轻薄经典 | Superthin系列—南昌·旭辉中心示范区结构设计

    2020/11/10 | 创新技术, 官方博客, 建筑设计, 最新资讯, 案例展示, 经典案例, 结构优化, 结构设计, 结构顾问

    前言:南昌旭辉中心,结构专业尝试挑战了“轻薄”的极限,这是结构工程师对“建构”的致敬,也是对力学概念的极致表达。“轻”和“薄”不但是技术的革新,更是结构工程师的浪漫主义,是去多从简,返璞归真的“现代主义”。设计师认为,结构本身即建筑最本质的语言,建筑回归本质等于结构回归合理化的极简。旭辉中心的尝试,结构成为了建筑本身的精神符号,是建筑师和工程师的共同盛宴。

    走进南昌!

    2020年4月10日,旭辉杀出重围,再次落子南昌!上海都市设计紧跟脚步随其坐镇。

    Superthin系列—南昌·旭辉中心示范区结构设计

    地产界风云变幻,几多角逐。旭辉不落窠臼,搅弄风云,越过赣江,落笔南昌经开区。南昌旭辉中心成为其首发成员,一鸣惊人。

    Superthin系列—南昌·旭辉中心示范区结构设计

    南昌旭辉中心63万㎡城市综合体及19万㎡中央公园,横跨商业、办公、文化、住宅、生态五大空间,成为旭辉在江西首个城市综合体,问鼎经开最大商业区。

    项目基地位于南昌经济技术开发区荷华路(富樱路)以东、双港大道以北、海棠北路以南、筠霁路以西,距离红谷滩区政府直线距离约5.5公里。11万方商业综合体、4万方文体中心、19.2万方中央公园及多高层住宅区等形成了庞大的中心“王朝”。

    · 商业主体示意图 ·

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    · 旭辉广场示意图 ·

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    · 经开区文体中心馆内效果图 ·

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    · 住宅立面示意图 ·

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    而“王朝之眼”所在的项目展示中心,旭辉继与上海都市在无锡东北塘展示中心、福州奥体展示中心的成功合作以后,再一次将其结构设计部分单独委托给了上海都市设计。

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    圆 则 满

    满 则 圆

    南昌旭辉中心示范区约2251㎡,为二层公共建筑,主要用于项目的整体展示。

    · 示范区实景图 ·

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    圆形建筑形体如天外来客直插广场中央,透明的玻璃体块在如茵绿草间熠熠生辉。高迪说直线属于人类,而曲线属于上帝,旭辉执如椽之笔,画下了几道弧线。

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    建筑位置恰如其分的衔接上下视觉,浮于斜坡上方,明丽透亮,像曲面的巨符画卷,周围的人、物、景统统收纳其中。

    建筑空间、形体和材料语言重塑着人与建筑的角色关系,而白色玻璃所带来的通透与豁达赋予建筑沉浸感与生命力。为了达到这一效果,在结构上必须选择更“细”的支柱,更轻的屋顶能消溺建筑的坠落感,构建点、线、面的合理关系。

    拿到项目时,上海都市设计与建筑方案公司(CPC)进行了沟通,方案建筑师对结构提出了要求:建筑二层为展示空间,结构设计以二层作为重点来设计,希望柱子尽量少、尽量细,屋面尽量薄,以达到通透和未来感的效果。

    · 二层平面布置图 ·

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    收到需求后,上海都市设计首先对屋面方案进行了分析。

    · 方案效果图 ·

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    · 建筑实景 ·

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    屋面为直径为48米的圆形,为了达到“轻薄”,我们首先摒弃了自重过大的混凝土现浇屋面方案。对于轻屋面而言,虽然可以采用常规的“径向梁+环向梁”的网格结构方案,但屋面不论是采用铝板、矮立边铝镁锰板或者是钛锌板,都会存在屋面构造厚度过大的问题,而且会造成很多的“缝”或者“肋”。仅“吊顶+屋面保温防水”的建筑构造厚度将达到300mm左右,外加结构厚度,屋面显然无法达到“轻薄”的效果。

    上海都市提出了其专利的“板桁架”方案,可以顺利地解决屋面轻薄的需求:

    · 采用“板桁架”技术的杭州绿景堂雨棚 ·

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    a、 “板桁架”具有结构、防水二合一的功能,结构完成后无需另做防水层,大大节省了构造厚度;

    b、 板桁架边缘可以做到10mm的厚度,达到“极薄”;

    c、 板桁架为空间双向传力结构,而非钢梁的单向传力结构,可以对柱子进行灵活布置。

    建筑师和业主顺利的接受了“板桁架”方案。屋面结构体系的问题得到解决后,上海都市设计对立柱进行了多轮优化。

    立柱布置优化

    1、取消轴线3处立柱

    3轴线为立面玻璃幕墙位置,设置钢柱将严重阻碍纯粹通透感的获得。为此,我们拿掉了下图所示的3轴线处的一圈柱子。拿掉3轴线的柱子后,屋面悬挑达到了14.5m,且幕墙处没有立柱,将使得幕墙处屋顶的竖向位移必须保持在较小的范围内,这给屋面结构设计提出了挑战。

