张准：燕几之翼的结构

编辑：原源 | 2022.02.10 18:03

△ ©章鱼见筑

建筑设计 同济大学建筑设计研究院（集团）有限公司原作设计工作室

结构设计 张准王瑞王金花

项目地址 深圳市宝安区洋涌路26号附近

竣工时间 2020年9月

建筑面积 940平方米

全摇摆柱框架或极端细长柱的柔性框架自身并没有足够的抗侧能力，是一种需要对其稳定性谨慎对待的力学构型。因此，将其作为建筑系统使用时，一般都需要附加抗侧单元避免结构倾覆。抗侧单元可采用尺寸较大的悬壁柱、拉索、斜撑等线性构件或者附加剪力墙。

△ 直岛海之站图源网络

镜面不锈钢覆盖的抗侧墙（SANAA+佐佐木睦朗）

△ 世博M2码头 ©原作工作室

索+BRB支撑系统（同济原作+ECADI）

在燕几之翼的设计中，希望对摇摆柱的表达更彻底，弱化抗侧构件的存在。由于在这类结构中完全去除抗侧构件并不适宜，如何以建筑与结构的结合来消解抗侧系统的存在感成为一个设计议题。这一议题从两方面展开，对结构而言是结构构型如何拓扑变化适应建筑，对建筑而言是变化后的构型带来了何种机会。常与摇摆柱系统搭配的抗侧单元如下：

△ 悬壁柱、剪力墙 ©张准

交叉柔性支撑及刚性支撑

将上述基本构型结合场地及建筑功能错位拼接，可形成完整的二维抗侧体系，进一步结合建筑功能发展到三维空间，便是本项目的结构系统。

△ 抗侧体系的二维图示 ©张准

△ 结构的三维布置 ©原作工作室

左侧半平台利用场地高差及滑梯、中部利用通往屋面的楼梯

右侧利用附属功能区的墙体

本系统中大量立柱并不与抗侧单元直接连接，需要通过楼面成为整体。楼面的牢固程度是确保结构稳定的重要一环。

建筑设计以七巧板为灵感对楼板进行了划分，一来希望实现类似七巧板的分块拼接并以木结构的观感进行表达，二来基于三角形的梁布置，可以使楼面具有更好的平面内刚度。这一构思为结构设计同时带来了机会与挑战。

△ 楼板与立柱的三角形对位关系 ©章鱼见筑

由于三角形布置的主梁网格已经具有足够的刚度，面板的刚度变得相对次要，可将上述主次关系在受力与材料上区别对待，因此构建了一种带有分块装配概念的钢木组合楼板系统。

每块三角形楼板的周边为异形槽钢，内部填充胶合木梁并采用CLT板封闭上下表面。组合楼板以400mm厚度实现最大约11m的跨越能力。该楼面系统自重较轻，也为纤细的摇摆柱创造了便利条件。

这一系统中，仅通往屋面的两个楼梯区域因其抗侧重要性而采用了钢板楼板。

△ 剖面可见楼板构造 ©原作工作室

楼板系统规划完成后，便迎来了最终的结构设计挑战。三角形楼板使部分柱顶出现十根钢梁汇集，如处理不当则之前的若干巧思都将因笨拙的节点外观而付之一炬。

从结构受力而言，摇摆柱的柱顶铰接，理论上不传递弯矩，对于减小节点尺寸大为有益，而对于楼面梁而言，各区块楼板也可在角部采用铰接，但是竖向剪力及各区块间的水平传力至关重要。兼顾上述力学特点、节点标准化和整体安装便利性，设计了如下的蘑菇帽节点。

△ 蘑菇帽设计手稿 ©张准

△ 节点模型 ©原作工作室

该节点的核心构件为一个机加工锥形蘑菇头，摇摆柱顶嵌入蘑菇头底部的沉槽，限制了水平位移，顶部向下旋入螺栓避免竖向拉脱。楼面梁采用端部铰接构型，因此三角楼板的边梁在角部合并为单竖板并缩减高度后与蘑菇头焊接（弯矩释放）；单竖板顶部在节点周边附加水平板补强，提高整体水平传力能力、避免竖板屈曲（轴力传递）；而锥形节点使得竖板与其连接的焊缝具有更可靠的抗剪能力（剪力传递）。

蘑菇头的特殊造型，也不禁引发了在此处添加照明的想法。