经历

重塑摩天大楼

世界第八高楼的结构并非传统设计。

天津落成超高层新地标建筑:天津周大福金融中心。这座摩天大楼的最后一根钢梁已吊装到位,并将于今年年末开放,成为全球第八高楼,高度达 530 米。天津作为一个港口城市,城区在不断扩大,现在坐高速铁路从北京到天津仅需半个小时,因此这个摩天大楼的落成具有里程碑意义。

塔楼呈现起伏的曲线型,并延伸至具有开式格状楼冠,楼身轮廓高大醒目。大楼外部由玻璃外立面包裹,可以映照天空,给人以深刻印象。

该项目的 SOM 设计合伙人 Brian Lee 表示,在天际线上创造一个醒目标志无疑是其设计目标之一。该塔楼预示着整个区域的发展:TEDA,全称天津经济技术开发区,位于天津市历史核心区域的西部。

TCTF
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但周大福金融中心所取得的成就远远不止视觉上的震撼效果。SOM 设计该建筑的首要目标是建筑的功能和性能。“高层建筑需要时间、金钱和自然资源的大量投入。我们认为,建筑成功与否要以其运行的效果衡量”,Lee 表示。“事实证明,从有计划的功能到结构性能,这种设计可以满足项目简介中的所有要求。”


层叠

首要考虑的是塔楼的混合用途,即办公室、公寓和酒店。每个项目都需要不同尺寸的楼板,因此设计团队将这些功能区一个接一个从上到下叠加在一起。同时,由于结构和垂直运输所需的空间随着建筑高度的增加而减少,这一策略就使得大厦呈锥形,办公楼层在底部的面积高达 3,800 平方米,而公寓和酒店楼层在接近顶点时减少到 1,800 平方米。

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在对建筑体积进行削减的同时,SOM 建筑师和工程师组成的跨学科团队思考了哪种结构体系最适合这座 96 层高的塔楼。该团队没有重新利用现有的结构设计,而是选择进一步挑战极限:为项目的制约因素找到独特的解决方式。

SOM 的建筑师和工程师们评估了一系列可能的结构系统,以匹配锥形形式。他们最终创造出一种混合设计:一个阶梯式的核心筒结构外加一个倾斜的外围柱系统。这种设计同时解决了从风力到地震安全等一系列的结构性难题。


风力工程

超高层塔楼都需要考虑如何抵御风力。强有力的阵风可达每小时 161 公里(100 英里),会导致外形高大纤细的建筑物摇晃。另外,吹向塔楼的风会产生集中的涡流,导致结构的振动,这种现象被称为涡流脱落。

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因此,若合理设计塔楼的形状,可大幅减少这些力。团队开发了多种锥形结构的变体。然后团队对设计进行了初期测试,即利用风洞来研究模拟大气条件的影响。

“我们发现凹凸形态可以帮助有效减少风力。这令人十分惊喜”,Lee 表示。

风洞测试帮助该团队进一步完善了设计,加入了圆角、扇形的建筑表面和锥形塔冠。在塔楼的顶点,多孔设计大大降低了风的加速度。


更强、更快、更便宜

除了风力,团队还必须考虑地震这个重大风险。要在活动断裂带建造大楼,所有结构尤其是超高层塔楼结构,必须能够承受住风和地震负载。

许多同样规模的塔楼会采用补充支撑系统,称为撑脚,以抵御地震的潜在影响。但这些系统会增加建筑成本和施工时间。而 SOM 想出了另一种解决方案:将巨大的斜柱与塔楼的核心筒相结合,使整个结构能够抵御横向力。

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事实证明,斜柱设计不仅比传统的撑脚系统建造速度更快,而且还大大减少了所需建筑材料的数量。与之前另一位建筑师为同一项目设计的方案相比,SOM 的最终设计节省了 19,000 吨钢材、10,500 立方米混凝土和 3,900 吨钢筋,这不仅节省了施工成本,也降低了建筑对环境的破坏。

Tianjin CTF Finance Center
Tianjin CTF Finance Center © Tim Griffith
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SOM 再次成功找到了解决方案,将成本降到最低,同时还提高了塔楼的性能。团队开发了一个由平板玻璃错列组成的系统,并设置在具有凹凸表面的竖框系统中。SOM 的项目技术设计师 Thomas Kinzl 表示:“这是非常创新的设计,与常规的标准幕墙不同。”

这种与众不同的设计带来了许多好处。275 毫米宽的竖框形成了较低的窗墙比,减少了制热和制冷成本,同时还提供了广阔的视野,并能最大限度地利用日光来节省能源。但大多数参观者更容易注意到的是整体视觉效果。“错落有致的玻璃板和新月形的铝制竖框形成了一种美丽的纹理,捕捉着光线。塔楼闪烁的光线十分夺目,颇具活力”,Lee 表示。


团队工作

真正有创新的塔楼凤毛麟角;高层建筑的高风险性通常导致客户倾向于选择传统设计。但常规的解决方案不一定是最优的。

而在天津,SOM 找到了一个愿意承担风险的客户。Lee 表示,同样重要的是,一个跨学科团队能够将从结构到外立面的新想法整合到一个整体设计中。他表示:“如果没有建筑师和工程师,甚至室内设计师之间非常密切的合作,这个建筑是不可能完成的。”

“我们努力实践自己认为正确的想法,尽管这个想法从来没有被付诸实践过。最后,我们的客户能够以较低的成本获得一个性能更好的建筑,并对城市发展起到更大作用”,Lee 说到。

因此这座高楼不仅是天际线上的一个标志,也代表着可持续性发展的前进方式。它标志着天津这座崛起城市的美好未来。