阿尔哈姆拉塔

  • 来源:建筑创作
  • 关键字:科威特,海湾,阿拉伯
  • 发布时间:2015-07-06 09:41

  凭借412米的高度,阿尔哈姆拉塔问鼎科威特最高建筑。这座摩天大楼位于科威特城里一个狭小但醒目的路口,不仅高度突出,极具雕塑感的造型也使得它从周边的高楼大厦中脱颖而出。在这个建筑中SOM事务所将每层大致为方形的平面南边部分凿去约四分之一,从底到顶的74层,随着开凿位置从西南向东南的渐变,建筑形成一个自西向东的豁口。这种逐层的变换配合上与之对应的双曲抛物面剪力墙;墙体不断收束成70米高的尖塔顶,消解了建筑复杂的几何形体,同时蕴含着建筑无限向上的态势。

  阿尔哈姆拉塔以其独特的“雕刻”形式,使自己有别于其他超级高层建筑,是在大尺度上通过结构形式而获得建筑表达的典型案例,在一个共同进化的过程中,结构体系与外部形态一同演进。

  参数化设计贯穿了这栋标志性建筑从概念到建造的全过程,是形成雕塑感形式的起点。它如何以环境策略回应严酷的沙漠气候、塔楼整体形式中建筑与结构的一体化设计、直到建筑的各个组成部分,均被深入探讨。

  在规划设计阶段,建筑体量将覆盖60米见方的地段,这导致每层面积必须缩减25%才能不超过面积指标要求。将海景景观最大化的愿望,必然会将面向城市的南侧楼层面积进行缩减。与此同时,设计团队以日照和风条件来测试不同裁切方案的不同效果:日照分析倾向于裁切建筑西南角,而风研究标明不对称的裁切才有利于阻止那些导致风荷载计算混乱的涡流。最后减切四分之一楼层面积的形式定为从底部西南角方向开始过渡到顶部的东南角。

  螺旋外形的设计是建筑师通过理性分析最终确定的,它既能为办公人员提供阿拉伯海湾迷人的海景,又能够遮阳防热,这是设计最基本的出发点。除此之外建筑师还考虑了其他一系列现代高层办公楼需要考虑的功能要求。

  建筑表皮是由每层不同的削切后楼板边构成的,表现成为石材覆面的连续带状体,将核心筒西南角到东南角伸展的双曲抛物面的剪力墙墙体(所谓的“裙墙”)和塔顶结合起来。

  海湾地区的天气风导致了波斯湾地区大规模空气流动沿着西北-东南的主要方向。非常局部的短时大风天气主要由于雷雨天气制造了地面附近的强烈的下冲气流。项目的风力工程顾问公司BMT建立了一个描述模型,在开阔地带距地10米处,基于50年重现期,每小时风速为23米/秒。经过对雷雨风的进一步研究证明,尽管在地面至150米高度之间,会产生比天气风更大的风速,但是在150米高度以上,雷雨风的产生的风速将大大降低。这样,雷电风被证明为塔身结构200米以下部分的决定性因素,而天气风在塔身总高度上的总体效应,控制了各方面设计,包括较低楼层外装饰覆面局部压力的控制。

  于是SOM根据日照和风向分析尝试了多种形体切削:日照分析倾向于西南角切角,而风向分析则显示,不均匀切角能够有效减少漩涡脱落。

  设计团队最终决定将每层楼板切削四分之一,切削位置从底层西南角到顶层东南角逐层渐变。SOM还为建筑设计了合理的构造逻辑,阐述了这一形式的由来。被切削部分的立面,是由钢筋混凝土外挂石材构成的高强度双曲抛物面剪力墙。而未被切削部分是由钢筋混凝土框架和玻璃金属幕墙组成。

  阿尔哈姆拉塔通过24米高的拱形公共空间与地面交接。它北部的弧形柱偏离建筑物主体,增加了公共大厅面积。为了避免这些弧形柱的屈曲,SOM构建了一个完整的三维有限元分析模型,以确保结构具有合理的承载能力,从而反过来指导建筑方案设计。施工图绘制直接依据数字模型而产生的薄片拱墙结构;玻璃纤维的模具也直接按照数字模型制作。

  技术和工艺上的独创性贯穿了整个阿尔哈姆拉塔项目的始终,包括前文提到的大厅薄片拱墙在内,建筑从概念设计到建造过程一直使用参数化设计手段,在双曲面弧形剪力墙的设计和调整中还依托了BIM技术。