    · 柱布置方案-1 ·

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    2、取消轴线1处立柱

    轴线3的立柱取消后,最大屋面悬挑长度为14.5m,轴线2的直径为25m。根据力的平衡法则,轴线1的立柱已经没有存在的意义(此圈立柱甚至有可能受拉)。因此我们决定取消轴线1处的一圈立柱,整个屋面的重量和侧向力均由轴线2的一圈立柱来承担。这样整个二层就获得了非常通透的室内效果,且轴线1处的中庭可以更加的开阔。

    ·柱布置方案-2·

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    ·通高中庭效果·

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    建筑师和内装设计师显然是欢迎这个方案的。

    3、 取消沙盘处的立柱

    仅有一圈立柱已经可以获得良好的空间效果,我们已经完成了结构的扩初设计。然而在设计后期,内装专业提出,希望取消沙盘附近的立柱,使得参观动线更加流畅。


    ·柱布置方案-3·

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    取消沙盘附近的立柱后,屋面最大悬挑长度超过16m。而且更为重要的是,沙盘处为屋面悬挑最大处,拿掉其中的一颗立柱将使得相邻的两颗立柱承受了远超其它立柱的竖向荷载。如何使得所有立柱保持相同且较小的直径,成了项目结构设计的又一个难点。

    我们无“节操”的满足了内装设计师的要求,取消了这颗立柱。

    ·最终版立柱布置图·

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    ·结构立面示意图·

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    立柱直径优化

    立柱布置确定以后,如何将立柱直径做到最小,就成了我们设计的重点。

    建筑师给出的理想尺度为直径300mm(三圈柱子的情况下)。现在仅有一圈立柱(层高5.8m)且悬挑16m,400mm~600mm直径将是结构工程师可以接受的尺度。然而我们给自己施压,计划将立柱结构直径做到更小以满足建筑师关于通透的要求。对立柱的内力进行分析,可以得知:

    a、轴力:由屋面自重和活荷载产生

    b、弯矩:由侧向力和立柱柱顶屋面弯曲变形造成的柱顶弯曲变形产生

    对于屋面轴力而言,主要由其受荷面积决定,沙盘附近的两颗立柱承受了较大的屋面自重。

    对于侧向力而言,由于屋面面内刚度较大,实际所有立柱的柱顶侧移几乎相同,立柱的弯矩由其截面特性确定,如果将沙盘附近立柱直径加大,将造成其吸收更多的侧向力,这显然不是更好的设计。而且我们也不希望直径的立柱。

    屋面悬挑16m,其抗弯刚度必然远大于立柱的抗弯刚度。如果让立柱 “硬抗”,立柱跟随屋面的变形,柱顶必然存在较大的弯矩。如何释放此弯矩,有两种方案:

    a、 沙盘附近两颗立柱采用“摇摆柱”的做法。此方案可以释放立柱柱顶弯矩,但将造成二层侧向刚度偏心较为严重,且降低了整个结构的抗侧刚度。

    b、 沙盘附近两颗立柱柱顶改为铰接。相对摇摆柱方案而言,结构抗侧刚度有所提高,但仍然不如柱顶刚接方案(可以形成框架)。

    以上两种方案皆会造成二层抗侧刚度降低,需要增加立柱直径来弥补。上海都市设计创新的解决了柱顶弯矩释放与抗侧刚度两者不可兼得的问题:利用施工对屋面自重在柱顶处产生的弯矩进行释放。

    统一立柱直径需要解决的另一个问题是沙盘附近的两颗立柱轴力远超其它立柱。为了统一立柱直径,我们对这两颗立柱采用了套芯的做法。

    ·套芯节点·

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    在钢柱内部增设实心钢棒,钢棒上端与屋顶铰接不承受弯矩,此套芯承担了所有屋面自重产生的竖向力,外部圆柱主要承担约束内部套芯失稳及提高结构的整体抗侧刚度的功能。从而此两颗立柱(非套芯部分)反而承担了最小的结构竖向力。

    通过对结构技巧多管齐下的应用,最终立柱直径统一为203mm(如下图所示),达到了“通透、轻巧”的建筑效果。

    ·结构三维深化模型·

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    ·建成效果:夜景几乎看不到厚度·

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    ·建成效果:屋面悬挑16m·

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    历经3个多月的紧张施工,示范区于9月12日对外开放。作为旭辉‘’城市公园+综合体”的巨大“王朝”的一部分,示范区始终发挥着自己的独特作用,纳四面八方,以傲世姿态在剥离和整合的边缘游离。一边在有限空间里安放生命,一边在无限世界里盛放野心,想必这也是旭辉呈现的真心。

    · 施工现场直览 ·

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