中钢协设计分会 日本校舍建筑——蚕茧大厦的抗震设计

中国钢结构设计2019-06-26 00:34:13

转自:土木论坛

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核心提示:
日本COCOON
工程为明框异形单元式玻璃幕墙,建筑造型酷似缠绕着白色蚕丝的茧,故大厦命名为COCOON。其创意为:服装是从丝绸中来,学生学有所成之后会像春蚕那样破茧而出




2008年度“安玻利斯摩天大楼奖”
  世界幕墙
结构最复杂工程
  工程名称:Cocoon 大厦
  工程地址:日本东京新宿区
  建筑高度:205 m
  幕墙面积:22,000 m2
  幕墙类型:单元式幕墙
  建筑设计院:Tange Associates
  建筑设计师高桥良典
  工程材料:型材;玻璃;镀锌板

同样是以仿生设计闻名于世,从2009年4月开始,鸟巢已经不是孤独地伫立在这个星球上,在东京另外一座外形独特的建筑已经投入使用,它就是“蚕茧大厦(cocoon tower)”。不过与鸟巢相比,蚕茧大厦更突出功能性,在地震频发的日本,它的抗震性能更为人称道。



蚕茧大厦堪称东京建筑中最具魅力的摩登大楼


工程掠影:蚕茧外形——充满了创新
日本COCOON工程位于日本东京都新宿区繁华地段,属世界典型建筑之一。本建筑地上50层,主体高度203m,是一所职业专修学校。建筑师为丹下都市建筑设计副社长高桥良典先生,幕墙工程总包为沈阳远大铝业工程有限公司。本工程为明框异形单元式玻璃幕墙,建筑造型酷似缠绕着白色蚕丝的茧,故大厦命名为COCOON。其创意为:服装是从丝绸中来,学生学有所成之后会像春蚕那样破茧而出。大厦外形酷似耸立蚕茧,最奇特之处是顶端碰到紧急情况时能展开成为直升飞机升降平台,是该地区的一个标志性建筑。



COCOON大厦是一座校舍建筑采用钢架结构,里面共有三个学校:东京时尚学校(Mode Gakuen)、东京IT数码学校(HAL Tokyo)和医护理学校(Shuto Iko)。建筑的创新性外形和一流的立面设计涵盖了“蚕茧”概念。在卵状的外形里是学生成长的空间。大厦可以容纳1万名左右的师生同时进行教学活动,里面三块矩形的教室区围绕着内核旋转120度角。从1层到50层,这些矩形教室区以曲线排列,电梯安装在内核中,“学生客厅”位于教室之间,面朝东、西南和西北三个方向,椭圆的外形缠绕在铝制幕墙内。






工程特点:独特的设计与现代建筑技术,一流的抗震水平

COCOON大厦不仅外形具有蚕茧的形态,其间架结构也吸收了蚕茧的诸多优点。通常,抗震能力超强的建筑都会显得笨重和呆板,因为现代钢筋混凝土建筑对抗地震的办法大多是硬碰硬,通过加深地基、加强材料的坚固性和结构的稳固来保障大厦的安全。而蚕茧大厦却展示了一种另类思维—以柔克刚,以独特的造型结构吸引分解外来冲击力,从而保障自身的稳固性。

大厦分为两部分,分别由50层的塔楼和底部6层圆形商业会展大厅组成。塔楼由3面钢架结构包围处于中央位置的“内核”,主体框架是钢铁斜格结构,其表层还且一层与主体钢架结构没有关系的外挂护网。当外力作用于这种斜格结构时,大厦产生摇摆,这时从一个支点承受的冲击力会被分散到上下左右的各个支点中,整个大厦的承受的外力就分散开了,晃动也随之被吸引。这种结构不但可以提高抗震的强度,对于风力所引起的晃动也能有效吸收。


塔楼的斜格结构

大厦的地基结构很坚固,先由36根直径为2.5米、长为16米的钢桩打入地下深处,然后在上面铺有1米厚的基础垫层,在基础垫层上面,正对大厦地下的混凝土有3.8米之厚。


塔楼高达200多米,对于大厦顶部的人来说,一旦发生意外是不容易逃生的。为此,大厦顶部还特别设计了一个可开闭的紧急援救平台,用于直升飞机进行救援活动。这个平台平时处于关闭状态,一旦有需要,只需要7分钟就可以要打开。但平台可承受的重量不多,直升飞机不能降落在这个平台上,只能进行悬空救援。



塔楼顶部开闭式的紧急救援平台

200多米的塔楼从3个方向被主体钢架斜格所包围,这3个主体钢架只在大厦的上部连成一体,而在下部则是分开的,三足鼎立于地基之上。这个设计独特的外壳使大厦有了很高的建筑强度,外壳包围的“内核”结构的中间部分则连接着可以吸引横向晃动作用的压减震器装置。因外力引起的晃动,大约有30%可以被这一装置所吸引,其它70%会被包括地基地内的其它建筑构件吸收。




通过严格的性能检测

设计性能:
1、耐风压性能:使用年限按100年考虑,风压最大值(风洞实验结果摘录),顶部+3000,-6220 N/m2 (+306,-635 kgf/m2) ;
2、层间变位追随性:1/1000以下;
3、耐震性能:小型地震要求基本上无需修补就可继续使用,中型地震要求只需补胶就可继续使用,大型地震要求幕墙部件不发生脱落现象;
4、水密性能:在脉动平均值 1920 N/m2(196kg/m2)和脉动上限值 2670 N/m2(196kg/m2)条件下不发生漏水;
5、气密性能:压力差10Pa漏气量在0.01m3/h.m2以下,压力差100Pa漏气量在0.1m3/h.m2以下。


荣获2008年度“安玻利斯摩天大楼奖”

2009年1月19日,法兰克福,日本东京的COCOON大厦(Mode Gakuen Cocoon
Tower)以压倒性的高得分获得了世界最有影响力的高层建筑奖项——“安玻利斯摩天大楼奖”(EMPORIS Skyscraper Award),被选为“2008年度摩天大楼”(2008 Skyscraper of the year)。这座位于东京新宿的大学建筑,在全世界384座08年竣工的高度超过100米的建筑中脱颖而出。





“安玻利斯摩天大楼奖”是世界上唯一的高水准的摩天大楼奖项,并且在世界范围内按年度进行设立。提名者和获奖者都是从安玻利斯评审团从安玻利斯数据库中的67个国家的建筑师中选出。建筑必要的资料和照片允许公开在安玻利斯的网站上,陪审团由安玻利斯的资深编辑组成。年度摩天大楼在12月份被选出并于新年后公布。

这个奖项自设立起在建筑艺术和功能设计两方面均获得认可。之前的获奖者包括Kingdom Centre(利雅得),30 St Mary
Axe(伦敦),Turning Torso(马而默),Hearst Tower(纽约),Het Strijkijzer(海牙)。安玻利斯是全球性建筑信息的世界级别的领导者,他拥有从6万个城市选出的50万的建筑在其基本设计库中。





由来自世界各地的20位成员组成的评审团称赞COCOON提供给他的使用者设计表现和非凡的环境,这座由Tange设计的203.65米的摩天大楼,由沈阳远大铝业工程有限公司完成幕墙施工,是世界上第二高的教学楼(第一为1953年建成的莫斯科州立大学)。



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