東京國際會(huì)議中心，1996

Tokyo international Forum

建筑功能：展館館、會(huì)議廳、劇院、商業(yè)

建筑設(shè)計(jì)：Rafael Vinoly Architects K.K.

工程設(shè)計(jì)：結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)集團(tuán)SDG渡邊邦夫

東京國際會(huì)議中心是日本首個(gè)被國際建筑師大會(huì)(UIA)認(rèn)證的綜合文化設(shè)施設(shè)計(jì)。建筑包括4棟兼有會(huì)議展覽劇院商業(yè)功能的方形綜合樓、1個(gè)平面呈梭形的玻璃大廳和會(huì)議樓、地下展覽大廳和車庫等，建筑的連廊、幕墻、屋面等設(shè)計(jì)也頗具特色，是日本最大膽和富有想象力的建筑結(jié)構(gòu)之一。

Rafael Vinoly 方案草圖

基地環(huán)境

4棟方形綜合樓和1個(gè)梭形的玻璃大廳/會(huì)議樓

四條地鐵線和兩條最頻繁使用的列車站—東京站和有樂町站，分別位于該基地的北部和南部，為該建筑帶來了大量的人流，也為建筑設(shè)計(jì)帶來很大難度。

會(huì)議棟 玻璃大廳的外觀

1988年12月目開始國際招標(biāo)征集設(shè)計(jì)方案，吸引了幾乎絕大多數(shù)的著名建筑師參加，共收到了50個(gè)國家的395個(gè)方案。最終Rafael Vinoly的方案中選。

建筑師Rafael vinoly的方案，被競(jìng)賽評(píng)委評(píng)價(jià)為“巧妙地結(jié)合了建筑用地特殊條件(弧形鐵路線經(jīng)過)，提出了最恰當(dāng)?shù)慕ㄖ桨负兔鞔_的功能規(guī)劃?！?建筑師將結(jié)構(gòu)、設(shè)備、音響、照明，以及其他門類的技術(shù)成就集成于一個(gè)空間之中。

剖面：左側(cè)為會(huì)議棟和玻璃大廳，右側(cè)為展覽館

為實(shí)現(xiàn)大空間和建筑功能，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)難度非常大

建筑總體剖面

玻璃大廳，是一個(gè)體量巨大的透明建筑， 是整個(gè)建筑的靈魂所在。用建筑師Rafael Vinoly的話說“從玻璃大廳采入的自然光線，使地下展覽館顯得明亮，它是使得多個(gè)展覽廳群的空間成為一體的門廊”。

玻璃大廳的鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)非常復(fù)雜，集合了當(dāng)時(shí)最先進(jìn)的結(jié)構(gòu)和施工技術(shù)，是我們今天結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)案例介紹的重點(diǎn)。

東京國際會(huì)議中心的玻璃大廳

結(jié)構(gòu)體系 6 要素

玻璃大廳的結(jié)構(gòu)體系比較復(fù)雜，主要由6個(gè)結(jié)構(gòu)要素組成：船形屋頂、巨柱、幕墻索桁架、幕墻水平桁架、連廊、端部立體桁架。

玻璃大廳的梭形平面和縱向剖面圖

1.船形屋頂

屋頂結(jié)構(gòu)為梭形平面，全長(zhǎng)約207m，平面最寬處32m。底面設(shè)計(jì)成像船底的懸鏈形，最厚處高度12.5m。屋頂結(jié)構(gòu)由橫向縱向兩種結(jié)構(gòu)組合而成。

屋頂橫向由屋頂橫梁和船形的鋼梁組成

拱與懸索的傳力機(jī)制

縱向由架在大柱子上的拱和懸鏈形的拉桿組成。拱和拉桿都被設(shè)計(jì)為空間雙曲線形，因此在水平和豎向都能發(fā)揮剛度作用。

屋頂懸鏈線形狀的拉桿與船形梁相交，被分割成一段一段。每段拉桿通過球形連接件固定在鋼梁腹桿上。球節(jié)點(diǎn)能適應(yīng)每段拉桿變化的角度，并且能夠自由回轉(zhuǎn)。

拉桿與鋼梁連接的球形節(jié)點(diǎn)

