【精品案例】9方盒组成“舞动的魔方”:高153.6m坊塔结构设计
高管
高管 Lv.7
2016年08月24日 13:41:18
只看楼主

【项目进度】2015年4月26日,作为佛山新地标的方式文化中心“坊塔项目“正式封顶。小小的吐槽一下坊塔造型实在太怪异了!以至于工地还是个坑的时候我就没想过这设计图是真的。可是随着施工的进行,底座貌似和效果图是吻合的! 施工现场图 效果图 1 工程概况坊塔项目(图1)坐落在佛山新城世纪莲体育中心旁,为佛山市公共文化综合体项目中的标志性建筑,该建筑地上17层,地下2层,总建筑面积为2.59万m2,塔楼建筑高度为153.6m。

【项目进度】2015年4月26日,作为佛山新地标的方式文化中心“坊塔项目“正式封顶。小小的吐槽一下坊塔造型实在太怪异了!以至于工地还是个坑的时候我就没想过这设计图是真的。可是随着施工的进行,底座貌似和效果图是吻合的!

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施工现场图

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效果图



1 工程概况
坊塔项目(图1)坐落在佛山新城世纪莲体育中心旁,为佛山市公共文化综合体项目中的标志性建筑,该建筑地上17层,地下2层,总建筑面积为2.59万m2,塔楼建筑高度为153.6m。



图1 建筑效果图
设计构思
佛山公共文化综合体坊塔,如同中国积木堆积而成的建筑。这样的建筑到底是如何立起来的呢?结合坊塔项目独特的建筑体型,设计师综合考虑幕墙工程要求,经过讨论,提出采用外围斜交网格框架。

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坊塔建筑利用方体叠堆成塔的概念,实现“以方造塔”。因坊塔建筑造型特异,空间灵动,致使其工程结构设计异常困难。佛山坊塔建筑难度不亚于小蛮腰

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结合佛山公共文化综合体坊塔项目独特的建筑体型,综合考虑幕墙工程要求,经过方案比选,提出采用外围斜交网格框架-核心筒的结构体系,以满足超限高层抗震抗风设计和其他专业的设计要求。

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针对项目特点,对结构重点关注的问题,包括弹性分析、节点分析、罕遇地震弹塑性分析、风振分析及施工模拟等方面进行了深入细致的计算分析,确保结构安全合理。本项目已通过超限高层抗震设防专项审查,现已进入施工阶段。
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结构设计分析

33.6m以下由4个较大方体组成,其中西侧两个方体平面尺寸为28.8m×28.8m,主要建筑功能为展厅和餐厅。东侧两个方体平面尺寸为48m×48m和28.8m×28.8m,主要建筑功能为剧院和多功能厅。在33.6m标高以上各方体平面尺寸与其高度一致,各楼层主要功能为空调机房、会议室、观光平台等。结构立面图如图2所示,33.6m标高以下和以上典型楼层结构平面布置见图3,4。


图2 结构立面图/m

图3 33.6m标高以下典型楼层结构平面图


图4 33.6m标高以上典型楼层结构平面图

各个方体交界处平面关系示意如图5所示。方体外框由斜柱和为实现建筑造型所需要的肌理两部分组成,如图6所示。

图5方体交界处平面示意图



图6 外框构成示意

坊塔与两侧的城市规划建设展馆以及后台部分和行政办公部分(之间以250mm宽防震缝从±0.000m以上分开,形成各自独立的抗震单元(图7)。

图7防震缝示意

坊塔项目采用钢斜交外围网格-核心筒的结构体系,该体系近年来在国内外项目中屡有采用,如广州西塔、东京Kokun Tower及北京CCTV总部等。与上述项目不同,坊塔的斜交网格上下并不连续,设计时对其传力途径、受力特点及抗侧抗扭刚度进行重点研究,并提出相应的解决方案。


