[分享]给你一次漫步空中的机会——漫谈空中连廊

发表于2018-11-19    1954人浏览    0人跟帖    总热度:46  

给你一次漫步空中的机会——漫谈空中连廊

前段时间在iStructure的讨论群中,有位建筑师抛出了一个连廊的问题,他希望在空中能够将两栋高层建筑联系起来,咨询一下连廊的形式,在群里引发了很多讨论。大家提了诸多想法,有桁架、空腹桁架、拱支承、利用拉索等。这一期小i就谈一谈空中连廊。
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马来西亚石油双子塔
(应该是最著名的空中连廊了)
空中连廊,小i这里姑且定义为联系两栋建筑的廊道。连廊直接在两栋或若干栋建筑的高处相连,这无疑加强了建筑之间的联系。同时,连廊还可以给人们带去宽阔的视野。人们在超高层的连廊中,可以体会到漫步云端的感觉。
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真正的漫步云端,现在普通人也有这样的机会
因此,空中连廊受到很多业主和建筑师的青睐。而结构工程师当然是要解决如何实现的问题。

连廊的结构问题
空中连廊关键的问题在于如何与主体结构相连。由于连廊与相连的塔楼相互影响,特别是在地震、风的作用下,变形和受力均比较复杂。因此,选择强连接(牢固地捆绑)还是弱连接(滑动释放),成为连廊的首要问题。
弱连接是指滑动连接或设置粘滞阻尼及限位系统的弹性连接,其连体一端或两端与主结构可产生相对位移,因此对主结构的影响较小,主要通过支座传递自重和竖向地震力。弱连接的典型代表为马来西亚石油双子塔、北京当代MOMA。
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北京当代MOMA
强连接是指连体两端均与主结构固定连接的方式,其连体与主结构不允许相对移动。强连接的典型代表为中央电视台新楼,连接体为悬挑转折刚接。由于连体与主结构相互制约、协调,共同作用,不论是连体自身还是整个结构,强连接受力复杂。
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央视新址
下面小i就为大家介绍几个典型案例。

马来西亚石油双子塔
(Petronas Twin Towers/1998)
石油双子塔是两栋位于马来西亚吉隆坡市中心的摩天大楼,双塔楼高452米,地上共88层,由马来西亚国家石油公司出资建造。建成时为世界最高的摩天大楼,直到2003年被台北101超越,但仍是目前世界最高的双栋大楼。
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双子塔最显著的特征是它们拥有一个世界最高的空中连廊。连廊距离地面170米,在第41和42层连接着两栋塔楼。
连廊一开始并没有出现在建筑方案中。但随着项目的发展,建筑师发现,通过控制连廊的防火和烟雾,在火灾中它可以作为一个塔楼的出口,这使得每个塔楼减少了两部消防楼梯(连廊以下)。同时连廊联系着两栋塔楼的两个空中大堂,使人们更容易穿行于两栋塔楼之间。
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连廊内景
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连廊外观
连廊长58.4米,宽度不到10m。显然,这样尺度无法支持连廊与塔楼在170m的高空“捆绑在一起”。所以,结构工程师采用的是典型弱连接方式。
连廊本身采用的是空腹桁架体系,两端搁置,与塔楼滑动连接。其中部由四根从29层支起的钢管支撑。
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对于这个体系,有两个疑问: 一是为什么是两端搁置,而不是一端固定、一端搁置。二是对于这个跨度,两层高的桁架应该是可以跨越的,为什么要费劲撑四个这么高的斜撑。
对于第一个问题,小i觉得:是因为连廊位于很高的位置,两栋塔楼在风和地震下的相对变形很大,如果一端固定,那么需要在搁置端预留很大的空隙。且一端固定容易使连廊发生扭转。
而如果两端搁置,连廊与塔楼的相对关系就很不稳定,且容易与塔楼发生碰撞。这个问题该如何解决,这个就跟支撑有关了。
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支撑底部球铰细部
为了解决连廊与塔楼相对关系不稳定的问题,结构工程师设置了四根支撑,且底部设置球铰。
这样无论两栋塔楼如何相对变形,支撑的顶部总是位于两栋塔楼中点。而支撑顶部与连廊中部连接,就使连廊中部总是位于塔楼的中点。这就是支撑的作用,主要不是为了传递竖向力,而是为了传递水平力。
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支撑顶部节点
这样,对于连廊两端搁置的滑动距离,只需要考虑两栋塔楼一半的相对变形即可;同时,连廊与塔楼的相对关系稳定,避免了连廊与塔楼的碰撞。
总结下来就是,结构工程师通过一个“三铰拱”,支撑连廊中心,适应所有运动,同时保持连廊与两塔的距离相等。设计思路可谓非常巧妙。
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小i根据自己理解画的受力草图
连廊的建造也很有特色,整个连廊重750t。它中间部分在地面组装后整体提升,就位后再与下部支撑杆件相连。
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连廊的吊装

