        ·柱布置方案-2·

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        ·通高中庭效果·

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        建筑師和內裝設計師顯然是歡迎這個方案的。

        3、 取消沙盤處的立柱

        僅有一圈立柱已經可以獲得良好的空間效果,我們已經完成了結構的擴初設計。然而在設計后期,內裝專業提出,希望取消沙盤附近的立柱,使得參觀動線更加流暢。


        ·柱布置方案-3·

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        取消沙盤附近的立柱后,屋面最大懸挑長度超過16m。而且更為重要的是,沙盤處為屋面懸挑最大處,拿掉其中的一顆立柱將使得相鄰的兩顆立柱承受了遠超其它立柱的豎向荷載。如何使得所有立柱保持相同且較小的直徑,成了項目結構設計的又一個難點。

        我們無“節操”的滿足了內裝設計師的要求,取消了這顆立柱。

        ·最終版立柱布置圖·

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        ·結構立面示意圖·

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        立柱直徑優化

        立柱布置確定以后,如何將立柱直徑做到最小,就成了我們設計的重點。

        建筑師給出的理想尺度為直徑300mm(三圈柱子的情況下)?,F在僅有一圈立柱(層高5.8m)且懸挑16m,400mm~600mm直徑將是結構工程師可以接受的尺度。然而我們給自己施壓,計劃將立柱結構直徑做到更小以滿足建筑師關于通透的要求。對立柱的內力進行分析,可以得知:

        a、軸力:由屋面自重和活荷載產生

        b、彎矩:由側向力和立柱柱頂屋面彎曲變形造成的柱頂彎曲變形產生

        對于屋面軸力而言,主要由其受荷面積決定,沙盤附近的兩顆立柱承受了較大的屋面自重。

        對于側向力而言,由于屋面面內剛度較大,實際所有立柱的柱頂側移幾乎相同,立柱的彎矩由其截面特性確定,如果將沙盤附近立柱直徑加大,將造成其吸收更多的側向力,這顯然不是更好的設計。而且我們也不希望直徑的立柱。

        屋面懸挑16m,其抗彎剛度必然遠大于立柱的抗彎剛度。如果讓立柱 “硬抗”,立柱跟隨屋面的變形,柱頂必然存在較大的彎矩。如何釋放此彎矩,有兩種方案:

        a、 沙盤附近兩顆立柱采用“搖擺柱”的做法。此方案可以釋放立柱柱頂彎矩,但將造成二層側向剛度偏心較為嚴重,且降低了整個結構的抗側剛度。

        b、 沙盤附近兩顆立柱柱頂改為鉸接。相對搖擺柱方案而言,結構抗側剛度有所提高,但仍然不如柱頂剛接方案(可以形成框架)。

        以上兩種方案皆會造成二層抗側剛度降低,需要增加立柱直徑來彌補。上海都市設計創新的解決了柱頂彎矩釋放與抗側剛度兩者不可兼得的問題:利用施工對屋面自重在柱頂處產生的彎矩進行釋放。

        統一立柱直徑需要解決的另一個問題是沙盤附近的兩顆立柱軸力遠超其它立柱。為了統一立柱直徑,我們對這兩顆立柱采用了套芯的做法。

        ·套芯節點·

        Superthin系列—南昌·旭輝中心示范區結構設計

        在鋼柱內部增設實心鋼棒,鋼棒上端與屋頂鉸接不承受彎矩,此套芯承擔了所有屋面自重產生的豎向力,外部圓柱主要承擔約束內部套芯失穩及提高結構的整體抗側剛度的功能。從而此兩顆立柱(非套芯部分)反而承擔了最小的結構豎向力。

        通過對結構技巧多管齊下的應用,最終立柱直徑統一為203mm(如下圖所示),達到了“通透、輕巧”的建筑效果。

        ·結構三維深化模型·

        Superthin系列—南昌·旭輝中心示范區結構設計

        ·建成效果:夜景幾乎看不到厚度·

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        ·建成效果:屋面懸挑16m·

        Superthin系列—南昌·旭輝中心示范區結構設計

        歷經3個多月的緊張施工,示范區于9月12日對外開放。作為旭輝‘’城市公園+綜合體”的巨大“王朝”的一部分,示范區始終發揮著自己的獨特作用,納四面八方,以傲世姿態在剝離和整合的邊緣游離。一邊在有限空間里安放生命,一邊在無限世界里盛放野心,想必這也是旭輝呈現的真心。

        · 施工現場直覽 ·

        Superthin系列—南昌·旭輝中心示范區結構設計
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