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深圳超级新地标,“开挂”之作:大疆天空之城

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位于深圳南山区的天空之城是大疆科技创新未来的新家,也是今年粤港澳大湾区最值得期待的地标之一。


总建筑面积23万平方米的天空之城由著名的福斯特建筑事务所设计,简洁的造型,错落且充满未来感的设计,完美契合大疆的科技创新精神。

作为大疆在无人机应用前沿的合作伙伴,奥雅纳此次为大疆的新家提供了结构、机电、幕墙、交通、可持续及消防等一体化的工程设计和咨询服务。

造型结构都“开挂”

天空之城由东、西两栋分别高212米和190米的超高层塔楼组成。每栋楼都盘旋外挂了6个悬挂体,与塔楼高低错落配合,像科幻小说里的飞行器,又像虚拟世界相互链接的区链空间,给人别样的悬浮感和未来感。


每个悬挂体顶部为钢结构桁架箱体,高4层,可作为专用的无人机试飞空间,配合独特的观影效果,将顶尖无人机技术完美展现。箱体下方则为主要办公空间,采用大跨度无柱空间设计,配合270度玻璃墙面景观环绕,为空间引入充足自然光,也为员工提供开阔的视野和创新氛围。

全底层架空搭配花园绿植的设计,使得裙楼景观设计与城市景观浑然一体,营造出通透良好的城市公共空间。

面对扭转不规则、凹凸不规则、平面组合、楼板不连续、侧向刚度尺寸突变、抗侧力构件不连续等建筑特点,奥雅纳团队通过大量的方案设计、技术论证和对比研究,最终采用了带悬挂层的支撑框架结构体系。大楼竖向力,部分通过大跨梁板直接传递至落地的核心筒,部分通过吊柱往上传递给悬挂层的箱体,再通过悬挂箱体的桁架传递给落地的核心筒;地震和风的水平力通过具有合理刚度的楼板进行协调,由核心筒进行抵抗和传递。



▲ 结构体系和平立面示意 © Arup

天空之城由于设计的特殊性仅有核心筒区域为落地结构,因此核心筒的安全性非常重要。设计团队采用了多道防线的支撑+框架结构体系。在确保框架结构延性能力良好的同时,设置可以提供整体共同作用的多榀支撑布置,从而实现框架和支撑系统共同工作的抗震多道防线设计。


▲ 核心筒在竖向力下的变形分析和支撑布置 © Arup

设计中亦充分考虑到悬挑箱体结构的重要性,对其采用了主要传力桁架和次要钢架共同作用的设计理念。在规范设计的基础上额外预留安全系数,同时增强整个箱体结构的内力重分布能力,从而提升悬挑箱体后期的延性变形能力。


▲ 悬挑箱体和刚架共同作用的设计理念示意图 © Arup

一桥飞架东西

在距地面100米高度处,一座造型简洁美观的拉索桥连接东西塔楼,可以提升建筑内部人员的流动性、消防疏散,和沟通效率。


▲ 拉索桥示意图 © Arup

设计团队在综合桥型美观、结构稳定和抗震性等多方面的考量,最终选用了拉索桥方案。连桥支撑在大楼悬挑的箱体上,主跨支座间距76米,总长90米。由于桥梁本身轻薄,无法有效地影响两栋塔楼的固有刚度,因此结构抗震设计的策略采用了连桥弱连接的形式。连桥与塔楼结构的支座施放水平约束,保留少量刚度及变形限制措施;竖向支座采用受压和受拉的方式设计,确保桥柱处的压力及背索处的拉力可以有效支撑。


百米高空的轻盈拉索桥,易受深圳地区大风的影响,设计团队对桥梁的整体和桥身进行了CFD仿真分析和风工程的专项设计,以抑制桥体的风振失稳,并通过风洞试验进行详细研究和论证。同时,在满足规范对于室外天桥的人行振动舒适度标准外,考虑人们对于高空连桥振动的易感特性,本项目亦基于实测的桥梁动力特性,进行TMD的减振配置。




▲ 连桥的仿真分析设计及风洞试验研究

抗震设计:又悬又稳有方法

如此独特的不对称悬挂结构和仅靠核心筒落地支撑整栋大楼的竖向传力和抗震抗风的设计方案,给天空之城的总体抗震设计带来了巨大的挑战。

天空之城的核心筒区域是仅有的落地构件,将作为主要的抗侧向力构件,需要有能力承担所有的侧向力;悬挂的箱体结构和吊柱对于确保悬挂楼层的安全性也至关重要。我们的团队根据这些结构特点,以及局部环境和结构需求等情况,将塔楼结构的抗震性目标定为C+。在通过一系列方案分析论证结构安全性满足要求后,团队更进一步通过放大地震加速度的超大震分析,使结构发生明显的塑性开展直至倒塌,找出结构薄弱部位、破坏机制,以及结构抵抗超大震的安全储备,据此加强并完善抗震设计。


