建筑造型空間與結(jié)構(gòu)體系以上海中心大廈為例

1、建筑造型、空間與結(jié)構(gòu)體系 -以上海中心大廈為例建筑造型空間與結(jié)構(gòu)體系以上海中心大廈為例第1頁上海新地標中國綠色建筑體系認證美國綠色建筑體系認證世界最高綠色建筑幕墻設計、安裝難度世界之最世界最大致積民用建筑底板澆筑中國第一高樓我國安裝最高能源中心軟土基上建造85萬噸單體建筑造型空間與結(jié)構(gòu)體系以上海中心大廈為例第2頁該項目位于陸家嘴關(guān)鍵區(qū)Z32地塊，東泰路、銀城南路、花園石橋路交界處，地塊東鄰上海環(huán)球金融中心，北面為金茂大廈。場地四面高樓林立，是眾多跨國企業(yè)、上市企業(yè)及金融機構(gòu)駐地。早在前，上海規(guī)劃了在金融貿(mào)易區(qū)建設三棟標志性建筑。上海中心為最終一塊“拼圖”。區(qū)位環(huán)境分析：建筑造型空間與結(jié)構(gòu)體系以

2、上海中心大廈為例第3頁項目建成后需展現(xiàn)浦東改革開放結(jié)果和陸家嘴金融貿(mào)易區(qū)時代風貌。建成后“上海中心”將與金茂大廈、環(huán)球金融中心等組成友好超高層建筑群。作為陸家嘴“三駕馬車”中最主要一駕，上海中心大廈必須與現(xiàn)有兩座大廈形成互補。對所建“上海中心”要求：高大且造型時尚與環(huán)球、金融相搭建筑造型空間與結(jié)構(gòu)體系以上海中心大廈為例第4頁 上海市政府開啟全球方案征集計劃，項目立項之后，由全國著名建筑教授組成評審團體將在全球征集19個方案中初步篩選出9個初選方案，今后再從9個方案中選出4個，最終圈定兩個方案作為最終實施候選方案。最終一次招標，兩個設計方案取得入圍資格，分別為英國福斯特建筑事務所 “尖頂型”方案

3、以及美國Gensler建筑設計事務所“龍型”方案及。建筑造型空間與結(jié)構(gòu)體系以上海中心大廈為例第5頁 尖頂型方案，由英國設計，大廈在交織鋼筋掩映下，如同一只摩登“竹筍”破土新生。尖頂型呈筍型結(jié)構(gòu)，下部寬敞，由三點支撐，到最高處變成一個尖頂。尖頂型方案外觀新奇漂亮，不過，整個建筑只依賴3個支撐點承載，對施工將是個考驗。建筑造型空間與結(jié)構(gòu)體系以上海中心大廈為例第6頁 美國Gensler建筑設計事務所“龍型”方案外觀像一條盤旋上升龍，“龍尾”頂部上翹，又如同一支倒放著祥云火炬。上海中心橫截面類似一個三角形，以順時針方向向上旋轉(zhuǎn)并一直延伸到頂端，而頂端是開放式頂棚設計。建筑造型空間與結(jié)構(gòu)體系以上海中心大

4、廈為例第7頁 作為一幢綜合性超高層建筑，上海中心大廈以辦公為主，其它業(yè)態(tài)有會展、酒店、觀光娛樂、商業(yè)等。大廈分為5大功效區(qū)域，包含大眾商業(yè)娛樂區(qū)域，低、中、高、辦公區(qū)域，企業(yè)會館區(qū)域，精品酒店區(qū)域和頂部功效體驗空間。其中“世界之巔”即是功效體驗區(qū)，有城市展示觀看臺，娛樂，VIP小型酒吧、餐飲、觀光會晤等功效。另外，在本項目標裙房中還設有容納1200人多功效活動中心。 主要功效:建筑造型空間與結(jié)構(gòu)體系以上海中心大廈為例第8頁大廈造型起源-中國傳統(tǒng)圖案-龍建筑造型空間與結(jié)構(gòu)體系以上海中心大廈為例第9頁兩個立方體旋轉(zhuǎn)內(nèi)圓外方內(nèi)圓外三角外皮做成旋轉(zhuǎn)收縮上升樣式，讓大樓愈加含有動感。將尖角改為圓弧狀，以