2.巨形柱

屋頂結(jié)構(gòu)豎向由兩根巨形柱支承，巨柱之間跨度為124m，屋蓋再從柱子向兩端再各懸挑45m。

巨形柱的截面變化

大柱子為雙層鋼管制作，并內(nèi)灌混凝土，同時(shí)將雨水立管和電氣管線也藏在其中。與其它構(gòu)件連接處的作用力巨大，均采用了大型鑄鋼件。

巨形柱在+27.5米標(biāo)高截面最大，上下兩端線性收縮。巨柱柱腳設(shè)計(jì)為鉸接，只承受軸向力，柱子截面最小。在防火方面，巨形柱+32.5米標(biāo)高以下都采用了FR耐火鋼。

下鉸接的巨柱和玻璃大廳本身的抗側(cè)剛度很小，其水平剛度和抗扭剛度主要由緊鄰的會(huì)議樓提供。會(huì)議樓地上7層為鋼結(jié)構(gòu)框架結(jié)構(gòu)，地下3層。巨柱與會(huì)議樓(混凝土框架結(jié)構(gòu))的第4和7層通過樓面鋼梁鉸接連接。

3.幕墻索桁架鋼結(jié)構(gòu)

玻璃大廳立面的玻璃幕墻，幕墻鋼結(jié)構(gòu)間距10.5米一榀，采用半剛性的索桁架結(jié)構(gòu)，直撐桿間距2.5m。

玻璃幕墻—索桁架鋼結(jié)構(gòu)體系

索桁架在室內(nèi)一側(cè)沿豎向設(shè)置了波浪形(拋物線)的拉索，抵抗玻璃墻面上的水平力。會(huì)議樓一側(cè)自屋面向上幕墻高約25米，拉索為1段波浪；廣場(chǎng)一側(cè)幕墻高約60米，拉索分為3段波浪。

在拉索中施加了預(yù)拉力形成張力狀態(tài)，避免索桁架的拉索在風(fēng)載作用受壓松弛。索桁架拉索的預(yù)拉使鋼立柱內(nèi)產(chǎn)生壓力，整體上呈自平衡式，減少了其支承結(jié)構(gòu)的負(fù)擔(dān)。

幕墻鋼結(jié)構(gòu)頂部和底部詳圖

上圖為幕墻鋼結(jié)構(gòu)頂部和底部詳圖，節(jié)點(diǎn)剛度很大，作為鋼索的錨固點(diǎn)。鋼索端部是壓接式接頭，端部有螺紋和套筒，索長(zhǎng)度可調(diào)節(jié)。

鋼索與幕墻索桁架的直腹桿采用了一種特殊的鑄鋼件，U形鑄鋼件把鋼索卡在桁架的平面內(nèi)。在風(fēng)和地震作用下，外力引起鋼索內(nèi)力和形狀變化時(shí)，鑄鋼件繞著鉸節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)，避免鋼索內(nèi)產(chǎn)生復(fù)雜應(yīng)力。

撐桿與索連接的鑄鋼件鉸節(jié)點(diǎn)

為了防止索桁架直撐桿的向平面外變形和振動(dòng)，在水平方向上用極細(xì)的鋼絲將撐桿相互連接。

水平梁位置處的鋼索固定

4.幕墻面的水平桁架

在廣場(chǎng)一側(cè)的幕墻立面上，有2道水平放置的鋼結(jié)構(gòu)桁架。上部的1道桁架與會(huì)議樓屋頂同高。下部1道采用立體桁架形式，同時(shí)作為貼近幕墻的斜向走道。這兩道桁架作為幕墻的面外水平支承。

第2道水平桁架：兼做斜向通道

水平桁架的自重沒有用立柱支承的方式，而是利用幕墻索桁架的吊索吊掛在大廳頂部。

此外，在第1道水平桁架的標(biāo)高，還設(shè)置有2根水平束桿連接會(huì)議樓，作為水平桁架的支承點(diǎn)。

水平束桿支撐

束桿的跨度比較大，為防止其失穩(wěn)和在重力作用下?lián)锨?，配置了預(yù)應(yīng)力拉桿加強(qiáng)。

5.連廊

在玻璃大廳與會(huì)議樓之間有4座連廊相通。連廊采用鋼結(jié)構(gòu)桁架形式，兩兩與會(huì)議樓構(gòu)成三角形的穩(wěn)定形狀。連廊鋼結(jié)構(gòu)將玻璃大廳的斜向通道與會(huì)議樓(混凝土框架)連成整體，在地震和風(fēng)荷載作用時(shí)提供側(cè)向剛度。

