在筑博设计工作的15年中,参与设计和负责过多项复杂公建、超高层、艺术中心、会展、场馆及大型商业综合体等重大项目的结构设计,以下是资深结构工程师张梅松的工作体会。
建筑师往往会在工作中疏忽结构方面的概念,他们的工作是从空间的角度出发做设计。但是从结构工程师的角度来说,我们首先想的是怎样去实现它,让建筑师的设计可以立起来。方案立不起来就会变成纸上谈兵,再好的方案落不了地也就失去了很多意义。引用西班牙著名结构大师拖罗哈的名言:“我的最终目的,是永远将一个设计对象的功能方面、结构方面、美观方面表现为一个在本质上和形式上结合的整体。”——筑博设计结构研发中心总工程师张梅松在我的工作中,接触到的许多项目的结构是复杂多元的,是不断挑战的过程。比如筑博早期的项目深圳体工大队综合训练中心,这是一个三层叠加的体育馆,有很多设计在当时是行业领先的。组合梁结构大跨空间深圳体工大队训练中心深圳体工大队训练中心筑博设计底层是开阔的大空间手球馆,中间层为数个独立场馆,顶层是一个标准田径场。这个立体的体育场在方案阶段就需要结构工程师提供大量专业建议来辅助设计。采用组合梁结构实现了48X48米的大跨空间上做标准田径场,采用TMD解决了竖向楼盖各种运动工况下的竖向舒适度问题,屋盖采用倒三角管桁架实现了建筑与空间的完美结合。深圳体工大队训练中心结构模型筑博设计这种情况在大型公共类建筑中也比较常见。比如后来与冯果川总合作的南宁规划展示馆,构成空间的很重要部分是几个“喇叭筒”,这种筒体结构的实施是结构上的一大挑战。除此之外,这个建筑的屋面造型是一个大曲面,迎合了基地周边山势的动向,在年左右,国内可以做到这样曲面的案例并不多。大曲面的拱筒结构南宁规划展示馆南宁规划展示馆筑博设计整个屋面的结构由两部分拼接而成:一部分是混凝土加型钢,另一部分是全钢结构,通过结合缝分开。这样的结构实现同时需要考虑到现场因素。屋面的最大坡度近70度,考虑到施工过程中浇筑混凝土时会出现塌落开裂,设计了双层的浇筑模板。同时这是一个种植屋面,大曲率的屋面需要固定住种植土,于是在结构上还设计了格构梁,把土固定在一个个格子里。南宁规划展示馆筑博设计全钢结构的曲屋面采用拱与筒体的结合,形成编织钢曲壳梁,结构形体完全与建筑一致。在方案设计的过程中建筑与结构协同工作、沟通,根据实际情况及时调整建筑、结构方案。南宁规划展示馆结构模型筑博设计南宁规划展示馆结构模型筑博设计深圳光明公共服务平台是继南宁规划展示馆之后的又一个曲面屋面挑战。南宁规划展示馆的经验在这里会有一些帮助,例如为了排水问题、调整了一些特别陡的坡,为了绿化,格构梁做的更合理。拉杆拱结构创新深圳光明公共服务平台深圳光明公共服务平台筑博设计对结构师来说,光明项目的难度是在南宁项目上的一个升级,这个项目的最大难度在于要在巨大的曲面屋面之上再建10层楼。屋面和上层建筑的底板之间,有一个42米宽的空洞的大跨结构,后面往外倾斜10多米。深圳光明公共服务平台结构模型筑博设计深圳光明公共服务平台施工现场筑博设计我们在建筑方案初期做过许多结构方案比选的结构分析,斜拉结构和2层桁架转换结构、空腹桁架结构等都有考虑,但是以上结构方案都各有利弊。各方协调之后,我们在结构中抽去了一些斜杆,优化过程中渐渐形成一种拉杆拱桥的型式,使得结构刚度的变化更均匀。当时超限评审的专家认为这是结构体系的创新。深圳光明公共服务平台筑博设计深圳光明公共服务平台结构分析筑博设计除了公共类建筑,超高层建筑的结构设计也富有挑战。深圳金地大百汇米塔楼位于深圳市福田区中心地段,超高层塔楼是一个集办公、酒店、公寓和商业为一体的综合体。塔楼结构高度为米,地上72层,地下4层。曲线布置斜柱体系深圳金地大百汇结构体系采用带伸臂桁架与腰桁架的框架核心筒体系,外框架由钢管柱与型钢梁组成。结构立面呈纺锤型,外框柱呈曲线布置而产生一系列的斜柱。曲线布置的斜柱体系对抗侧刚度有一定的提高。深圳金地大百汇筑博设计我们使用三维坐标给不同楼层的柱子定位,每层柱子的位置都会变化,相当于每层都形成一个坐标点,每层都是一个节点。核心筒变化及顶部桁架转换的近70米的幕墙顶冠都是重难点,采用多级摆TMD阻尼器解决了塔楼顶部水平舒适加速度问题。深圳金地大百汇筑博设计钢材作为建筑材料本身的结构性能很好,但是其弊端也有很多,比如耐火性差和耐腐蚀性差。国内大楼起火的案例不计其数。失火时,钢材在度以下的承重性能比较稳定,但在度到度时,其承载能力急剧下降。一旦出现火灾,很容易出现结构的局部破坏,之后便是连续性倒塌。最典型的案例是美国事件,飞机撞击大楼导致局部柱倒塌,航空燃油形成的大火很快使整栋大楼结构失去承载能力,大楼在短时间内倒塌。因此国家对于超高层出台了更严格的防火设计加强性技术要求。在特殊气候环境(海洋性气候)下以及特殊的建筑功能(化工厂、游泳馆)中,对建筑中的钢结构的耐腐蚀性要求较高。所以结构工程师工作中的一部分在于,对可能出现的状况进行预判,在结构设计中加入应对措施。比如深圳游泳馆的顶棚钢结构使用了热喷铝+防腐漆保护做法,给钢结构设置了更可靠的防腐措施。结构的后期维护也是结构工程师工作中需要考虑到的。结构工程师的工作和建筑师的工作相辅相成,许多异形建筑往往是结构先行。建筑师在设计中展现的是感性的一面,结构师则是更加理性的存在。成熟的结构工程师看到夸张的形体时不是第一时间抗拒和否定,而是马上思考可以通过怎样的结构创新使之实现,成熟的结构工程师也需要具有不断突破、不断地挑战自我的精神。在我们的工作中很多大型建筑项目的结构都是“定制款”,很多情况下我们都在做着结构的创新工作,这是非常有趣的一部分。结构体现出力的美感,很多结构相关的公共装置和艺术品也应运而生,这些小尺度的项目也是一种有趣的存在,是结构工程师做惯了复杂大型项目之余可以尝试的新方向。筑博作为一个综合集团,结构工程师的储备人数比较大。钢结构作为在项目中运用面越来越广的一种结构体系,特别是解决一些常规混凝土不能或轻易实现不了的结构。在结构团队内详细讲解这方面的构造知识是比较有意义的,这是我在筑博培训学院结构初级班开课的目的。文中图片未标注者来源于网络*