5、減小風壓影響。圓潤角度能包容硬朗環(huán)球和金茂。而最終玻璃消耗僅增加18%。建筑體量生成：建筑造型空間與結(jié)構(gòu)體系以上海中心大廈為例第10頁建筑造型空間與結(jié)構(gòu)體系以上海中心大廈為例第11頁由三段圓弧組成曲邊三角形（其中一邊切角）作為上海中心外圍幾何基本構(gòu)形，旋轉(zhuǎn)上升并均勻縮小，演進為一個平滑光順非線性扭曲面，形成了大廈獨特立面造型。各區(qū)域平面輪廓：建筑造型空間與結(jié)構(gòu)體系以上海中心大廈為例第12頁這種圓潤三角形結(jié)構(gòu)，在照料造型前提下，極大降低了建筑物表面積，從而降低了與外界能量交換和能量損失，是一個十分有效伎倆。建筑造型空間與結(jié)構(gòu)體系以上海中心大廈為例第13頁Zone3:5643Zone1:6432Z

6、one5:4750Zone7:2056Zone9:2110 相對于金茂大廈、環(huán)球金融中心 近似正方形平面布局，這么布局少了視線和光線死角，不但能夠讓辦公人員能在更多角度觀賞大廈周圍美景，而且在冬季陽光能夠更多進入建筑內(nèi)部 ，降低了建筑能耗。建筑造型空間與結(jié)構(gòu)體系以上海中心大廈為例第14頁9區(qū)：觀光區(qū)域1區(qū)：大堂、商業(yè)和餐飲8區(qū)：酒店及精品辦公上海中心大廈結(jié)構(gòu)地下5層 地上121層總建筑面積為 574058m2地上總建筑面積為 410139m2建筑總高度 632m上海中心大廈建筑大樓集商業(yè) 辦公 酒店 觀光于一體是一座綜合性超高摩天大樓2-7區(qū)：辦公區(qū)兩層高設備層空調(diào)設備電力設備逃生區(qū)域電梯設備

7、維修保養(yǎng)設備建筑造型空間與結(jié)構(gòu)體系以上海中心大廈為例第15頁世界超高層建筑比較：建筑造型空間與結(jié)構(gòu)體系以上海中心大廈為例第16頁裙房商業(yè)區(qū)透視圖:建筑造型空間與結(jié)構(gòu)體系以上海中心大廈為例第17頁商務休閑層中庭功效排布，中庭懸挑近14米。平面功效分區(qū)：建筑造型空間與結(jié)構(gòu)體系以上海中心大廈為例第18頁 上海中心大廈為鋼筋混凝土和鋼結(jié)構(gòu)組合而成混合結(jié)構(gòu)體系，豎向結(jié)構(gòu)包含關(guān)鍵筒和巨型柱，水平結(jié)構(gòu)包含樓層鋼梁、樓面桁架、帶狀桁架、伸臂桁架和組合樓板。結(jié)構(gòu)體系：建筑造型空間與結(jié)構(gòu)體系以上海中心大廈為例第19頁鋼筋混凝土關(guān)鍵筒巨型柱環(huán)帶桁架伸臂桁架建筑造型空間與結(jié)構(gòu)體系以上海中心大廈為例第20頁關(guān)鍵筒關(guān)鍵筒

8、+巨柱關(guān)鍵筒+巨柱+伸臂桁架關(guān)鍵筒+巨柱+伸臂桁架+環(huán)帶桁架建筑造型空間與結(jié)構(gòu)體系以上海中心大廈為例第21頁 本工程關(guān)鍵筒在立面上共分為9個區(qū)域，墻體厚度隨高度上升而遞減，其厚度從1200mm改變至500mm。其中在4區(qū)、5區(qū)避難及設備層墻厚發(fā)生突變。關(guān)鍵筒截面在1區(qū)至4區(qū)呈正方形九宮格筒體。到第5區(qū)后，四個角部墻體開始向兩邊收縮，形成切角方形布置。至第7區(qū)時，原有九宮格變?yōu)槭中臀鍖m格筒體。建筑造型空間與結(jié)構(gòu)體系以上海中心大廈為例第22頁1-4區(qū)方形布置5-6區(qū)切角方形布置7-8區(qū)十字形布置建筑造型空間與結(jié)構(gòu)體系以上海中心大廈為例第23頁建筑造型空間與結(jié)構(gòu)體系以上海中心大廈為例第24頁建筑造

