前言
近日我們拿到了世包中心塔冠鉆石頂?shù)臒o人機照片，熟稱“鳥瞰圖”（圖 1），以及內(nèi)部鋼結(jié)構(gòu)仰視圖，效果還算不錯。
世包中心是位于杭州CBD的雙子星高層建筑，屋頂鉆石狀造型是其建筑外觀的點睛之筆。
鉆石造型棱角分明，由于其獨特的造型，經(jīng)常與玻璃配合用在采光頂之類的項目中。然而，對于“鉆石狀”建筑，由于其相鄰面不是傳統(tǒng)意義上的正交，其結(jié)構(gòu)骨架也不是常規(guī)的橫平豎直（圖 2），有一定的特殊性。有很多“鉆石狀”建筑由于結(jié)構(gòu)的“氣質(zhì)”沒有跟上來，其建筑的“八星八箭”氣質(zhì)也大打折扣。有圖為證： 圖 3~圖 6。
圖 3~圖 4效果尚可且為大師作品，此文暫且不表。對于圖 5、圖 6這樣的外露結(jié)構(gòu)，我想建筑師看到后應(yīng)該會仰天長嘆一聲，老子花了如此心血，老天卻如此待我！那么建筑師為什么會允許這樣的結(jié)構(gòu)出現(xiàn)呢？難道建筑師沒有追求嗎？問題的癥結(jié)在于，在施工前建筑師往往并不知道鋼結(jié)構(gòu)建成后的模樣（因為光看結(jié)構(gòu)圖紙是很難看出來效果的）。這樣就造成了建筑師一頓操作猛如虎，結(jié)構(gòu)背后罵你二百五，建成后雙方都叫苦。
此難題怎么破？這就要求做“可視鋼結(jié)構(gòu)”的結(jié)構(gòu)工程師，雖然不負責美，但必須得懂點兒美，并持續(xù)傾聽建筑師需要什么樣的美。
本文簡單介紹世包中心塔冠鉆石頂?shù)慕Y(jié)構(gòu)設(shè)計思路。
圖 1 世包中心大廈外觀
圖 2 鉆石頂鋼結(jié)構(gòu)
圖 3 沈陽文化藝術(shù)中心
圖 4 廣州歌劇院內(nèi)部（圖片來自網(wǎng)絡(luò)）
圖 5 裙房鉆石頂?shù)墓?jié)點
圖 6 某項目鋼結(jié)構(gòu)
結(jié)構(gòu)設(shè)計
1. 截面選型
由于各建筑表面之間并非正交，結(jié)構(gòu)設(shè)計首先面臨構(gòu)件截面的選擇問題。常規(guī)構(gòu)件截面一般有三種方案：
圓管截面
優(yōu)點是沒有方位的問題，設(shè)計簡單，缺點是截面抗彎能力較差，經(jīng)濟性不好。另外其“氣質(zhì)”與“鉆石狀”存在一定的不和諧。圖 3的沈陽文化藝術(shù)中心采用了圓管結(jié)構(gòu)，顯然沒有“八星八箭”的氣質(zhì)。
矩形截面
截面經(jīng)濟性和力學(xué)性能俱佳，但節(jié)點處不便施工，且構(gòu)件與玻璃無法貼合。圖 5顯示了本項目裙房鉆石頂?shù)匿摻Y(jié)構(gòu)（非我們設(shè)計）。節(jié)點氣質(zhì)顯然還差點味兒。
H型截面
優(yōu)點是截面抗彎效率高，缺點是弱軸剛度太差，而且外露式結(jié)構(gòu)容易積灰，這里不做討論。
如上所述，這三種常規(guī)截面似乎還達不到“八星八箭”的氣質(zhì)。那么怎么才能拿捏住鉆石體的“氣質(zhì)”呢？
這時“八星八劍”不斷魔幻般的縈繞在你的腦海，你知道，得創(chuàng)新了。
常規(guī)的矩形管截面兩個非正交面相接，出現(xiàn)的效果如圖 7所示。很顯然，矩形管頂面與玻璃的連接將會不那么“棱角分明”，也缺了點凌厲的氣勢。本項目我們拋棄了常規(guī)做法，根據(jù)鉆石狀外觀對截面進行了定制化設(shè)計，截面形狀與鉆石體的切割相呼應(yīng)。
圖 8給出了定制化截面的原則：截面兩條邊與建筑兩個面的上表面平齊，另外兩條邊則與上表面垂直，從而形成了與鉆石體渾然一體的氣質(zhì)。（實際上述主梁的斷面，又何嘗不像一塊鉆石的立面圖？）【當小編打出“不像”的時候，拼音輸入法給出了“不想”，輸入法能不泄露心聲么？】
圖 7 矩形管節(jié)點斷面示意
圖 8 異形管節(jié)點斷面示意
圖 9 女人都愛的鉆石立面圖
采用這樣的截面后，每個面上的次梁與鉆石體脊線鋼梁相連將變得自然流暢，三維模型如圖 10、圖 11。即使是三個面或者四個面相交，節(jié)點處仍然是渾然天成，絕不拖泥帶水（圖 12）。
圖 10 兩面相交節(jié)點（頂面）
圖 11 兩面相交節(jié)點（底面）
圖 12 三面相交節(jié)點
2. 結(jié)構(gòu)體系
既然氣質(zhì)這一塊不能掉鏈子，那么構(gòu)件的截面過大肯定也會為氣質(zhì)減分。然而百米高空，錢江沿岸，狂風暴雨時常侵襲之。
圖 13顯示了整個結(jié)構(gòu)模型。為了減小截面，我們將支座設(shè)置在能夠抵抗水平推力的混凝土樓面處，并利用鉆石形狀形成的空間“折線拱”調(diào)整內(nèi)力的傳遞，大幅降低構(gòu)件峰值彎矩，將截面優(yōu)化到合理的視覺效果。
圖 13 結(jié)構(gòu)整體力學(xué)特征
3. 節(jié)點分析
根據(jù)結(jié)構(gòu)“折線拱”的力學(xué)特征和構(gòu)件節(jié)點附近的應(yīng)力水平，我們可以判斷出圖 12所示的直接焊接節(jié)點承載能力沒有問題。然而，審圖老師是不會照顧我們的發(fā)際線的，“你這個節(jié)點我沒見過，補個有限元報告吧！”好吧，反正發(fā)際線成了工程師資深程度的衡量準則，熬夜來一個分析吧。分析結(jié)果自然是沒有問題（圖 14），只是工程師資深程度的標志，又上升了一點。
圖 14 節(jié)點有限元模型及mises應(yīng)力分布
結(jié)語
當建筑師把一個建筑的外觀搞成鉆石狀，就意味著建筑師希望此建筑能像鉆石一樣璀璨奪目。買大鉆戒送老婆心疼的工程師們，不妨指著自己設(shè)計的鉆石體建筑對老婆說“這是我送你的禮物！”（天空響起了巴掌的聲音……）