结构设计革新-露西亚塔

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1、结构革新——露西亚塔摘要：露西亚塔将成为欧洲最高的建筑，其建筑风格独具特色。高度达600m，其设计是伦敦福斯特的建筑师及芝加哥哈沃森的结构师共同设计不断改进完成的。“支撑轴”的结构体系对超高层建筑来说是一种高效的结构形式，恰好地解决了该项目所提出的挑战。下面介绍福斯特与哈沃森的合作设计过程，并对其中特殊的结构设计方面的考虑进行讨论。1.独一无二的形式（one-of-a-kind）STT公司（集团）请福斯特设计一座多功能建筑，该建筑位于莫斯科城内，在克里姆林宫以西5.5kM处的莫斯科河沿岸。同（伦敦的）CanaryWharf一样，莫斯科是一个全部再开发的城

2、市，是许多新莫斯科人的居住地和大型建筑的场地。建筑物位于一个三角形场地，要求集旅馆、办公、居住于一体，带有停车场和零售点，总建筑面积达50万平方米。起初福斯特设想了几个独立的塔楼，但由于场地限制塔楼之间需要连接。哈沃森和伦敦的沃特曼国际事务所（办公室设于莫斯科）合作提供初步设计的结构咨询。在设计阶段，哈沃森致力于超级结构，而沃特曼则致力于子结构。福斯特和哈沃森研究独立塔楼的可能性及塔楼间的连接思路。福斯特提出三个塔在三角形场地上放射状排列，可以最大程度地开阔视野和采光。然而，采用独立的塔楼，体型非常细长，极限高度为60层时高宽比为10：1。当然，对于独立

3、塔楼的设计可采用结构措施（使其稳定），但在这种高宽比下，结构措施是不经济的，而且对建筑的灵活性及平面布置有很大影响。哈沃森提出了三种塔楼间的连接方式（见图2）（1）刚性连接：连接可传递水平和竖向剪力，使各塔楼一起工作，犹如一个框架。（2）横隔板连接：连接间仅可传递横向剪力，因此塔楼共同分担水平力，但无法像框架一样一起工作。（3）柔性连接：塔楼保持结构的独立性，连接可允许差异变形。2626在这几个方案中，刚性连接的概念在提高结构效率方面具有巨大潜力。当几个部分连接在一起时，其刚度远大于各部分刚度之和，因此，露西亚塔采用了刚性连接。设计试图使三个塔斜倚在一起

4、。通过连接它们的里面三个端点，使三个原本独立的部分呈放射翼状由核心轴展开。这样三个部分刚性连接在一起，犹如一个结构在工作，每一个翼由其它两个翼支撑保持稳定。每一个翼向上收缩直达600m处，进一步加强这种斜倚向上的效果。这种设计使塔楼看上去非常细长，保持了采光和视野开阔，但结构更加有效。新结构的高宽比降低为5：1。262.结构的形成：支撑轴结构概念对于高效的高层建筑，设计团队要解决的一个设计方面的关键问题就是：抵抗水平荷载。如果一个结构体系能同时抵抗风力和重力，这种体系是最有效的。而且由风引起的倾覆力由远离中心的构件抵抗，并且该构件同时承受足够的重力以免上

5、浮。在这种概念设计中，只有有限的空间设置这种构件，即在翼面和中心区的翼端处设置。哈沃森提出了两种平面布置方式（如图4所示）：（1）每一个翼是一个周边闭合的筒，它们的连接处是一个三角形的筒——即成束筒结构；（2）中间为六边形的闭合筒提供抗扭力，每个翼边的刚性面为中心筒提供侧向支撑。26福斯特对第二个方案大感兴趣，而且预见到将结构体系外移的巨大潜力。他们提出了数个方案，包括核芯筒带外伸桁架、斜肋构架（adiagridexoskeleton）、缩进的核芯筒支撑等（如图5所示）：26其中一个设计概念特别引起设计团体的注意。那就是以一定间距排列的倾斜的平行柱对核芯

6、筒提供侧向支撑，同时承受重力作用（如图6a所示）。这种设计提供固定间距的开间，能形成有效的水平框架（Thisarrangementmaintainedconsistentbaysthatofferedefficiencyinhorizontalframing）。福斯特欣赏这种设计概念，但提出是否可将斜柱由每个翼基础上的一点竖起。这样，可由距大楼中心最远处抵抗倾覆力。显然，这种设计令人称奇。设计实际上与一种熟悉的结构形式相似，即带拉杆（索）的桅杆。不同于受拉的拉杆，塔楼的斜柱（也称为扇形柱）受压力作用来支撑核芯筒（或称脊），并且承受风荷载和重力荷载。对于非

7、常高的轻质结构，带拉杆（索）的结构是一种常见的结构形式，拉杆（索）设置于桅杆和地面之间，因而使结构体系具有较低的高宽比，形成刚度大的高效结构体系，在尽可能远离中心的地方抵抗倾覆力。这种结构体系取决于支撑杆的轴向刚度而非抗弯刚度。被支撑的露西亚塔的中脊的侧向体系同样如此。然而，不同于一般的带有拉杆（索）桅杆，该结构体系必须承受巨大的重力荷载。因此扇形柱沿斜向轴受压承受重力作用，相互之间互相支撑保持稳定——实际上相当于三维拱。26同一般的核芯筒－外伸桁架体系相比，通过参数研究来说明这种结构体系在抵抗水平力方面的有效性（如图7所示）。对于“支撑轴”体系，水平力

8、由扇形柱的轴力提供抗力，而中轴（脊）仅相当于连续梁，其跨度为扇形柱与中轴连接点的