南昌旭輝中心項(xiàng)目(圖1所示)是旭輝集團(tuán)在江西南昌經(jīng)開(kāi)區(qū)的一個(gè)綜合體項(xiàng)目，其展示中心面積約2251㎡，為兩層的展示建筑。泰大創(chuàng)新為大家分享立柱數(shù)量?jī)?yōu)化的過(guò)程。
圖1 南昌旭輝中心項(xiàng)目
在南昌旭輝中心項(xiàng)目的設(shè)計(jì)中，屋面方案成為建筑師關(guān)注的焦點(diǎn)。屋面為48米直徑的圓形，建筑師希望能在確保結(jié)構(gòu)安全的前提下做到極薄的效果。若采用常規(guī)“徑向梁+環(huán)向梁”的網(wǎng)格結(jié)構(gòu)方案，則屋面不論是采用鋁板、矮立邊鋁鎂錳板或者是鈦鋅板，都會(huì)存在屋面構(gòu)造厚度過(guò)大的問(wèn)題，僅“吊頂+屋面保溫防水”的建筑構(gòu)造厚度就達(dá)到約400mm，且板與板之間會(huì)形成較多的“縫”或者“肋”，嚴(yán)重影響美觀。為優(yōu)化屋面結(jié)構(gòu)，旭輝集團(tuán)將上部鋼結(jié)構(gòu)單獨(dú)委托泰大創(chuàng)新(都市設(shè)計(jì)鋼結(jié)構(gòu)所)進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。，結(jié)構(gòu)工程師決定使用板桁架(圖2所示)作為旭輝中心項(xiàng)目的屋面結(jié)構(gòu)。
板桁架是泰大創(chuàng)新專(zhuān)門(mén)針對(duì)于大跨度屋面研發(fā)的創(chuàng)新結(jié)構(gòu)體系。通過(guò)在兩塊平行鋼板中間焊接W型腹板，板桁架形成了整體雙向傳力結(jié)構(gòu)系統(tǒng)，使得結(jié)構(gòu)的受力性能良好。板桁架的圍護(hù)鋼板參與受力，進(jìn)一步增強(qiáng)了結(jié)構(gòu)的承載性能。同時(shí)，板桁架也能做到極薄的視覺(jué)效果。通過(guò)機(jī)加工等多種技術(shù)，板桁架保證了面層的平整美觀，無(wú)需另做鋁板裝飾，從而節(jié)省了雙面200mm左右的裝飾層厚度。相較于傳統(tǒng)鋼結(jié)構(gòu)+上下鋁板包覆的屋面設(shè)計(jì)方案，板桁架結(jié)構(gòu)顯然更具有明顯的技術(shù)優(yōu)勢(shì)。
基于板桁架的上述優(yōu)勢(shì)，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)對(duì)建筑結(jié)構(gòu)的立柱也進(jìn)行了一系列創(chuàng)新性的優(yōu)化方案。經(jīng)過(guò)四輪優(yōu)化，立柱結(jié)構(gòu)得以不斷完善，實(shí)現(xiàn)了空間的最大化利用與美學(xué)效果的完美結(jié)合，分別如圖3~圖6所示。
首先，在第一輪優(yōu)化中，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)師取消了玻璃幕墻處的外圈立柱，最大屋面懸挑長(zhǎng)度達(dá)到了14.5m，這一舉措使得室內(nèi)主要空間往外觀看時(shí)沒(méi)有任何結(jié)構(gòu)遮擋，空間更加通透，營(yíng)造出開(kāi)闊明亮的氛圍，如圖7所示。
第二輪優(yōu)化中，基于板桁架強(qiáng)大的整體面外剛度，外圈柱子去除后，內(nèi)圈立柱作為與外圈立柱平衡的立柱，也沒(méi)有了存在的意義。因此，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)師們?nèi)コ藘?nèi)圈立柱，使整個(gè)屋面的重量和側(cè)向力均由一圈立柱來(lái)獨(dú)立承擔(dān)，為結(jié)構(gòu)內(nèi)部的活動(dòng)空間增添了更多的靈活性與開(kāi)放性，使得整個(gè)建筑更具現(xiàn)代感與實(shí)用性，如圖8所示。
在進(jìn)行兩輪優(yōu)化之后，內(nèi)裝設(shè)計(jì)師提出了新的要求，希望沙盤(pán)周?chē)臻g不要有立柱影響參觀流線(xiàn)。因此結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)又針對(duì)性地抽掉了影響沙盤(pán)周?chē)囊桓⒅箍臻g動(dòng)線(xiàn)更加順暢。取消沙盤(pán)附近的立柱后，屋面最大懸挑長(zhǎng)度超過(guò)16.5m。而且更為重要的是，沙盤(pán)處為屋面懸挑最大處，拿掉這根立柱后，相鄰的兩顆立柱承受了遠(yuǎn)超其它立柱的豎向荷載，這一點(diǎn)結(jié)構(gòu)工程師通過(guò)局部加強(qiáng)等特別處理解決了所有立柱尺寸統(tǒng)一的問(wèn)題。同時(shí)需要保證屋面懸挑超過(guò)16m時(shí)屋面的豎向變形不會(huì)壓壞玻璃也是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的難點(diǎn)。還好板桁架結(jié)構(gòu)的強(qiáng)大豎向剛度使得屋面只有很小的豎向變形發(fā)生。
最終一輪優(yōu)化中，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)師對(duì)地震力和風(fēng)荷載進(jìn)行了計(jì)算，并采用了一些方法減少立柱的彎矩，最終將原先直徑為400毫米的立柱優(yōu)化為直徑為200毫米，減少了結(jié)構(gòu)對(duì)空間的干擾，提升了建筑的整體美感與精致度，如圖10所示。
超薄的板桁架屋面結(jié)構(gòu)結(jié)合極少的纖細(xì)立柱，不僅使得南昌旭輝中心項(xiàng)目更加美觀，同時(shí)也為項(xiàng)目的功能性與實(shí)用性帶來(lái)了全新的提升。由于展示區(qū)的緊張工期，最終項(xiàng)目在3個(gè)月內(nèi)完美呈現(xiàn)。能夠協(xié)助建筑師實(shí)現(xiàn)良好的建筑效果，作為結(jié)構(gòu)工程師我們也感覺(jué)到了結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)價(jià)值的存在。