9、型空間與結(jié)構(gòu)體系以上海中心大廈為例第25頁巨型柱結(jié)構(gòu)分析:建筑造型空間與結(jié)構(gòu)體系以上海中心大廈為例第26頁上海中心鋼管混凝土巨柱結(jié)構(gòu)巨型柱斷面示意圖建筑造型空間與結(jié)構(gòu)體系以上海中心大廈為例第27頁 巨型框架柱由8根鋼骨混凝土主柱、4根次柱。主柱截面尺寸最大為3.7X5.3米。主巨柱設于關(guān)鍵筒內(nèi)隔墻對應位置，經(jīng)過伸臂桁架協(xié)同抗側(cè)力，可取得相對較大力臂。次巨柱主要作用是減小環(huán)帶桁架跨度，故不設伸臂桁架與關(guān)鍵筒連接，防止伸臂與關(guān)鍵筒角部連接結(jié)構(gòu)困難。建筑造型空間與結(jié)構(gòu)體系以上海中心大廈為例第28頁1-5區(qū)：8根主柱+4根次柱6-8區(qū)：8根主柱建筑造型空間與結(jié)構(gòu)體系以上海中心大廈為例第29頁在外框柱與

10、關(guān)鍵筒之間設置伸臂桁架主要目標是降低結(jié)構(gòu)側(cè)移。對于框架關(guān)鍵筒結(jié)構(gòu)，設置伸臂桁架后側(cè)移顯著降低。外伸臂桁架位于第2、4、5、6、7、8區(qū)。為何1、3區(qū)沒有設置外伸臂桁架？研究表明，伸臂桁架數(shù)量與減小側(cè)移并不成正比。高層結(jié)構(gòu)設計中，伸臂桁架位置及數(shù)量應做敏感性分析。建筑造型空間與結(jié)構(gòu)體系以上海中心大廈為例第30頁外伸臂桁架貫通關(guān)鍵筒腹墻建筑造型空間與結(jié)構(gòu)體系以上海中心大廈為例第31頁真正“綠色”摩天樓：上海中心大廈采取了多項最新綠色環(huán)境保護技術(shù)，工程將嚴格按照國家綠色建筑三星認證和美國LEED綠色建筑認證標準和要求進行建造，將是一座真正“綠色”摩天樓，同時也是世界上首座同時經(jīng)過兩大致系認證摩天大樓

11、。是極具全球影響力“綠色”地標。建筑造型空間與結(jié)構(gòu)體系以上海中心大廈為例第32頁 同等面積不一樣形狀平面圍合建筑物表面積改變。 這種圓潤三角形結(jié)構(gòu)，在照料造型前提下，極大降低了建筑物表面積，從而降低了與外界能量交換和能量損失，是一個十分有效伎倆。造型設計對節(jié)能影響：建筑造型空間與結(jié)構(gòu)體系以上海中心大廈為例第33頁上海中心大廈戲稱為“熱水瓶”。雙層幕墻像熱水瓶一樣，之間空腔成為一個溫度緩沖區(qū)，防止室內(nèi)直接和外界進行熱交換，起到冬暖夏涼作用，采暖和制冷能耗比單層幕墻降低50%左右。 建筑造型空間與結(jié)構(gòu)體系以上海中心大廈為例第34頁結(jié)構(gòu)示意圖內(nèi)層幕墻外層幕墻支撐體系外層幕墻整棟建筑幕墻系統(tǒng)：建筑造型

12、空間與結(jié)構(gòu)體系以上海中心大廈為例第35頁外幕墻系統(tǒng)采取雙銀LOW-E玻璃，經(jīng)過熱反射到達保溫功效；幕墻設計了特制彩釉，能夠有效阻擋夏天強烈陽光，抑制光污染上海中心大廈外層幕墻逐層收窄，賦予了大樓優(yōu)雅錐度造型。而幕墻上一條V型溝槽則是用來突出大樓螺旋造型。建筑造型空間與結(jié)構(gòu)體系以上海中心大廈為例第36頁內(nèi)層幕墻外層幕墻中庭雙層玻璃幕墻效果圖建筑造型空間與結(jié)構(gòu)體系以上海中心大廈為例第37頁吊桿水平支撐輪輻支撐幕墻支撐體系：建筑造型空間與結(jié)構(gòu)體系以上海中心大廈為例第38頁幕墻經(jīng)過本身震動消耗外力作用。實際中幕墻即能受到拉力，也能受到壓力。滑移支座要確保不能被卡住，假如支座卡住，幕墻會被壓爆。建筑造型