当代MOMA(2008)
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当代MOMA地处东二环,是一住宅区,Steven Holl Architects设计的建筑方案。地上有9个最高21层的塔楼和其他建筑组成,塔楼主要为住宅。
塔楼在上部由8个连廊联系在一起,连廊内包括各种休闲、健身等设施。其中2号塔楼和3号塔楼之间的连廊还包括一个25mx15m的标准水深游泳池。
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连廊与主体塔楼之间均采用摩擦摆支座进行弱连接。根据分析,连廊的设置不仅没有对主体结构产生不利的影响。而且因设置支座后增大了整体的阻尼,对结构抗震是有利的。
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建筑师对于连廊的结构构件处理也很巧妙,主要体现在结构构件在连廊内部收进,保证立面玻璃划分的简洁性。同时,桁架斜拉索作为连廊内部不同功能区域的柔性分隔,也是恰到好处。

北京丽泽 SOHO (2017)
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丽泽 SOHO 坐落北京丽泽金融商务区,是融合办公及商业功能的综合体,由扎哈·哈迪德建筑事务所设计。
建筑所处的场地亦是地铁14号线和16号线的换乘站,一条地铁隧道将地块沿对角线分割成两部分;丽泽 SOHO 的设计以此为基础,整座塔楼从中一分为二,分别坐落在地铁隧道的两边。
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丽泽SOHO的建筑高度为199.99m,地下4层,地上45层。主要的建筑功能位于两个反对称的单塔建筑内,中间为一挑空近200m的中庭。
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塔楼的旋转造型导致结构在自重作用下即产生较大的水平扭转变形,如何减小水平扭转给结构带来的不利影响,成为要解决的关键问题。
结构工程师给出的方案是用连廊把两个塔楼紧紧地捆绑在一起。
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多种连廊的方案被提了出来。结构工程师通过对比计算,并与建筑师沟通,最终采用了方案1 。在进一步的结构设计中,优化了连廊的位置和数量。结合建筑功能,在第13、24、35层设备层设置了腰桁架,与三座连廊桁架形成完整的环形。顶部45层设置环桁架,也与顶部连廊桁架形成完整的环形。
两个单塔用4道腰桁架和连廊桁架“箍”在了一起,形成整体性和抗震性能较好的结构。
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丽泽SOHO施工时的照片
很多建筑师都希望结构杆件是纤细优美的,但看着丽泽SOHO,结构构件粗壮有力也体现了一种独特的张力。

其他连廊案例
东京国际会议中心(2017)
在玻璃大厅与会议楼之间有4座连廊相通。连廊采用钢结构桁架形式,两两与会议楼构成三角形的稳定形状。连廊钢结构将玻璃大厅的斜向通道与会议楼(混凝土框架)连成整体,在地震和风荷载作用时提供侧向刚度。
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仰视连廊与幕墙水平桁架的连接

Sky Habitat(新加坡/2015)
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西安君悦酒店
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安徽医科大学第一附属医院
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两栋塔楼各自悬挑一半桁架,连廊在中间分缝。这样的设计在连廊中并不多见。


小结
连体结构越来越多,深受业主和建筑师喜爱。一般情况从结构角度来说,如果连接体相对于主体结构刚度差很多(比如连廊),更多地适合柔性连接。如本文所介绍的马来西亚石油双子塔、北京MOMA。
丽泽SOHO虽然是连廊的尺度,但是通过粗壮的杆件与双塔刚性连接。结构上不一定合理,但是建筑整体合理。
如果连接体是多个楼层且平面较大,大多数适合于刚性连接,比如央视新大楼,腾讯滨海总部等。

小i工程经验有限,以上内容是根据公开资料整理的。如有错误,欢迎大家留言指正。
 

参考资料
1)https://www.thorntontomasetti.com/
2) http://www.architectureweek.com/2003/0219/building_1-2.html
3)https://www.engineering.com/Blogs/tabid/3207/ArticleID/72/categoryId/6/Petronas-Twin-Towers.aspx
4)《丽泽SOHO双塔复杂连体超限高层结构体系研究》 肖从真 等,建筑结构学报
5)《北京当代MOMA隔震连体结构的整体分析》 徐自国 等,土木工程学报
6)www.archdaily.com
7) 《腾讯新总部——腾讯滨海大厦结构体系介绍》 建筑结构微信公众号
8)本文图片均来源于网络,版权属于原作者或网站


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