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  • 超高层建筑研究:天津市周大福金融中心
    日期:2020-03-25


    2019年完工的全球最高建筑——天津周大福金融中心,高530米,目前与广州周大福金融中心并列为世界第七高楼。在基于对效率、功能和美观的理性且全面的考虑之后,这座外观优美的复合功能超高层建筑提出了一种崭新的设计模式。改良并重点研发天津开发区新的综合用途、多模式商业区、空气动力学造型、曲线斜柱体系、视觉效果震撼的围护结构,这些要素共同定义了新一代标志性高层建筑。


    区位与文脉

    大厦的基地附近包含一条现有的轻轨交通线、几条规划中的地铁线路以及连接天津开发区和北京的高速铁路站。

    天津经济技术开发区(TEDA)与毗邻的于家堡CBD一起,提供滨海地区日益增长的办公、科研和居住的空间需求。同时,通过地铁线路,整个片区亦被紧密地缝合在京津城市网络结构中。

    天津周大福将住宅、办公、酒店和零售等功能完美地整合为一个功能复合、高密度、可步行的城市综合体,并包含高效的交通连接。项目不仅成功实践了复合功能超高层,也是在建设可持续未来城市的道路上里程碑式的标杆。


    设计与挑战
    设计团队旨在体现出更好的创意,创造一个合理而醒目的建筑形式。同时还需将三大功能整合进一个超高层体量,办公室、住宅和酒店,对空间规划和自然光的使用要求都非常不同。
    从下到上、由内而外的设计方法,能够处理好独立酒店、公寓和办公之间各自的不同使用范围、不同核心筒宽度和不同的围护结构。
    建筑采用带圆角的方形平面,在几何形体上最大限度地提高了三个主要功能的效率,同时还保证了外观立面上流畅、有凝聚力的视觉表达。
    数次风洞试验和功能优化用以应对结构设计的高要求,获得了向上收分的流线型形体。最后,确定锥形、圆形和扇形——这种诗意的体量组合,不仅性能良好,更易与其他普遍的线性、多面体或棱角分明的大厦区分开来。


    本次设计将为未来天津的复合功能超高层提供一种能集成多种功能、高效设计和高效施工的方法。

    功能与设计


    大厦的A级办公空间,从核心筒至yabo sports app约13-15米的连续可使用范围。由于采用了高效的方形结构,位于中央核心筒内的电梯自下而上跨越三个核心功能区域。3500-3800平方米的办公平面采用圆角设计,减少了拐角处的结构跨度和风荷载。

    300套豪华酒店式公寓位于办公层上方,楼层跨度从核心筒向外延伸12至13米。住宅单元的电梯大堂位于酒店大堂上层,而酒店大堂位于办公区上层。由于办公区的电梯及设备空间都处于住宅层以下,于是住宅的楼层面积可以收缩到大约2000平方米。

    大楼顶部高级酒店包含350间客房,酒店单层面积约1800平方米,平滑的转角既可让人远眺风景,又能尽量减少风荷载。

    随着楼层的增高楼板面积逐渐减小,并在中段显著收缩,同时进一步优化各功能区的实用空间、核心筒结构和yabo sports app之间的关系,减小受荷载外表面积。


    连接高层和酒店大堂的五层裙楼为高级购物广场K-11。裙楼外立面为包裹着金属肋拱的玻璃yabo sports app,与塔楼的柔和形态相呼应。在地面层,设有三个精心设计的落客区,带有悬挑21米的光滑钢架玻璃雨篷。



    阶梯式筒中筒    整合建筑与结构

    阶梯式筒中筒是提高周大福金融中心的建筑和结构效率的主要因素。中心核心筒自下而上贯通三个功能区域,而在下层办公区围绕内核心筒设置一个外核心筒,尺寸刚好容纳办公所需的服务空间。这个概念推导出一个非常高效的架构,协调了建筑管线、垂直交通和结构需求。

    在住宅区,核心筒增加了翼墙,形成一个“蛋箱”结构,加固了箱形核心筒的同时实现与下部大型核心筒的衔接和平稳过渡。阶梯式筒中筒系统可实现住宅平面减小,同时减小了建筑高层部分的“鼓风”区域和防震体量。

    阶梯式筒中筒概念体系是提高塔楼建筑和结构效率的主要因素。


    斜柱系统    代替外伸桁架

    天津周大福金融中心地处地震频发区域,同时,为了保证施工进度、节约成本,最终确定斜柱系统是最佳的结构体系,该体系既能在发生普通地震时保持良好的刚度,又能在发生罕遇地震时具有一定的延展性。曲线几何形体可以让倾斜柱交叉延伸到多个楼层,从而尽可能降低了外围梁中的轴向力。


    另一个创新点是在建筑物不同的高度上配置不同的复合柱。混合系统能够把核心筒和建筑外围之间的差异减小到最少。
    · 办公区用圆钢管混凝土柱,既减小结构尺寸,又减少了核心筒和外围之间的差异徐变和收缩。
    · 在住宅区,混凝土包裹型钢被用来平衡楼层相对收缩而产生的的水平差异。

