前海世茂大廈，以其獨(dú)特的45度雙螺旋造型，成為了前海的新地標(biāo)。這座建筑不僅年初榮獲了世界高層建筑與都市人居學(xué)會(huì)（CTBUH）頒發(fā)的“最佳超高層建筑卓越獎(jiǎng)”，日前更是再次問(wèn)鼎香港工程師學(xué)會(huì)“卓越結(jié)構(gòu)大獎(jiǎng)”。
奧雅納為項(xiàng)目提供結(jié)構(gòu)和機(jī)電工程服務(wù)，確保在呈現(xiàn)矚目造型的同時(shí)，保持了結(jié)構(gòu)的韌性和穩(wěn)定性。
前海世茂大廈位于前海深港現(xiàn)代服務(wù)業(yè)合作區(qū)，高度近300米，主要為辦公空間，另有四層零售裙房和三層地下車庫(kù)。這座建筑巧妙地融合了現(xiàn)代科技和建筑設(shè)計(jì)，展現(xiàn)了中國(guó)建筑的創(chuàng)新和實(shí)力。
Gensler建筑事務(wù)所為大廈設(shè)計(jì)了別具一格的螺旋形幾何造型。從平面來(lái)看，大廈由兩個(gè)三角形組成一個(gè)正方形，兩個(gè)造型體塊分別代表深、港兩座城市，在上升的同時(shí)扭轉(zhuǎn)45度，呈現(xiàn)出扭轉(zhuǎn)相擁的造型，寓意著兩座城市共同發(fā)展。
創(chuàng)新結(jié)構(gòu)方案，加強(qiáng)抗震能力
為了呈現(xiàn)大廈的獨(dú)特造型，奧雅納的結(jié)構(gòu)工程師設(shè)計(jì)了一套創(chuàng)新的結(jié)構(gòu)體系，既能實(shí)現(xiàn)其旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)，亦配合空間用途。
在概念設(shè)計(jì)階段，我們提出了多種外圍框架結(jié)構(gòu)方案。經(jīng)過(guò)詳細(xì)討論和研究，最終采用了旋轉(zhuǎn)框架—核心筒結(jié)構(gòu)體系，以有效承受垂直載荷，并抵抗風(fēng)力和地震影響。
▲旋轉(zhuǎn)框架—核心筒結(jié)構(gòu)體系
核心筒采用C60高強(qiáng)度混凝土，底部樓層墻體內(nèi)嵌I型鋼柱，以加強(qiáng)塔樓的抗震能力。外圍框架結(jié)構(gòu)在每個(gè)樓層都有16根鋼管混凝土柱，并以鋼梁連接，傳遞大廈的重量至地基。斜柱相對(duì)于邊緣梁在兩個(gè)方向上傾斜，給每個(gè)樓層創(chuàng)造更多空間。
前海世茂大廈沒(méi)有采用超高層建筑中常見(jiàn)的伸臂桁架或腰桁架結(jié)構(gòu)系統(tǒng)，平均鋼材消耗量低于同類項(xiàng)目。
風(fēng)工程研究，優(yōu)化塔樓造型
深圳位于受臺(tái)風(fēng)影響強(qiáng)烈的地區(qū)，風(fēng)荷載是影響工程經(jīng)濟(jì)性的關(guān)鍵因素。奧雅納針對(duì)大廈的特殊造型進(jìn)行了風(fēng)工程研究，利用研究數(shù)據(jù)，分析塔樓幾何造型對(duì)降低風(fēng)荷載的作用，以減少抵抗風(fēng)荷載所需的結(jié)構(gòu)體量，為項(xiàng)目節(jié)省成本。
奧雅納的風(fēng)工程研究主要采用了兩種方法：一是計(jì)算流體力學(xué)（CFD）分析，利用數(shù)值風(fēng)洞技術(shù)在程序中反映出建筑體型以初步估算風(fēng)荷載；二是風(fēng)洞測(cè)試，考慮周邊建筑環(huán)境對(duì)塔樓風(fēng)荷載的影響。
▲風(fēng)工程研究
模組化研究，克服施工難題
由于大廈旋轉(zhuǎn)上升，每層核心筒以外的外框結(jié)構(gòu)位置皆有所改變，給施工帶來(lái)挑戰(zhàn)。結(jié)構(gòu)師通過(guò)對(duì)相同接近樓層進(jìn)行模組化研究，以每9層設(shè)置一個(gè)模組，將變化由66種減少至7種，簡(jiǎn)化施工，從而加快了施工速度。
參數(shù)化設(shè)計(jì)，化繁為簡(jiǎn)
大廈的旋轉(zhuǎn)造型使每層樓板平面和柱體傾斜角度各不相同。在早期研究不同扭轉(zhuǎn)角度時(shí)，如采用傳統(tǒng)方式進(jìn)行結(jié)構(gòu)建模將非常耗時(shí)。因此，我們使用了公司內(nèi)部研發(fā)的自動(dòng)化參數(shù)建模工具，從3D建筑模型中取得參數(shù)化數(shù)據(jù)來(lái)建立結(jié)構(gòu)模型，大幅縮短了建立結(jié)構(gòu)模型所需的時(shí)間。
▲使用自動(dòng)化參數(shù)建模工具來(lái)建立結(jié)構(gòu)模型
前海世茂大廈，作為國(guó)內(nèi)最高的旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)建筑，展現(xiàn)了建筑設(shè)計(jì)的創(chuàng)新和實(shí)力。它的建成，不僅代表了中國(guó)的建筑技術(shù)的進(jìn)步，也象征著中國(guó)在國(guó)際建筑領(lǐng)域的影響力。
文章資料來(lái)源：Arup奧雅納
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