13、空間與結(jié)構(gòu)體系以上海中心大廈為例第39頁14萬平方米柔性幕墻，共19317塊，要求能夠抵抗13級臺風，難度系數(shù)在幕墻界堪稱世界之最。為確保在任何情況下都不會下“玻璃雨”，“上海中心” 外幕墻玻璃設置了雙重防護。第一道防護是使用自爆率靠近于零超白玻璃。第二道是在玻璃中加特種結(jié)構(gòu)性膠，這種膠承載力更大、耐久性更強，即使玻璃在猛烈錘擊試驗下慢慢破裂，全部碎片也能牢牢附著在膠片上。建筑造型空間與結(jié)構(gòu)體系以上海中心大廈為例第40頁設計師創(chuàng)新性地經(jīng)過對雙層幕墻體系進行分區(qū)及讓外幕墻呈遲緩旋轉(zhuǎn)形態(tài)，在內(nèi)外墻體之間大膽創(chuàng)造了24個“空中花園”，不但為在超高建筑中工作與生活人們帶來一個全新體驗，而且經(jīng)過分布于“

14、空中花園”商店及餐廳，降低了樓內(nèi)人群下到地面交通需求，從而降低能耗。建筑造型空間與結(jié)構(gòu)體系以上海中心大廈為例第41頁這個巨大空間沒有一點鋼筋水泥結(jié)構(gòu)。鋼結(jié)構(gòu)臂架從內(nèi)幕墻板塊中穿出。建筑造型空間與結(jié)構(gòu)體系以上海中心大廈為例第42頁上海中心大廈高空屋頂上，平均風速預計可到達每秒8至10米，非常適合利用來風力發(fā)電。屋頂外幕墻上安裝風力發(fā)電機，產(chǎn)生電力，供屋頂、觀光層中設備使用。這不但將為大廈提供綠色能源，“空中風電場”有望成為浦東超高層建筑觀光新熱點。建筑造型空間與結(jié)構(gòu)體系以上海中心大廈為例第43頁大廈塔冠有一個巨大雨水搜集槽 ，將雨水搜集儲存在蓄水池里，處理后作為大樓中水使用，一年能夠節(jié)約300個

15、標準游泳池水量。建筑造型空間與結(jié)構(gòu)體系以上海中心大廈為例第44頁 變風量空調(diào)系統(tǒng)是利用改變進入空調(diào)區(qū)域送風量來滿足負荷改變一個空調(diào)系統(tǒng)，與定風量系統(tǒng)相比最大優(yōu)點在于節(jié)能。 降低空調(diào)風機運行能耗，空調(diào)風機電力消耗整年平均可降低50%以上。 利用室外新風作為冷源，降低制冷系統(tǒng)運行能耗。建筑造型空間與結(jié)構(gòu)體系以上海中心大廈為例第45頁 大樓在運行過程中，酒店、辦公等會產(chǎn)生大量熱空氣，尤其是上海中心大廈有24 個直接對外營業(yè)大空間空中花園，在夏季會集聚溫度較高熱空氣 所以，熱回收利用技術(shù)就是將這部分熱空氣進行回收，采取熱泵型熱水加熱器，為酒店提供生產(chǎn)生活熱水。上海中心大廈設計成空氣水熱泵系統(tǒng)，采取帶ECM電機風機盤管機組。建筑造型空間與結(jié)構(gòu)體系以上海中心大廈為例第46頁 上海中心大廈引入健康監(jiān)控系統(tǒng)，為安全保駕護航：該系統(tǒng)布署在20各個樓層上，最低地下五層，最高地上124層。 大廈沉降伴隨建設高度增加而加大，最大到達45mm。系統(tǒng)能夠檢測風速、地震、傾斜度等，檢測到大廈在各種情況下（地震、臺風等）是否安全。 建筑造型空間與結(jié)構(gòu)體系以上海中心大廈為例第47頁建筑造型空間與結(jié)構(gòu)體系以上海中心大廈為例第48頁 經(jīng)過上述多項綠色建筑技術(shù)實施，從理論上計算，上海中心大廈每年能夠節(jié)約能源成本 1930 萬元人民幣，