建筑設計從來不是一件特立獨行的事,而是與結構等相關專業緊密地結合在一起??梢運?,一個好的建筑必然是一個結構合理的建筑。從JAE總工程師杜剛20多年的設計經驗中可以看出,結構設計不僅需要緊緊抓住建筑特點,做出合理的結構設計表達,更需要在現有的結構體系中尋求突破與發展。在看似困難且枯燥的結構設計過程中,他思考不停,看到挑戰所帶來的樂趣,讓結構賦予每個建筑可以馳騁的創意設計空間和安全平穩的落地能力。

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01

建筑圖像的啟蒙與學習生涯

作家余華曾說:“一個人的童年是決定他一生的,世界給我們的最初圖像就是在這時候出現?!輩悔鮮朗碌耐昀?,在工地上看到一堆堆的石子、黃沙,一袋袋的水泥,一塊塊的紅磚,經由工人師傅之手變成一棟棟的樓房,建造工地施工的圖像便深深印在杜剛的心里,生命的底色悄無聲息地鋪展開來,也由此拉開了他日后投身到工程建設領域的序章。

“1989年我高中畢業考入同濟大學,在新生歡迎儀式上,當時身為建工系主任的張譽教授說,同濟的結構工程專業在全國都是首屈一指的。我們在臺下聽得很自豪,也慶幸選擇了這個專業。

同濟的教學很獨特也很嚴格,基本上每一門課程結束以后都會安排結合實際工程的實習。印象比較深刻的一次實習經歷是大四那年在同濟院做畢業設計,課題是一個實際的工程項目。當時帶我們的老師是一位資深的老工程師,滿頭華發,非常認真負責,對我們要求也非常嚴格?!?/p>


杜剛與老師同學合影

“當時從確定結構方案、計算分析、到構件設計全由自己獨立完成。夏天我們在悶熱的宿舍里,手工計算6層框架結構的內力,三四天才算完,草稿紙厚厚一大本。計算完以后要進行圖紙設計,由于是第一次進行實際工程的設計工作,畫出來的圖紙很稚嫩,指導老師非常認真,耐心地指出我們圖紙中的錯誤和不符合實際情況之處,每一位同學的圖紙都仔細批改。雖然已經過去20多年了,這段經歷給我留下很深刻的印象,也養成了我現在對工程設計精益求精的工作態度。


02

在JAE的結構設計旅程

上世紀90年代,我國處于大開發、大發展的時代,上海城市建設持續高速發展,尤以浦東為最。此時畢業的杜剛希望投身于結構設計,與此同時“東方明珠”崛起于浦東建設熱土之上,改變了上海城市的天際線,更是改變了單筒電視塔的刻板形象,在建筑造型與結構設計上實現了巨大突破。心之所向、素履以往,加入JAE成為當時杜剛的不二之選。



浦東陸家嘴全景

“當時JAE是由東方明珠設計組延續而來,成員都是東方明珠設計組的原班設計人員。公司三四十人的規模,分成建筑、結構和機電三個組。整個隊伍短小精悍,戰斗力較強,而且設計人員大多名校畢業,設計經驗豐富,平均年齡也不大,是一個很有朝氣的團隊?!?/p>

扁平化、寬松的工作環境給予每一位團隊成員自由成長、發揮的空間,杜剛很快便獨當一面,從普通設計人到開始獨立負責項目,如今他已成為公司結構總工程師。從事結構設計20多年,大量設計項目的積淀讓他接觸到了各種類型的結構形式。足夠的熱愛、精于細微的責任心、清晰的結構概念與不斷創新的精神,成為他20年來從事結構設計工作最深刻的態度。






杜剛日常工作照片

JAE能夠一直在業內保持結構設計的優勢也正源于不斷創新、敢于挑戰的企業精神。我們不拘泥于現有的結構形式,會根據項目特點找到適合建筑造型或是建筑效果特有的結構體系、結構形式,我們自主創造了很多新的結構形式,部分還申請了發明專利。同時,我們善于啃硬骨頭,承接了很多別的設計院不愿意做、不敢做的項目,通過我們的專業能力把它完成,現在很多已經建成,并取得了比較好的效果?!?/p>


