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宿臾
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2021-07-26 09:05:43 | 分类:默认分类 | 标签:

 引  言 · 

结构表现力是钢结构的突出优势之一,建筑师应该具有“结构构思”的理念,即建筑师理应具有理解、组织、重构、表现结构的能力,应该把结构表现力纳入建筑方案阶段的考虑范畴之内,具有结构与表现一致的大局观。而钢结构抗侧构件与高层建筑立面表现的结合则是对于这一点的重要阐释。


 · 高层钢结构抗侧构件的结构作用与形态特色 · 

钢材现被广泛运用于高层结构中,而抗侧构件是钢结构高层体系中的重要组成部分。抗侧构件通常与高层建筑立面有着千丝万缕的联系,原因是为了将抗侧面最大化从而获得更好的抗侧刚度,通常选择将抗侧构件外围化布置。

在高层建筑立面中,钢结构抗侧构件的优势在于抗侧构件的组织由于其种类和组合方式的不同,有着很大的灵活性,从而为建筑师的“再设计”提供了充足的操作空间。抗侧构件呈斜向肌理,若是与水平向、垂直向的构件相结合,往往能够组织生成具有一定节奏韵律的立面造型。抗侧构件也能够划分立面,展现出一定的比例关系,为高层建筑提供尺度感。


 · 高层钢结构抗侧构件的分类及立面表现案例分析 · 

高层钢结构建筑的抗侧构件通常分为以下几类:表现框架支撑、表现巨型支撑和表现网格形支撑,其适用范围与立面表现力各有千秋。


● 表现框架支撑

普通钢框架结构适用于20层以下且无大空间需求的高层建筑,在框架体系中设置竖向支撑,有效提高抗侧刚度,可以使建筑提升至2倍高度。由于在水平荷载作用下,最大层间侧移发生在建筑底部,所以应该尽量将支撑布置在建筑底部并向两侧扩大范围。

竖向支撑分为中心支撑和偏心支撑。中心支撑指的是斜支撑与梁、柱交汇时无偏心距的情况,分为X形支撑、单斜撑、人字形支撑和V字形支撑(图1),偏心支撑指的是斜支撑与梁、柱偏心连接的情况,分为门架形支撑、人字形支撑和V字形支撑(图2)。

图1、2  中心支撑  偏心支撑

竖向支撑的基本布置模式有单列支撑、双列并列支撑、双列帽连支撑、单双列支撑(图3)。不同类型的竖向支撑可以通过基本模式的组合共同构成高层立面(图4)。

图3  竖向支撑的基本模式

图4  竖向支撑组合示意图

巴塞罗那阿尔塔斯饭店立面便是利用了双列并联支撑的基本模式,该建筑高45层,通过跨越4层高的X形中心支撑使立面呈现出简约、大气的形象,视觉上端庄、典雅(图5)。当然,建筑师的工作不只是将抗侧构件简单裸露出来就结束了,为了避免外立面过于死板、僵硬,建筑师在建筑角部用水平小支撑进行过渡处理,在立面上形成了切角的视觉效果(图6)。

图5  巴塞罗那阿尔塔斯饭店立面

图6  切角处理


● 表现巨型支撑

巨型支撑则常用于超高层建筑中,形式可以参考上文中的框架支撑,只是在体量上更加巨大。在带巨型支撑的外筒结构中,巨型支撑与柱和横向大梁一同承担抗侧作用,巨型支撑协调了梁和柱的变形,使得受力均匀化。

巨型支撑的优势在于在塑造高层内部开敞的无柱空间的同时,大规模划分了立面空间。从立面表现力上来说,巨型支撑更具有震撼力,符合超高层的特点。

图7的中银大厦由贝聿铭设计,他将正方形筒切割成4个小三角形内筒,将其升到不同高度予以承担竖向荷载,而立面就是将巨型支撑完全展现出来,使它成为立面的分割要素,使得立面形态非常简洁、大气,楼层平面的变化也在立面上有规律地表现出来。

图7  中银大厦

图8是英国伦敦的Leadenhall大厦,由于其阶梯状的独特外形以及地理特点被称为“奶酪擦”。在立面上看,它的巨型支撑在核心筒位置为加固而设置了小的人字形支撑,是两种支撑相结合的状态,两种节奏的碰撞使立面楔形的倾向性更加突显。