    在设计和制造过程中,使用3D软件来计算复杂的几何结构,如斜柱系统,使其对制造过程的影响最小。


    风工程    空气动力形态
    在方案设计初期,多次的风洞试验用以确定该建筑的最佳形态以及外墙不同的孔隙率和顶冠风槽的有效性。该建筑的空气动力学形态通过采用引导风向和避免风荷载共振的方式,大大减少了涡流泄离(vortex shedding),并优化形状减小风荷载。设计团队对建筑顶部结构也进行了多种方案的比较,结果表明建筑顶冠底部表皮造型保证高孔隙率,并且不同高度部分的孔隙率不同,能够有效地降低顶冠及建筑上部的风荷载。




    材料和空间利用率
    与类似的高层建筑相比,本项目大大减少了建筑所需的混凝土和钢材的使用量。与之前的设计方案相比,新的高层建筑有相同的面积、功能和高度,但净面积和总面积比提高了约3.8%,同时节省19000吨钢材、10500立方米混凝土和3900吨钢筋。优化过的建筑造型、斜柱系统以及简化的节点设计,减少了材料的使用,降低了制造和安装成本,缩短了施工时间。


    立面设计
    外yabo sports app呈流线型且充满变化,突出了建筑收分部分的比例,同时又巧妙地与倾斜的巨柱呼应。
    建筑的高性能yabo sports app包含:带有low-e涂层的热强化、夹胶外层玻璃和热强化内层玻璃的中空玻璃单元,以及亮银色、涂覆聚偏氟乙烯(PVDF)的铝制窗框、窗横梁以及保温板。


    外立面的30%为实体部分并包含保温层。同时LED灯具在夜间高效呈现高层的外表面及其在城市天际线中的外轮廓。


    该建筑yabo sports app系统进行了多次参数化设计优化,优化的关键在于减少特殊中空玻璃单元的数量。在初步分析中,约共计12000个中空玻璃单元中需要1004个特殊中空玻璃单元,通过优化,首先减少到720个,最终减少到476个。

    在设计优化中,成功地减少了yabo sports app上特殊中空玻璃单元的数量。

    考虑到造价以及中空玻璃单元最大角部翘起率,选择了3.7m高的单向视觉玻璃和805mm高的带阴影盒组件的拱肩玻璃,并选择了平板玻璃以降低冷弯玻璃密封失效的风险。沿两个玻璃边缘提供不同尺寸的三角形金属填充件,使平板玻璃从框架中突出,框架遵循两个方向弯曲的塔型几何结构。最终呈现出的yabo sports app效果,可以算是建筑业设计、工程、制造和安装的一个重大成就。

    伴随着不同的外立面曲率,外周长度在每一层有所不同,竖向窗框之间的关系在每一层也有所不同。对外竖框不能采用恒定的1.5m外立面模块。而选择交错布置的竖向窗框,既能实现恒定的外立面模数,也能形成统一的外观效果。但是由于选择了平板玻璃,上下窗横梁都是直的,非平行交错。这类直框需要采用第三个组件,即“转接件”,插在上下窗横梁之间,允许上下窗框不在同一平面内,而该组件也可用作排水槽。



    结  语

    高层建筑中,雕塑感很强的建筑形式以及模块化的内部模式,往往不再适用于如今复合功能、高密度垂直化城市的多样性和复杂性。多功能超高层建筑的成功——一个高密度、高效的建筑群组,城市中心活力的标志性象征——要求不断地发展建筑和工程的综合设计策略。科学的、创新的由内而外的设计手法,对全球范围内塑造城市的可持续发展都是至关重要的一步。

    天津周大福金融中心的设计基于三个原则:

    第一、功能导向,要求建筑形式应当适应内部使用和用户的不同需求;

    第二、结构工程与建筑设计的高度结合,保证材料和性能效率最高,特别是在风荷载方面;

    第三、外表皮的精密连接,以有效覆盖建筑外立面的复杂几何结构,同时与光线完美互动,成功树立地标形象。


    项目信息

    建成时间:2019
    建筑高度:530.4m
    建筑层数:97
    建筑面积:252144㎡
    主要功能:酒店/公寓/办公
    业主/开发商:周大福集团
    建筑设计:SOM(设计);Ronald Lu&Partners,华东建筑设计研究院(深化)
    结构顾问:SOM(设计);华东建筑设计研究院(深化)
    机电顾问:WSP(设计);华东建筑设计研究院(深化)
    总承包商:中建八局
    其他CTBUH会员顾问方:Syntegrate(BIM);Rider Levett Bucknall(造价);Arup,Ronald Lu&Partners,SOM(立面);AECOM(景观);BPI(照明);WSP(安保);BMT Fluid Mechanics(风力)
    其他CTBUH会员供应方:Armstrong World Industries(顶棚);Dow(覆层);CoxGomyl(立面维护设备);佐敦(涂料)




    本文翻译并整理自文章:Brian Lee, Thomas Kinzl, Inho Rhee, Ronald Johnson, "Determinism, Integration, and Ariculation  Lead Up to a Landmark", CTBUH Journal, 2020 Issue: 12-19.

    关键词:超高层建筑 周大福金融中心
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