浦東商務中心+自貿廣場,上?!ね飧咔瘧K扒?,180米高,全過程設計



張江科學城56#,57#地塊項目,上海,320米高,結構顧問


地鐵上蓋綜合開發項目,上?!ぽ紛?,結構顧問


世僑中心項目,福建·廈門,113米高,全過程設計


后溪長途汽車站平移,福建·廈門,平移結構設計


海峽明珠,福建·廈門,258.8米高,建筑施工圖和結構機電全過程設計


03

建筑與結構的平衡

建筑與結構作為建筑工程中最重要的兩部分,其關系在杜剛看來是協調統一的。結構設計與建筑設計需要同步進行,兩者相互配合的關鍵在于尋找一個“價值平衡點”。

“從建筑師的角度來說,在進行方案創作的時候不僅要考慮獨特的建筑效果、符合要求的使用空間,還需要考慮到結構的合理性。從結構師的角度來說,應該盡量配合建筑師的想法,利用自己的專業知識、結構經驗選擇出或是創造出符合建筑效果的合理的結構體系和結構形式,來促成建筑設計能夠很好的實施。

但不可避免建筑和結構某種程度上會存在“分歧”,這就要看建筑和結構怎么來協調和平衡,尋求一個“價值平衡點”。結構工程師通過多方案比選讓建筑師選擇出既能最大程度滿足建筑效果,又能實現在結構安全與經濟性方面大幅度改善的方案。只有各個專業達到相對的平衡,這樣的方案才是一個最優方案,這個建筑才是一個好的建筑。


魯能國際中心,浙江·杭州,299米高,結構顧問


世茂璀璨天城購物中心,四川·成都,結構顧問


綠地港區會展中心,河南·鄭州,結構顧問


空港綠地國際會展中心,陜西·西安,結構顧問


04

創新的結構設計

地標性建筑的結構設計

很多地標性建筑不僅建筑造型獨樹一幟,結構設計也極富創意。杜剛主持和參與了上海東方明珠電視塔改擴建項目、印尼雅加達電視塔、上海碧玉藍天大廈等重大工程和地標性建筑的結構設計,在他看來結構創新可以為建筑設計提供更多發揮的空間。

上海東方明珠電視塔改擴建

2008年,JAE又承擔了東方明珠電視塔改擴建設計工程,在259米高的球體上增設360度的“懸空觀光廊”,游客可透過腳下的透明玻璃,俯瞰浦江兩岸全景。



懸空觀光廊是由24組扇型全透明環型玻璃鋪設而成的觀景走道,可由傳動裝置控制開閉。因為東方明珠是上海地標,它的建筑形象已經深入民心,我們當時也擔心,如果在上球體上增加觀光長廊,市民是否可以接受?就設計了一個能開閉的結構,隨時可以恢復原狀。從建成到現在反響很好,除了維護檢修外,基本上就沒有閉合過?!?/p>

上海碧玉藍天大廈

2005年,杜剛主持了上海碧玉藍天大廈的結構設計,大廈位于陸家嘴金融貿易區核心位置,與東方明珠電視塔、金茂大廈隔街相視。作為一座220米高的超高層建筑,大廈建筑主體采用曲線三角形設計,其獨特而優美的外觀如玉石般晶瑩剔透,宛如一塊擎天碧玉屹立在浦東這片熱土上。




我們選取了混合結構的形式,內部采用鋼筋混凝土核心筒,外圍框架采用鋼管混凝土柱、鋼梁、組合樓板。這種結構體系的抗震性能和經濟性都非常好,而且結構的用鋼量非常節省,柱子的截面可以做到很小,施工速度非???,與同類建筑相比用鋼量節省了20~30%。工程竣工后業主和建筑師都非常滿意,基本實現了建筑師想要的效果,而且經濟性提升了很多?!?/p>

