有活动能力的铰接节点,可以让这个全球最大的整体式自由曲面网壳屋面像微风中的树冠那样“轻柔摇摆”。
凤凰展翅的美好意象赋予了“未来之翼”行云流水般的轻盈身姿,表达了苏州中心“展翼飞翔,迎向未来”的美好愿景。但苛刻的外观要求和不利的超限条件,给设计师提出了巨大的挑战。
首先,作为城市地标,3.5万平方米的“未来之翼”磅礴大气、展翅欲飞。要达到这样充满动感的效果,就要尽可能达到通透、轻盈、柔软和流畅的设计要求。绝不能因为它超长超大,就出现任何类似结构伸缩缝这样的粗糙处理。
其次,虽然“未来之翼”是覆盖在商业体上的一个整体,但实际上,屋面却坐落在四个相互独立且高低错落的建筑体上。这四条长短不一的“脚”,在未来还可能会发生不同程度的沉降,这就要求,屋面需要具有一定的柔性来适应这种变形。
再次,“未来之翼”处于复杂的风环境中,东面面临从开阔金鸡湖湖面吹来的东南风,其余三面面临穿梭在CBD建筑群中的“穿堂风”。加上“未来之翼”本身轻薄不规则的曲面结构,以及玻璃幕墙格栅、开洞等不同造型,都为应对风荷载增加了难度。
在经过反复比对方案后,结构设计师提出了“以柔克刚、刚柔相济”的原则,并通过“三步走”的方案论证,最终明确了“未来之翼”的“骨骼”设计方案。
第一步,结构找形。因为“未来之翼”的结构轻薄且刚度小,必须找到合理的结构传力路径,才能避免屋顶在承受荷载之后发生非常大的变形。通过建立变形位置的平衡方程,设计师就可以确认多大的变形可以满足控制效果和结构安全。
第二步,化整为零。利用复杂的双曲线,结构设计师将屋盖划分成10590个四边形的网格格栅。比三角形少一根杆件的四边形网格既经济又可以减轻自重。同时,当屋面因为超长引起扭转变形时,四边形网格的四个节点能通过翘曲有效消解变形,从而达到适应变形的效果。(www.daowen.com)
第三步,以柔克刚。大鸟屋面通过树形柱、V形柱和侧水平支撑杆等构件支撑在四座建筑体上。这些撑起屋面的“树枝”,通过铰接或刚接联系网壳。其中有活动能力的铰接节点,可以让这个全球最大的整体式自由曲面网壳屋面像微风中的树冠那样“轻柔摇摆”。
多次建模,确定最佳方案
西立面示意图
东立面示意图
北立面示意图
南立面示意图
风洞试验的结果为风环境复杂的“未来之翼”提供了精确的科学依据
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