图8. Leadenhall大厦


● 表现网格形支撑

网格形支撑与巨型支撑的原理类似,可以理解为将巨型支撑细分为了网格形状,就像一只用钢构件“编织”成的篮子,这样的支撑更加密集和均匀(图9)。高层立面表现为网格形支撑的独特性在于其自身成为了结构体系,可以适用于曲面的高层造型,如伦敦瑞士再保险总部大楼就是通过编织状网格形支撑结合幕墙系统获得螺旋上升状立面效果的。表现网格形支撑因其规律性与曲面适应性,可以与数字化设计相结合,有很好的发展前景。

图9  网格形支撑


总结来看,框架支撑在立面表现力上的优势在于其组合方式较丰富,能够使立面富有节奏感和韵律感。它的劣势在于框架结构的先天不足,使其只能是规整方正立面中的小点缀,难以控制全局。

巨型支撑在立面表现力上的优势在于其规模较大,气势磅礴,有掌握整个建筑立面节奏的控制力,而且在立面形状上可以有所创新。它的劣势也是由它自身规模所带来的——立面尺度过大,缺乏亲近感。

网格形支撑化解了巨型支撑缺乏亲近感的问题,而且可以结合数字化设计方法“编织”出曲面。它的劣势在于本身过于整体,立面节奏较为均匀而单一。


 · 高层钢结构抗侧构件的立面转译与重构 · 

除了直接将钢结构框架支撑完全暴露并在立面上予以表现,也有建筑师选择了另一种将抗侧构件融入立面的表现手法,将抗侧构件理解为一种结构语汇进行转译与重构,最终达到再表现的目的。

比如由SOM设计的布罗德盖特塔,该建筑地上35层,采用框架支撑体系,乍一看立面上通过开口截面的形式将支撑和梁柱统统暴露出来,但其实立面上的杆件并不是真实结构,而是一种结构语汇的表达(图10)。

图10  布罗德盖特楼的立面处理

另一个例子是南京地铁大厦,在结构上,建筑师采用了框架支撑,但在立面的表达上,建筑师并没有把所有的支撑全部暴露出来,而是通过自己的二次组织选择性地增加或减少了支撑的形状,来重新构建立面的节奏感(图11)。

图11  南京地铁大厦立面处理


 · 形式追随功能

——立面表现抗侧构件对内部空间的影响 · 

虽说钢结构抗侧构件在高层建筑立面表现上有自己独特的魅力,但若是仅仅将抗侧构件与立面联系起来而将高层内部空间抛之脑后,便有形式主义的嫌疑。高层立面若是脱离内部体验来设计,便无法满足使用上的要求。加之,高层建筑的功能往往是酒店或是办公,对于内在空间体验是有较高要求的。因此,在将抗侧构件纳入建筑立面时也应该结合平面功能来设计。

位于伦敦的NEO Bankside公寓项目(图12)在立面上表现抗侧支撑,分析其在转角处的设计,转角房间尺寸与斜撑对应,从透视学上看,外立面的抗侧支撑增加了平衡性与视觉延伸感,为房间内部提供了独特的视觉体验。在这一层面上看,外立面的抗侧支撑非但没有成为恼人的遮挡物,反而成为了提升空间质感的小手段。

另一案例是SOM在马来西亚吉隆坡设计的ILHM Tower(图13),采取的措施是将抗侧构件与空中花园结合起来,有斜撑的三角形区域顺势被设置为空中花园,不但增加了高层的公共空间,使抗侧构件成为户外公共空间的一部分,也避免了室内空间的视觉体验由于抗侧构件的遮挡受到不利影响。

图12  NEO Bankside公寓立面与平面关系

图13  ILHM Tower立面与空中花园关系


 · 结  语 · 

总结来看,钢结构抗侧构件在高层建筑中有很好的立面表现力,无论是直接暴露结构还是通过转译和重构将其再表现出来,它都是高层立面应该考虑的重要结构符号之一。通过分析钢结构抗侧构件在高层建筑中的立面表现力,旨在希望在设计过程中将结构中的重要构件考虑在内。建筑离开结构便是无根之木,建筑师也必须对结构怀有崇敬之心,投以欣赏之目光。


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