▲ 大震层间变形 © Arup

角曲线示意



▲ 落地的框架柱及支撑的塑性发展状态 © Arup

结构表现:于细节处见真章

天空之城大厦浓浓的工业技术风格不仅仅是通过整体建筑的造型来体现,而且大量采用了外露的结构来表现建筑之美和高级的技术感,我们的结构工程师、建筑师,和业主对于需要结构表现的外露构件设计和节点设计进行了大量的设计配合和探讨,高效的手绘沟通,辅以3D/BIM的建模推敲和分析设计,从而实现了外露结构的美观、安全,和施工可行性。


▲ 外露钢结构节点的构造设计及分析 © Arup

外露结构:防腐防火有讲究

天空之城的钢结构大量采用结构外露设计,因此钢结构表面的防腐和防火设计是关键。我们详细区分了室内和室外构件,依据不同环境类别情况,采用不同的防腐保护系统,并且依据耐候性要求对底漆、面漆和整个防腐涂料系统进行了严格要求。

为了保障天空之城特有的外观效果和结构在火灾下的安全性,奥雅纳消防团队对项目的结构防火保护进行了创新方案设计。




▲ 防火方案分析 © Arup

设计团队研究采用了先进的室外火灾模型,根据钢结构位于建筑幕墙的外侧且具有一定距离的建筑特点,分析了各种建筑火灾的场景下,外露的梁、柱、斜撑等构件的温度影响,并综合考虑构件的尺寸、受力形式、防火保护层的设置等多种因素,既实现了结构外观效果和气候耐久性要求,也便于后期保养维护。

幕墙设计:兼具未来感与科技风

天空之城的外围护幕墙采用了高效节能的低辐射Low-E镀膜玻璃,悬挂箱体外围则采用了超大玻璃板块,和节能且防噪为一体的幕墙体系。核心筒外围采用竖向不锈钢装饰线条与大楼结构外露造型遥相呼应。


悬挂体底部则采用单轨维护体系为大楼后期维护更换提供保障。大堂入口采用超白夹胶透明玻璃及高质感的不锈钢立柱。幕墙设计可谓是给天空之城的科技感和未来感做足了功夫。

大跨无柱空间机电整合设计

天空之城的机电工程设计更参照工业级精度要求和性能化方法进行设计,办公区机电管线全部穿梁布置,浓厚的赛博朋克感扑面而来。


▲ 机电管线BIM图 © Arup

设计中采用了BIM的3D设计,综合建筑设计、结构和机电的要求,不设吊顶,从而实现大、净、高的室内空间,符合高科技企业风格。



内外交通,成就城中之城

天空之城的垂直交通系统设计充分考虑漂浮的建筑形态和高科技公司作息特点,让建筑“更轻”。项目创新地采用双子电梯系统,满足大疆总部不同楼层部门的层间交通需求,提高空间交通效率同时减少非高峰期电梯能耗。

我们的团队更将国内外项目的先进交通咨询经验应用于天空之城,将其现在和未来的交通需求综合分析、评估,并对高科技企业特殊的交通情况进行了重新的梳理与研究。在此基础上采纳物业、机电专业的意见,保证项目对外交通的连接、项目出入口布局、项目未来的班车需求、停车库需求以及管理、项目进出行人安排等的合理安排与布局。


▲ 人行仿真图 © Arup

交通团队还提供了项目内部的人行仿真服务,保证项目内部的空间结构以及管理基于实际运营层面进行进一步的优化,以满足企业对内部空间高效使用的高质量要求。

一体化设计,赢得各方赞誉

奥雅纳多专业团队与业主、建筑师,和华阳国际等合作方紧密合作,凭借坚持创新的精神和精湛的设计技术成功解决了非对称悬挂结构的垂直度设计、结构体系的安全性论证、大跨度无柱空间的机电设计等一系列项目难点,并在舒适度和品质设计、施工方案研究等方面开展了细致的工作,使天空之城的设计得到各方认可和赞誉。

天空之城项目已完成主体结构施工,期待在年底顺利竣工,并投入使用。


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