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三是文化和心理的特点。空中庭院的设计力图在建筑空间的理念上,将中国传统建筑中“前庭后院”的手法转移到现代超高层建筑中。在上海陆家嘴,建筑到200至300米以上的区域很多时候会在云雾之中,500米以上更处在雷电区,中庭空间的运用,为在高区活动的人群创造一种相对安稳舒适的心理感受。
更具创意的是,Gensler的设计师还设想将双层幕布的“外皮”做成旋转并逐渐向上收分的形态,让大楼更具动感。
120度旋转向上抵御台风
然而问题来了。“上海中心”之前,双层幕墙这样的结构,还从未出现在350米以上的超高层建筑中。
“整个上海中心大厦工程中,项目技术含量最高、绿色效应最强、难度系数最大的就是幕墙工程。”上海中心大厦建设发展有限公司副总经理、总工程师葛清说,大厦是世界上首次在超高层建筑安装14万平方米(相当于19个标准足球场大小)柔性幕墙,难度系数在幕墙界堪称世界之最。
“从工程学角度来看,超高层的玻璃幕墙,比纸还脆弱,因为稍有不慎,就将带来灾难性的破坏。”负责上海中心项目深化设计方案的是上海本土的同济大学建筑设计研究院(集团)有限公司,公司总裁助理陈继良说,工程人员在项目深化设计中,重点攻克的就是大厦在超出现有设计标准条件下,满足防震、防风、防火等一系列抵御灾难性气候条件的结构设计方案。
经过地震安全评估,上海并不处于地震带,“上海中心”的设计抗震能力,可以抵御烈度为7.5度的强震。大厦在玻璃幕墙上设置窗喷,可均匀地布水,也能有效提高火灾时高空救援的效率。
但在防风问题上,由于此前并没有600多米高空风力检测的历史数据,工程人员可参考的,也只有金茂大厦和环球金融中心的风剖面数据,大厦旋转并逐渐向上收分的设计形态,到底是有利于防风,还是不利于防风?
工程人员在加拿大国家研究院的风洞里,进行标准为百年一遇的台风风洞测试。测试结果表明,旋转角(词条“转角”由行业大百科提供)度越大,作用在主楼表面的风荷载越小,证明了大厦旋转的体型设计,完全符合空气动力学的基本原理。
虽说大厦旋转角度越大,建筑体量动态效果越强烈,但过于强烈的动态感和设计初衷并不匹配,将破坏“上海中心”和陆家嘴超高层群体之间的和谐关系。通过反复测试甄选,最后发现120度是美学与风工程学的最佳结合点。
外幕墙120度旋转向上收分的设计,可帮助“上海中心”抵御经常光顾上海的台风威胁,不仅为大楼降低了24%的风荷载,还造就了更轻、更高效的幕墙结构,大大降低了对自然资源的消耗,节省了近3.5亿元的造价。
270台风力发电机在上海中心121层高空作业
可滑移支座实现伸缩自如
在“上海中心”即将分步运营前期,记者先行探营发现,整座大厦共分为9个垂直分区空间,每个空间12至15个楼层,各空间转换层,共布设了21个“空中花园”,供人们休憩、交流。
神奇的是,每个垂直分区空间里,内外两层幕墙间的间距最小1.5米、最大有10多米,垂直落差达43至63米,如此大型空间里,竟然看不到一点钢筋混凝土的影子,完全由钢结构担纲所有的幕墙支撑。
“这一开创性的幕墙支撑结构,如果运用于普通建筑上,并不算太难。但在“上海中心”这样的超高层建筑中,这种结构需要面临上下跨度大、支承玻璃幕墙的钢环梁构件超长等问题。面对台风、地震、高低温、幕墙玻璃板块自重加载等因素,如何有效控制变形,事关整个幕墙的结构安全。”葛清说。
来自同济大学、上海建工机施公司等方面的建筑工程专家们经过各种试验,选择了在支撑结构体系关键点上安装允许结构伸缩的“可滑移支座”的方案,使外幕墙在外界作用下,能在设计允许范围内发生竖向或水平位移,避免结构因应力过大而遭受破坏。
这种允许外幕墙在一定范围内移动,体积相当于两只架子鼓叠加起来的“滑移支座”,尽管其貌不扬,却是保证“上海中心”外立面柔中带刚的关键。此项一般用于航空航天等高科技及军用领域,在建筑领域尚属全新应用。
为了能更好地控制“滑移支座”的生产进度及工程造价,负责“上海中心”幕墙支撑结构的上海建工机施公司,对构件进行了国产化研发。
“上海中心”这样的全球地标性幕墙工程,过去只被少数国外顶级幕墙公司垄断。作为业主的上海中心大厦建设发展有限公司综合考虑多方因素,慎重选择了三家中国幕墙龙头企业,合力完成这个史无前例的幕墙超级工程:承接外幕墙的是“沈阳远大幕墙”;承接内幕墙的“北京江河幕墙“而承接裙楼幕墙的是”武汉凌云幕墙“。三家幕墙企业,都是多年来,在AL-Survey门窗幕墙行业读者调查活动“我最喜爱幕墙工程”评选中的获奖企业,拥有非常多国内外成功的地标建筑案例。
为了确保幕墙工程在质量和安全上万无一失,“上海中心”所有的幕墙板块,玻璃全部采用“0”自爆的超白玻璃SGP夹胶产品,其安全性超出国家现有幕墙安全标准的设计要求,并接受各种匪夷所思的测试。而在建筑的防火安全方面,通过选用国内标杆产品,“广东金刚”系列防火门窗,为超高层建筑在发生火灾时,提高生命安全和财产风险保障的能力。配合“上海华硅”的防火专用耐候胶,在提高密封胶的阻燃性能基础上,又保持了优异的力学性能,12万米防火胶成为安全防护体系链中的重要一环。因此,在接受1000摄氏度的炉火炙烤;模拟最严酷的环境,验证狂风、暴雨和高压等恶劣条件的下,幕墙密封性和抗变形性等性能时,完全达到设计要求。(未完待续)
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