混凝土结构设计 楼主 发帖

【结构学院】以结构之名,描绘立面

wu7788_45926楼主
1楼2018-06-0415:46



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自由立面是柯布西耶提出的现代建筑五原则之一,立面是建筑表现的一个重要方面。而结构构件,往往是隐藏在建筑立面之后的。当然也有一些特例,直接以结构作为一种表现方式,结构与建筑立面相结合、统一。




TOD’S表参道店 TOD’S Omotesando


建筑设计: Toyo Ito &Associates


结构设计:Oak Structure Design






位于东京表参道的TOD’S店以其独特的立面,吸引着无数游客的目光。建筑整体平面呈L形,临街的一面比较窄,显得更加挺拔。





建筑立面上满布着斜交的清水混凝土构件,像“树”一样有机地向上伸展。沿着建筑L形周边展开,呈现出一排榉树的造型,与街边的树木互应。





结构上,斜交的“树枝”由300mm厚的清水混凝土建造。如何定义“树枝”构件的类型呢?它既是柱,也是斜撑,又像是开了洞口的墙。作为最主要的结构受力构件,承受着竖向荷载,以及强烈的地震作用。





▲ “树枝”与镶嵌玻璃


平整、光滑的清水混凝土墙面


“树枝”之间镶嵌着双层无框玻璃幕墙。灰白色的混凝土与淡青色的玻璃相间,整个建筑显得特别清爽。


“树枝”构件自下而上,截面收小,像真实的树叉一样越来越细密。这种变化规律同样符合结构轴力和倾覆弯矩的趋势(上小下大)。





▲ 结构有限元分析模型:壳单元模拟墙柱


上图为结构有限元分析模型,以壳单元模拟墙柱。我们看到,在L形建筑的一角,有一个钢筋混凝土芯筒与“树枝”柱共同作用;而另一边则完全由“树枝”柱支承,楼板跨度达10~15m,实现了建筑内部的无柱大空间。






为了避免地震时玻璃被混凝土构件挤压破碎,建筑采用了基础隔震设计,尽量减小上部结构的位移角变形。



▲ 抗震结构与隔震结构对比示意



▲ 首层入口处的隔震盖板



▲ “树枝”形混凝土构件的施工:钢筋与模板



▲ 上部楼层室内效果




▲ 平整、光滑的清水混凝土墙面




MIKIMOTO 银座2店 MIKIMOTO Ginza 2




建筑设计:Toyo Ito &Associates


结构设计:佐佐木睦朗、大成建设






MIKIMOTO 2店位于游客如织的东京银座商区,建筑高48m。白色的长方形盒子,表面上有机地分布着形状各异的孔洞,新颖的立面引人注目。




实际上,四个立面开孔的墙体,正是整个建筑仅有的竖向结构体系,内部14x17m的空间没有一根柱子。





▲ 结构组成:4片开孔墙板与梁板


墙体厚度仅200mm,由内外两片钢板(6 ~12mm厚)和起拉结作用的栓钉组成。在钢板之间浇灌混凝土形成一体化的结构。





▲ 墙体构造剖面




设计时,仅考虑用钢板来承受建筑的竖向力和地震水平力,保证结构延性。而混凝土的作用是防止钢板屈曲,以充分发挥钢材的强度。此外,在火灾情况下,建筑竖向荷载由混凝土承受。因此,钢板可以不做防火涂装。





▲ 平整、光滑的墙面


由于墙体面积巨大,现场分块焊接是避免不的。整体墙板共分330个单元,每个分块单元大小约2.4米宽、4.5~5.0米高(层高),运送到现场再焊接,完成后打磨,几乎看不到焊缝。




▲ 首层的橱窗和入口







▲ 室内开孔墙板的效果




Parada 青山店 Parada Aoyama


建筑设计:Herzog & deMeuron


结构设计:竹中工务店




Parada青山店,2003年


Parada青山店,是瑞士建筑师 Herzog在日本的第一个设计作品。建筑共六层,表面以规则的菱形网格覆盖,其结构、幕墙和空间是一体化设计的。无论整体还是细部,都呈现出水晶般的外观。





▲如水晶般奢华的幕墙


当结构工程师接触设计时,业主和建筑师已基本确定了菱形网格方案,甚至格子的间距、角度也是确定的。


留给结构师的难题是 “构件完成后截面尺寸不大于250x300mm”,再减去防火涂料的厚度,构件截面需在150x250mm以内。



▲菱形钢结构网格


办法永远比困难多。结构师将所有构件设计为统一的150x250mm,基本采用H形截面,局部用了箱形截面。再根据网格受力大小,调整钢板的厚度分为7种,最厚钢板达60mm。



▲ 局部建筑模型


由于菱形格子比较扁平,在竖向荷载作用下容易压缩变形。对比了如下几种解决方案:


a.不采取措施的菱形网格在重力下压缩约50cm;


b.在建筑四角加柱能够有效减小压缩变形,被建筑师否决;


c.利用每个楼层的水平梁拉结,梁内轴力较大,但影响局部楼层挑空,被建筑师否决;


d.拉结三道水平梁,梁内轴力巨大。



最终选用了方案d。但是,即使有三道水平梁拉结,结构顶层的压缩量仍有30mm。施工放样时,将每层格子提高约3mm,以保证在完成后的建筑形态。





结构体系:网格外壳,水平拉梁、芯筒、基础隔震


整体结构的抗侧力体系,由中间的芯筒和网格外壳组成,建筑室内不设立柱。建筑局部设1层地下室,并在地下室以下做了基础隔震设计,以进一步减少上部结构的地震响应。




▲ 包裹防火涂料后的菱形网格




限于篇幅,有些案例无法详细展开,仅罗列如下供大家参考。




▼ IBM 大厦,1963年,结构设计LERA


第一座外露网格结构的办公楼





▼ O-14 Dubai, 2010, 结构Ysrael A.Seinuk


混凝土结构,圆形开孔表皮结构




局部配筋详图和表皮展形图




▼  One Shelley Street, 2012, 结构设计Arup





落地的支撑构件






▼  北京保利国际广场,2016


建筑结构方案设计:SOM






参考资料:


1. Diagrid Structures-Birkhäuser,Terri MeyerBoake.


2.《东京结构设计地图》,综合资格学院.


3.本文图片均来源于网络,版权属于原作者或网站







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  • zwm_21 3楼



    谢谢楼主的分享

    2018-6-5 10:16
  • qq_1521544352884 4楼



    谢谢楼主的分享

    2018-6-5 10:28
  • co1508464725985 5楼



    谢谢楼主,学习了

    2018-6-6 08:39
  • co1421982222781 6楼



    好图,学习了。

    2018-6-6 09:51
  • yds2003 11楼



    谢谢楼主的分享..........

    2018-6-7 08:54
  • chengcheng0317 12楼



    膜拜 ~ 开眼界!

    2018-6-7 09:20
  • h59928575 13楼



    谢谢分享!!!

    2018-6-8 15:26
  • zimujianting 14楼



    大师啊,,,

    2018-6-11 08:53
  • olo911 16楼



    有点意思,可以考虑

    2018-6-12 18:18

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