全球第八高!天津周大福中心建筑结构解析

天津飙升的新地标

全球第八高!天津周大福中心建筑结构解析

中国天津的天际线上又增添了一个新的地标:天津周大福金融中心。这座摩天大楼的最后一根钢梁已安装到位 –在今年晚些时候落成对外开放之时,它将成为世界上第八高的建筑,高度为530米。对于这个港口城市及其不断发展的城市区域而言,这将成为一个里程碑,人们乘坐高铁仅需半小时即可到达北京。

塔楼的外轮廓引人注目,由一系列曲线界定,这些曲线汇聚为一个透空网格的冠顶。玻璃幕墙遮盖了摩天大楼的蜿蜒造型,蓝天映照在幕墙上创建了令人难忘生机勃勃的景象。

SOM负责本项目的设计合伙人Brian Lee先生说到:“为天际线增添又一道亮丽的风景线无疑是我们要实现的目标之一。”新塔楼将标志着位于城市历史核心区西侧的整个天津经济技术开发区(TEDA)的发展。

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但天津周大福金融中心所实现的远远不止是视觉上带来的震撼感。SOM的设计最先且最注重的即是建筑的功能与性能。Brian Lee先生谈到:“高层建筑是在时间、金钱以及自然资源方面的重要投资。我们认为成功建筑的衡量标准应该是通过建筑是否能良好运行来评判”。“事实证明,从建筑功能到结构性能,我们所提供的设计能够高效地解决项目设计任务书中提出的所有要求。”

竖向布局

首先考虑的是塔楼的综合功能:办公、公寓和酒店。每一个功能都需要不同尺寸的楼面面积,因此设计团队将这些功能进行竖向布置,结合结构和垂直交通所需的空间,减少较高建筑标高处的面积–形成了塔楼的收分造型,底部的办公楼层面积高达3800平方米,公寓和酒店楼层在靠近顶部处后退至面积达1800平方米。

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与此同时,设计团队不断深化建筑体量,SOM建筑师和工程师的多专业团队协同合作考虑哪种结构系统最适合96层塔楼。设计团队并没有重新利用现有的结构设计,而是尽可能找到适合本项目的设计方法,以应对本项目所面临的挑战。

SOM的建筑师和工程师评估了一系列可能的结构系统与建筑的收分造型相呼应。他们最终创造了一种混合设计:一种带有倾斜边柱系统的阶梯式筒中筒结构。这种设计可以同时解决从风力到抗震安全等的许多结构性挑战。

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风工程

如何抵抗风力是任何超高层塔楼的主要考量因素之一。风速达每小时100英里的强劲风,可使高而细长的建筑产生摇摆。而且,塔楼所承受的风会产生集中涡流,导致结构振动 – 这种现象称为涡旋脱落。

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找到适合塔楼的建筑造型可以大大减少建筑所承受的风力。团队研究了多种收分体量,然后,使用风洞对设计进行早期测试,以研究模拟大气条件的影响。

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Brian Lee先生表示“我们发现凸凹曲面变化的形状有助于控制风力,这令人非常惊喜”。

风洞测试有助于团队进一步深化设计:圆角、扇形建筑表面和收分造型的塔冠。在塔楼顶部,多孔设计大大降低了风加速度。

更强、更快、更经济

除了风力,设计团队还必须考虑另一个重大风险:地震。 如果在高风险地震带中建造的话,任何结构–特别是超高层塔楼的设计必须成能承受风和地震荷载。

许多这种尺寸的塔楼使用外伸桁架辅助支撑系统,以防止地震或大风造成的潜在影响。但是这些系统会增加建筑成本和施工时间。 SOM能够设计出一种替代解决方案 – 一系列大型斜立柱,与塔楼核心筒部分共同工作,使整个结构系统能更加有效抵抗侧向力。

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事实上,斜柱设计证明在施工建造方面不仅比传统的外伸桁架系统更快,而且还大大减少了所需的建筑材料。与同一项目之前的另一个建筑师设计的传统方案相比,SOM的最终设计方案节省了19,000吨钢材,10,500立方米混凝土,3,900吨钢筋,不仅节省了建筑成本,而且还降低对建筑物周围环境的影响。

在(玻璃)盒子之外思考

Bill Baker先生是SOM结构工程专业的合伙人,他说, “一个结构工程师应该设计一个令建筑师不好意思遮盖起来的结构。”这句格言巧妙地总结了天津项目的最后挑战之一:设计一个能够表达塔楼创新结构的立面,而不会削弱其弯曲的几何形体所体现的力量和优雅。由于塔楼的非常规形状,典型的玻璃幕墙是远远不够的。

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SOM再一次找到了能够最大程度降低造价,同时提高大楼性能的解决办法。该团队开发了一个交错的平面玻璃面板系统,窗框系统跟随建筑的凸、凹表面。 “这非常具有创新性 – 绝对不是你所说的标准幕墙,”在该项目中担任SOM技术设计师的Thomas Kinzl先生如是说。

这非乎寻常的设计为项目带来了一系列的优势。275毫米宽的竖框形成了较低的窗墙比,降低了供暖和制冷成本,同时提供了广阔的视线范围和最大程度的日光,从而节省能源需求。然而,能够容易引起大多数访客注意到的是整体视觉效果。“交错的玻璃面板和新月形的铝合金竖框营造出美丽的质感,捕捉日光。它赋予了塔楼令人兴奋的品质,非常引人注目,”李先生说。

团队合作

高层建筑的高风险通常会使客户更偏爱传统设计。真正创新的塔楼很罕见。但最简单的解决方案并不总是最好的一个。

Brian Lee 先生说,在天津, SOM找到了愿意承担风险的客户。同样重要的是,SOM的项目团队是一个多专业团体,能够将新的想法 – 从结构到外观 – 整合到一个整体设计中。他说:“如果没有建筑师和工程师,甚至室内设计师之间的密切合作,就无法完成这座建筑”。

“我们推动了我们认为正确的想法,尽管这些在之前没有做过。最终,我们的客户能够以更低的成本得到性能更好的建筑,并对城市产生更大的影响,”李先生说。

最终业主获得的不仅仅是天际线中的一座标志建筑,也是一个可持续发展的渐进方法。它标志着正在崛起的天津市的光明前景。

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