2 外立面结构布置

根据建筑的立面效果要求,分别考虑了四种不同的外框立面结构布置方案:1)方案一把外框斜交网格和肌理全部作为结构构件;2)方案二把除肌理以外的外框斜交网格均作为结构构件,肌理按幕墙构件设计;3)方案三在方案二的基础上,把作为主体结构设计的外框斜交网格的间距加大一倍,除把肌理作为幕墙构件设计以外,还把部分外框斜交网格也按幕墙构件设计;4)方案四在方案三的基础上,进一步减少了作为主体结构构件设计的外框斜交网格,仅把主对角线的斜杆作为主体结构构件设计,其余杆件均按幕墙构件设计。如图8所示,其中粗实线为结构构件,细虚线为幕墙构件。

通过对各方案的综合分析比较,采用方案二作为立面结构布置最终实施方案。


图8 外框立面结构布置
3 结构体系研究过程
从建筑外形看,坊塔由上部5个方盒搭建在下部4个方盒上而成,每个方盒按建筑要求的一定模数大小不等、相互错开,中部相互间重叠区域沿高度方向贯通,形成落地的核心筒,坊塔33.6m以上除方体顶部及底部存在楼层外,仅在33.6,67.2,91.2,115.2,134.4m存在少量楼层。

在结构体系选择过程中,考虑了混凝土核心筒+大悬挑结构系统(图9)和核心筒+斜交钢外围框架结构体系(图10)。经分析比较,最终确定采用钢核心筒+斜交钢外围框架结构体系。

图9 模型、核心筒示意




图10 核心筒示意

对于核心筒+斜交钢外围框架结构体系,对于外围结构引入的程度也作了相应研究,模型1为斜交钢外围框架全部引入结构体系,模型2为外围延伸至67.2m,如图11所示,其中顶部方盒(134.4~153.6m)并非主体结构,未算进层间位移角。

图11 斜交钢外围框架不同高度模型示意

从图12可以看出,对于模型1,整体分析指标满足框架-核心筒规范1/800的要求。而对模型2,上部核心筒位移角超出规范1/800及1/1 000(剪力墙结构)的限值。

考虑到建筑对斜交钢外围框架尺寸上有严格的要求,而上部24m高幕墙支撑构件尺寸将与结构构件尺寸接近。综合考虑体系的完整性、结构安全、多道防线概念需要及幕墙需要,斜交钢外围框架全部引入与核心筒一起组成结构抗侧体系。

图12 风荷载作用下外围结构层间位移角

4 超限抗震性能化设计要求
坊塔性能目标选用B级,性能目标与结构在指定地震地面运动下的结构抗震性能水准对应见表1。


抗震性能目标 表1

5 整体弹性分析结果
5.1 周期

用特征向量法计算结构动力特性,前3阶周期如表2所示,两种软件的分析结果比较吻合。


5.2 水平荷载作用
水平荷载作用下,结构底部(-4.8m处)剪力、倾覆力矩如表3所示。

5.3 结构层间位移角
在水平和竖向力作用下,结构顶点的最大位移如表4所示,结构层间位移角见表5。


6 结构优化设计方面的考虑
结构优化设计方面主要考虑了:1)区分受力关键杆件和普通构件;2)屈曲后强度利用;3)按新抗规放松对多、高层钢结构位移角要求的精神,在施工图阶段全面考察结构受力特点和性能要求,优化构件尺寸;4)在施工图阶段结合建筑、机电专业的要求,对核心筒内钢支撑进行屈曲支撑的研究和优化布置,节省核心筒材料用量。


【施工现场进度日记.图片篇】
2013年7月25日上午,佛山市文化中心之坊塔项目钢结构第一榀钢柱顺利吊装

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晓晓布丁
2016年08月24日 14:04:29
2楼
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huanyu_830615
2016年08月24日 14:30:25
3楼
学习啦,谢谢楼主
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猫猫
2016年08月25日 09:05:57
4楼
俩字,牛逼
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zhangph_2001
2016年08月25日 10:18:17
5楼
看着很炫嘛
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机遇
2016年08月25日 10:20:36
6楼
好信息,好资料,顶一个
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zhangph_2001
2016年08月25日 10:21:36
7楼
谢谢楼主分享
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kinbow
2016年08月25日 10:38:50
8楼
真是个性十足
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kinbow
2016年08月25日 10:38:52
9楼
真是个性十足
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pkvwu
2016年08月25日 10:56:04
10楼
这个东西太牛逼了
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yaoyiwen2004
2016年08月25日 11:29:29
11楼
这个东西太牛逼了
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