仰視連廊與幕墻水平桁架的連接

6.幕墻面端部的桁架結(jié)構(gòu)

所前面所述，幕墻面外荷載由索桁架承受，并由2道水平桁架提供水平支承。但是，在+32.5米標(biāo)高以上，即會(huì)議樓屋面以上突出部分的幕墻，缺少反力機(jī)制。所以在幕墻面的端部，設(shè)置了立體桁架和空腹梁的組合結(jié)構(gòu)來抵抗水平力。

端部的立體桁架

以上6個(gè)結(jié)構(gòu)要素經(jīng)過結(jié)合，構(gòu)成了玻璃大廳復(fù)雜的結(jié)構(gòu)體系。而且，對(duì)于柔性結(jié)構(gòu)和半剛性結(jié)構(gòu)的預(yù)拉力控制、變形控制，給設(shè)計(jì)和施工增加了很大難度。

讀到這里，你可能會(huì)問：為什么采用只有兩根柱子的方案？對(duì)于狹長(zhǎng)形的平面，沿幕墻面布置12對(duì)立柱，沿短邊傳力的方式難道不是效率更高嗎？但是，那樣立柱既要抗壓又要抗側(cè)，對(duì)于高烈度區(qū)57米高的鋼柱來說，設(shè)計(jì)也是相當(dāng)困難的。按壓彎柱設(shè)計(jì)的立柱截面較大，對(duì)玻璃幕墻勢(shì)必造成遮擋。

渡邊邦夫在他的著作[3]中說，他不斷嘗試減少柱子的數(shù)量，5根、4根、3根、2根、1根，發(fā)現(xiàn)2根巨柱的方案與葉形平面最為協(xié)調(diào)，結(jié)構(gòu)師對(duì)這種方案抱著堅(jiān)定的態(tài)度。

最后，再分享建筑中的幾處結(jié)構(gòu)作法：

東京有樂町地鐵站懸臂雨篷

為了不遮擋玻璃大廳，有樂町地鐵站口的挑篷設(shè)計(jì)成全玻璃結(jié)構(gòu)。10米長(zhǎng)懸挑的玻璃結(jié)構(gòu)，由四列平行相扣的膠合強(qiáng)化玻璃片組成。設(shè)計(jì)風(fēng)載重為每平方米5kN與最高標(biāo)準(zhǔn)的地震作用。厚度19mm的玻璃平板開72mm直徑之孔洞，玻璃板之間搭接、粘合。

會(huì)議樓7層的長(zhǎng)廊(局部節(jié)點(diǎn))

位于地下一層的展覽大廳

展覽大廳棟的一塊曲面幕墻：18x18m

盡管建筑體型巨大，但是每個(gè)構(gòu)件和節(jié)點(diǎn)都設(shè)計(jì)得很精巧，形成了完整可靠的結(jié)構(gòu)體系，從而造就了這棟建筑獨(dú)樹一幟的的風(fēng)格。難以想象，將近30年前的設(shè)計(jì)，不追潮流卻似乎永遠(yuǎn)不會(huì)過時(shí)。

玻璃大廳的結(jié)構(gòu)體系復(fù)雜，談不上簡(jiǎn)潔直接、經(jīng)濟(jì)合理。但站在它面前，人們感受到的驚喜和震撼是非同尋常的。我想這是結(jié)構(gòu)合理性之外的，另一種存在的意義。

參考資料：

1.日本結(jié)構(gòu)技術(shù)典型實(shí)例100例，日本建筑構(gòu)造技術(shù)者協(xié)會(huì).

2.鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)總覽，日本鋼結(jié)構(gòu)協(xié)會(huì)著，陳以一,傅功義譯.

3.結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的新理念.新方法，渡邊邦夫著,小山廣等譯.

4.www.t-i-forum.co.jp/en/

5.en.wikipedia.org/wiki/Tokyo_International_Forum

6.www.gooood.hk/tokyo-international-forum.htm

7.blog.sina.com.cn/s/blog_5399974e010005ys.html

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