[分享]上海中心大厦的结构学解读

发表于2020-05-22     651人浏览     2人跟帖     总热度:604  

上海中心大厦的结构学解读_1

上海中心大厦作为上海陆家嘴地区的一个标志性建筑,体现了建筑师独特的设计理念和大胆的设计创新,同时,结构工程师结合结构概念以及高性能的分析与设计手段,积极地与建筑师配合,从业主、建筑师的角度出发,有效地利用建筑师给予的条件,不断寻求解决建筑与结构矛盾的方法,让结构创新之美与建筑之美和谐统一,以达到结构设计的理想境界。

全文刊载于《建筑实践》2018年11期(创刊号) P57-59

从结构角度看上海中心大厦的建筑设计
Study on Construction Design of Shanghai Tower from Structural Perspective

丁洁民  王世玉  吴宏磊
DING Jiemin, WANG Shiyu, WU Honglei


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建筑造型中的结构思考

来源于“螺旋式发展”的一般逻辑概念,上海中心大厦采用旋转上升的建筑造型,和金茂大厦、环球金融中心形成了“过去、现在、未来”的时空联系。

上海属于沿海城市,50 年基本风压达到0.55kN/㎡,且上海中心大厦的建筑高度达到632m,风荷载对超高层建筑结构设计的影响显著。

基于上海中心大厦螺旋上升的建筑设计理念,同时为使结构受力经济合理,采用了结构风工程学中的气动优化技术,确定了上海中心大厦的空气动力造型。

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塔楼外表皮旋转120°,竖向收进至55%

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高雷诺数实验(1:85)

建筑外立面的基本几何图形为倒圆角的三角形,三角形沿竖向自下而上旋转角度120°并收进至底部尺寸55% 的比例,达到建筑美学与结构工程学的最佳结合点。

此不规则、不对称的空气动力外形可破坏塔楼沿建筑高度上漩涡脱落的相关性,从而有效地降低结构约24% 的横风向荷载,大大降低塔楼的造价。

为实现上海中心大厦螺旋上升的建筑立面造型,设计师首次创造性地采用了内、外幕墙分离的双层幕墙设计理念。

双层独立幕墙就像是大楼的两层皮肤,两层皮肤间的空间,通过通风设备的调节,可以在大厦内部和外部之间充当良好的缓冲带,发挥节能作用。

双层幕墙之间的空间借助设备层形成“空中大堂”,可以就“近”为空中大堂所连接的12~15 层的人们提供餐厅、银行、商店等基本的配套服务。既丰富了超高层内部的工作和生活体验,又提高了建筑的运营效率,降低了能耗。分离的双层幕墙和空中庭院是整个项目的核心创意和最大的设计亮点。

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上海中心大厦双层幕墙与空中庭院

悬挂式玻璃幕墙

上海中心大厦作为上海市的地标性建筑,其建筑观赏性要求极高。建筑外立面通透性要好,要求外幕墙系统要做到轻巧、断面小、视觉阻碍小,导致上海中心大厦外幕墙支撑系统不能参与主体结构受力。

通过系统的比选研究,创新地采用了由“吊杆-环梁-径向支撑”组成的“分区段悬挂的柔性幕墙支撑结构系统”。

该系统最大的特点是幕墙荷载向主体结构的传递路径在竖向和水平向分离,每个悬挂幕墙区段的竖向荷载采用分段传递的方式,通过高强度钢吊杆向上传递至设备层的径向悬挑桁架,而外幕墙的水平荷载采用逐层传递的方式,通过水平径向支撑系统逐层传递至楼面。

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结构加强层BIM放样
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复杂钢结构BIM放样

数字化设计技术运用

数字化技术可以在计算机中模拟工程建筑整个生命周期的全过程,包括设计、预算、采购、加工、运输、施工、维护等环节。

作为上海的标志性建筑,上海中心大厦的建设目标之一是打造“节能、绿色、环保”的超高层建筑,而数字化技术的应用则是保证上海中心大厦完美建筑形态最终正确实现的有效手段。借助统一的数字化三维模型,建筑设计与结构设计得到有效协调。

上海中心大厦的钢结构工程复杂,用钢量达到10万t,通过借助数字化技术,精确定位复杂钢结构的空间位置,提升钢构件深化加工的精度,确保施工安装顺利进行,形成了数字化技术全阶段的控制,有效地压缩了钢结构加工制作与安装工程的周期;同时,钢结构构件损耗不超过2t,经济效益显著。

上海中心大厦外幕墙系统形体扭曲,板块类型多样,通过采用数字化技术,幕墙加工图绘制效率提高200%,对全楼2万块幕墙单元进行数字化联动的生产和加工,大大降低整个项目外幕墙生产及加工难度,2万余块幕墙板块无一返工,有效地提高了整个项目的经济性和可建造性,确保了幕墙施工的顺利进行。

借助数字化三维展示技术,实现了全场仅需16个工人即可开展的快速安装。

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上海中心大厦外幕墙施工

本文图片由作者提供
作者单位 / 同济大学建筑设计研究院( 集团) 有限公司
编辑 / ethan

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 发表于2020-05-22   |  只看该作者      

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