城市更新類建筑的結構設計


在杜剛接觸的各類項目中,相比于新建項目,歷史?;そㄖ母腦旒庸躺杓聘峁故Υ吹奶粽礁??!?span style="margin: 0px; padding: 0px; border: 0px; font-family: inherit; font-size: inherit; font-style: inherit; font-variant-caps: inherit; font-weight: 700; font-stretch: inherit; line-height: inherit; vertical-align: baseline; word-break: break-word;">首先這種項目要在對周邊建筑?;さ那疤嵯陸薪峁股杓?;其次既要考慮新建建筑和原有結構如何更好的銜接,也要保證原結構滿足現行規范的要求,對原結構采取合理的結構加固方案。”

上海展覽中心


建成于1955年的上海展覽中心,承辦了許多國內外重要的展覽會。作為50年代上海市建造的首座大型建筑,2016年入選“首批中國20世紀建筑遺產”名錄,屬俄羅斯古典主義建筑風格。2001 年,杜剛承擔了對其主體結構進行加固改造的設計工作。


“這個項目我們受到的限制條件比較多,原有的建筑造型包括內部的裝飾線條都非常精美,這些都是需要?;さ?。當時我們碰到一個問題,序館主樓的柱子經計算已經不能滿足現行規范的要求,需要進行加固處理。但是柱子原設計比較獨特,是八邊形的截面,在結構計算時需要做一定的特殊處理,同時不能采用傳統的加大截面的加固方案。所以我們在結構計算時就通過等剛度代換來模擬,加固方案的選擇上采用一片片的厚鋼板把八邊形柱子包起來,這樣不但解決了柱子原來承載力不足的問題,而且很好地還原了柱子原有的造型。

上海思南公館

始建于1920年的上海思南公館歷史風貌?;け鶚菏巧蝦J兄行暮誦那訓玫某善;さ畝懶⑹?、聯立式的花園別墅住宅,根據?;ひ?,所有建筑的立面和結構體系不做改變,內部按照現代建筑需求進行改造。2004年,杜剛主持對其結構進行加固改造設計,從設計到完成前后歷時近十年。




“思南公館經歷了八九十年的歲月,原結構承載力非常差,而且原住戶對它的破壞、改建、搭建現象非常嚴重,相當于80、90歲的老人一樣,飽經風霜。我們接手以后想了很多種結構加固方案,比如原設計采用的是大方角的灰土基礎,因為我們此次改造要把原來的木樓板換成混凝土樓板,使用功能按照商業用途進行設計,荷載比原設計增加很多。如果沿用原來基礎承重的話,必然會因為附加荷載增加較多帶來比較大的沉降,對原有建筑的?;し淺2煥?。



針對這種情況,我們專門設計了小直徑(104mm)的鋼管樁,在承重墻體的兩邊一節一節壓進去,對基礎進行加固。受到層高限制,這種鋼管樁在室內施工非常麻煩,為此我們跟施工部門配合,設計了專用的靜壓樁設備,可以靈活地進入室內進行施工。項目完工之后幾乎沒有后期沉降,對于原結構起到了一個非常好的?;ぷ饔??!?/p>


05

結語

隨著我國城市化進程放緩,相比之前建設用地的大規模擴張,現有土地更合理的利用,發揮土地的效率成為現階段重點。現有建筑功能的轉變和增高加密工作也對結構設計提出更高和更新的要求。在杜剛看來,此時結構設計的經驗顯得尤為重要,“很多在改造、改建中碰到的問題是書本上或是以前的項目沒有碰到過的,需要自己去思考才可以解決,有很多需要創新的地方?!?/span>

建筑其實就是在于創造一個適宜的環境,去提升居住者的狀態,無論結構設計還是建筑設計,其本質的出發點都是相同的。結構師的思考也不僅限于結構計算層面,不是為建造而建造。如果建筑是從更感性層面思考人和環境的關系,結構便是從更理性層面找到合理的落地點,更好地還原建筑空間和發揮建筑的使用功能。


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