建筑结构丨建构思辨——张峥、张准结构师访谈

   日期:2023-08-03     浏览:123     评论:0    
核心提示:【导读】基于西安丝路国际会议中心项目的结构创作,特别邀请同济大学建筑学博士钱晨从结构建筑学的视野,对
 【导读】基于西安丝路国际会议中心项目的结构创作,特别邀请同济大学建筑学博士钱晨从结构建筑学的视野,对两位结构工程师张峥和张准展开联合访谈。作为同济大学土木工程学院的同窗,两位结构工程师有着各有特色的实践经历,此次讨论也延伸到了他们的其他建成项目。访谈首先从抗震性能、项目工期、工种配合、施工工序等方面讨论了结构师面临的挑战。接着,以巧做与硬做、内敛与表现、大与小几组对立概念展开了思辨性探讨,并延伸到结构师如何应对AI时代的话题。最后,提出回归本质的方法,从原理出发、从传力路径思考,积累“结构师的感觉”。



西安丝路国际会议中心近期作为中亚峰会的会场之一备受关注,恰逢李兴钢大师发起了现场参观品谈会,张准老师也参加了。以此为契机,想让张峥和张准两位老师一起交流一下结构建筑学的相关议题。那我们先从西安丝路项目开始吧,请问张峥老师,作为本项目的结构专业负责人,与gmp合作起来的总体感受大概是怎样的?

 

▏张峥:

这个项目是同济和gmp合作完成的,gmp负责建筑方案设计,秉承着理性、纯净、大气的风格。看到项目方案效果图的第一感觉,非常震撼、非常具有挑战,是既兴奋又焦虑的心情,兴奋在于设计挑战和技术追求,也惴惴不安于能不能做得出、做得好。

 


 

▏钱晨:

说到挑战,会议中心类项目通常室内空间跨度大,本项目外立面幕墙系统也属不常见的超大跨结构,加上西安是高烈度地区,在拿到项目的时候,作为工程师,直觉上觉得主要潜在的挑战是哪些?

 

▏张峥:

大空间会议厅尺度是63m跨,将近四五千平方米,荷载较大,而且是3层上下叠合的。也就是说,我们要选择合理的结构形式来实现叠合式超大无柱空间,这是第一个挑战。第二个挑战是立面的两个月牙造型,其中下月牙是悬空的,我们称之为悬浮的月光宝盒。那么要在如此大尺度下营造一种轻盈飘浮感,我们自然而然想到了吊挂——上月牙通过180根圆钢管吊挂起下月牙,而上月牙自身则通过屋面结构的外悬挑来实现。这样,结构以“吊挂”的手段实现建筑“飘浮”的意象。第三个挑战和地震高烈度区有关,西安属于抗震设防8度区,地震作用大。而整个建筑的大跨度空间、吊挂月牙、以及立面超大尺度玻璃幕墙,都需要有良好的抗震性能。我们设计了地下室柱顶隔震,不仅可以减少50%地震力,保证安全性能,也可以有效控制结构构件尺度。第四个挑战就是幕墙了,怎样才能做得纯粹和通透,当时做了很多比选,有桁架式、索桁架、拉索式,还有各种格构式。最终,建筑师选择了比较硬朗、干净利落的梯子型组合截面,采用了吊挂方式,让结构与幕墙合二而一,从而实现通透的效果。


 

听说这个项目工期是很紧张的,那是否对设计以及各工种交接协同有更高的要求?

 

▏张峥:

确实,工期特别紧。2017年10月确定方案,2018年2月底就要求进场施工,主体钢结构要求在5月30日前完成。整个上部钢结构几万吨,要抢在做地下室、隔震支座之前采购钢板和工厂加工构件,所以我们一边做结构设计,施工单位一边做深化设计。我们当时采用BIM全三维设计,分析模型和Revit模型无缝对接轮动,印象中有好几个核对管线、门洞和钢构件冲突的不眠之夜。所以现在回过头看,当时所有参与方确实很拼、很给力。

 

▏钱晨:

所以设计层面,在保证建筑效果的前提下,应该会有所制约吧?或者说结构构件选型上会有一些主动的考量?

 

▏张峥:

一般类似体量和难度的项目从设计到结构封顶最少也得一年多,而如果压缩到半年,我们只能用非常规的思维来面对,尽可能使得结构体系规则化、构件形式标准化,保证高效的加工和制作。可以说,这也是会议中心项目比较特殊和具有挑战的一点。不同于通常项目的高效精细化设计,这个工程的“精细化”更多体现在设计、深化、工厂预制和现场吊装的无缝衔接和整个工程管理方面。

 

▏钱晨:

外立面幕墙系统因为是吊挂在有限刚度的桁架上,支座刚度的差异性、施工安装顺序对结构的内力和变形都会有影响,所以要整合建筑、结构以及幕墙一体化设计,设计层面以及现场施工是通过怎样的措施去提高土建钢构安装精度和幕墙安装精度之间的容错率的,因为会涉及到至少土建、钢构、幕墙三家单位对吧?

 

 

▏张峥:

其中最关键的应该是有效的施工顺序,也就是土建、钢构、幕墙三个施工单位要协调安装,工序要嵌套、交叉,并且施工组织方案要三方互认,避免推诿扯皮。为此我们设计院构思了一个可行的施工顺序,经过和业主、施工方反复讨论,最终确定了合理的嵌套式施工方案。其中最关键的一步是下月牙卸载,实现像“秤砣”一样对钢管吊柱施加“预拉力”,防止吊柱后期受压。

 


 

▏钱晨:

说到施工工序,让我想到了大天鹅科普馆的后补段。请问张准老师,大天鹅科普馆底部支持是细密钢柱设计,是怎么考虑施工的不确定性对结构计算预留冗余的影响。

 

▏张准:

我们一方面在结构系统规划时就对局部构件失效后的力学撤退路径做了考虑,另一方面通过抗倒塌验算来复核意外发生时的受力能力。所以柱子虽然看着很细,其实依旧留有足够的安全余量。具体到细节层面,一方面在施工阶段作为恒载传力路径的立柱(群柱)本就可以作为部分立柱屈曲后的力学撤退路径;另一方面对于较细的立柱,当其发生了弹性屈曲后,其承载能力也不是完全消失,而是维持在一个基本恒定的数值,这个屈曲后特性为保证结构安全提供了底层支撑。

 
 
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