从下图中可以看到,对于矩形形状的建筑,当外形沿高度扭转180时,地震作用下的加速度及变形情况相差不大,但是风荷载下的加速度和变形可以得到有效控制。
▲ 扭转体型对风荷载下的加速度和位移的影响
2 常见的扭转式建筑
达芬奇塔
达芬奇旋转塔由一个中央混凝土核心用来容纳重要的静态设施,如电梯,楼梯,管道和其他设施。
▲ 达芬奇塔中的装配式的应用
整个建筑基本上由预制的单元组成,包括地板,水管,空调等,整体结构合理灵活,抗震性能超高。
▲ 达芬奇塔建造示意
从宣称要建造一座420米高,集各种世界第一于一身的摩天大楼,到如今已经过去了约十二年的时间,希望土豪迪拜这一次能够真的兑现。
南京江北新金融中心
建筑设计:PCPA & ECADI
结构设计:ECADI
▲ 南京江北新金融中心
整个建筑高300m,在平面上采用了“天圆地方”的概念,各层平面由底部的方形逐步变为顶部的圆形,且在立面上略有收进;在各层平面形状变化的同时,体型从底到顶整体逆时针扭转30°。
▲ 建筑平面随高度变化情况
“密柱框架-核心筒”结构体系。由于斜柱在竖向荷载作用会产生环向的水平分量,为提高结构整体性,在外框中设置了一道环带桁架。
▲ 结构组成
与常规的框架-核心筒结构相比,水平荷载作用下,受力、变形特征相似。由于斜柱的原因,在竖向荷载作用下的受力、变形特征与常规结构不同,是需要重点关注的。
台北陶朱隐园住宅大楼
建筑设计:Vincent Callebaut Architectures SARL, LKP Design
结构设计:King Le Chang & Associates
▲ 陶朱隐园
陶朱隐园位于台北,是一座以垂直森林为原创的建筑地标,被美国CNN评选为2016年全球九大城市地之一。
陶朱隐园的主结构系统是整体的建筑设计。建筑的核心是一根主柱,然后自二楼开始到顶楼,两侧的楼层面沿顺时针方向向上攀升,旋转4.5度,全栋旋转90度,使之看上去像DNA螺旋体。
▲ 陶朱隐园
上部结构为21层,标准层高为3.6m,总楼高不含屋顶突出部分为78.75m。顶层上方设有5m高的屋顶结构桁架及3层共9.45m高的屋顶突出部分,故总高度为93.20m。
▲ 陶朱隐园结构概念图
▲ 陶朱隐园结构组成
上图可以看出,为使结构设计能与建筑理念相呼应,并解决在旋转几何条件下室内无柱的难题,结构设计突破传统梁柱结构的思维,以三维框架的概念来思考。项目的上部结构由数个单元所组成,包含中央钢核心筒、屋顶伸臂桁架、两侧旋转而上的巨型柱以及两层楼一组的空腹桁架,各个结构单元相互配合。
▲ 陶朱隐园的巨柱布置
▲ 陶朱隐园空腹桁架布置
▲ 陶朱隐园结构系统
▲ 施工进度
▲ 陶朱隐园
梦露大厦
建筑设计:Burka Architects; MAD Architect
结构设计:Sigmund Soudack & Associates Inc
▲ 梦露大厦
Absolute Tower有56层,每一层平面都是一摸一样的椭圆,但随着楼层升高,他们在旋转着不同的角度。二维不变的56个椭圆平面到性感的、变化的三维曲面就这样形成了。从一层到十层,每层旋转一度,11层到24层每层旋转8度,26层到40层,每层旋转8度,第41层到50层,每层以3度旋转,最后6层以1度旋转。
▲ 梦露大厦平面图
▲ The Point
3 小结
扭转式建筑越来越受到建筑师的青睐,也给超高层建筑带来了一种别样的形式。扭转式的超高层结构与常规超高层结构最大的区别主要在于 竖向荷载下的受力及变形特征的区别 。在极端情况下, 竖向荷载可能变成控制工况 。扭转式结构中的楼板是传递竖向荷载水平分量的关键构件, 楼板的设计、楼板与外框及核心筒的连接设计 变得至关重要。
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