  设计早期与混凝土模板承包商及时的沟通也帮助建筑师合理调整了弧墙曲率,以便于他们能够与中心平面的墙体同时同速度建造。并且为了和钢筋混凝土形成最佳的拼合,建筑师选择了瓷砖拼贴马赛克作为模板拼合材料。同时,区别于以往将曲面细分为平面的玻璃幕墙常规做法,这个建筑物30%的玻璃都进行了弯化处理以达到最佳的艺术效果,这都要归功于大量的实体模型制作,同时提升了幕墙的视觉效果和热工性能。

  为了增加大厅面积,塔楼北边列柱尽管从12层到塔楼顶端是垂直的,但却沿着一条曲拱路径偏离建筑中心。这一变化的结果是穿过大厅的塔楼主柱高达24米且呈弯曲状,增加了柱子的大弯矩。

  大厅薄板拱墙结构的完整三维有限元模型被建立起来,用来研究支撑结构方案的有效性并用来发展引导这些部分的建筑设计。一系列非线性屈曲分析被应用于薄板拱墙方案,每个模型添加了下一层支撑元素。

  阿尔哈姆拉塔的业主是一家由科威特市重点开发商和总承包商组成的合资企业,他们的初衷并非建设一栋超高层塔楼。当原来的设计方案已经开始实施时,科威特当局却重新定位了这一地段,将建筑限高提高至原计划的两倍—400米。这给业主和SOM公司带来了随后的合作机会,用创造性的结构形式给民众带来了一份建筑界的饕餮盛宴。

  建筑荷载不均衡是这个建筑的另一大结构挑战,SOM同样创造性地解决了这个问题。阿尔哈姆拉塔螺旋形雕塑化的造型,显然造成了塔的西南角部重力荷载大于北部和东南部。为了应对不均衡受力,工程师设计了60到70米长的钢筋混凝土筏形基础,289个基本桩都针对它所在位置相应的荷载进行了强度设计。这些基础由23000立方米混凝土分15个不同部分浇筑完成,工期4个月。筏形基础的设计用时贯穿了打桩及其他场地工作的工期,上部结构也如此。

  基于岩土工程师和CGC咨询公司对于当地的了解以及初步计算,决定需要一个筏形基础来支撑一系列钻孔灌注桩。当地施工技术规定的最大桩直径(1200毫米)和土壤条件规定的容许间距(桩中心间距3600毫米),能够满足预期的桩荷载要求的计算,以及启动桩荷载测试程序。

  考虑到快速施工的要求,289根桩在西南玻璃幕墙下,通过七个阶段的工作分批建造。

  筏形基础的最终设计为一个4米厚、约70×60米的平面,其上偏向北面的位置设计了一个额外的1.6米厚、24×12米的三角形筏结构。塔筏由289根直径为1200毫米、长度从20米~27米不等的桩支撑。混凝土筏的抗压强度被设定为50MPa(立方体抗压强度),且不同桩的抗压强度范围从55MPa~80MPa不等(56天立方体抗压强度)。

  围护结构的概念发展反映了塔楼的概念框架。塔的外边界被设计成一个“构造”的玻璃和金属幕墙,为办公楼层提供了可以俯瞰海湾的视野;而被覆以石灰石复合面板的雕刻性内部表面,则体现了“立体雕切体量”的概念,使塔楼免受强烈的太阳照射。

  组合幕墙是由1500毫米×4200毫米大小的标准板构成。玻璃的性能选择目标是优化可见光透射率以获得最大的透明度,同时减少太阳能负荷。日光研究也致力于避免办公空间内的眩光问题。审美目标则是在视觉上使塔身颜色尽量轻巧。为了实现大楼银色/白色的外观,进行了一系列样品测试——烧结、夹层、涂料和所有这些的组合。玻璃选择的一个重要挑战是,项目上使用的玻璃30%为曲面玻璃,这意味着保温玻璃单元构造也须是可弯曲的。

  南立面的剪力墙的设计考虑了复杂、不对称的剪切,放置的方式控制了进入室内空间的光和热量。定制的加固解决方案整合了周边每一个有特定几何定义的开口。当使用者在楼层中走动,从电梯间向外望去,一系列小开口提供了科威特城及远方沙漠的良好的观赏视角。然而当沿着南墙走动时,却只会感受到光透过这些墙壁上的缝隙射入进来。

  南墙和雕塑感的“裙墙”表面覆盖着侏罗石灰岩。南墙交错排布着穿孔窗。深深嵌入的窗户为欣赏科威特城风景与远处沙漠风貌提供了画框。遵循等压雨幕原理,围护结构的设计旨在创建一个交接节点开放的墙体体系。雕塑感的“裙墙”被有理化为一系列的双曲抛物面以便形成自然向上衍生的形式系统,以定制的拼贴马赛克为面层,允许了在复杂曲面上实现无缝效果,更加便于施工。这些墙体起初选择使用1400×600毫米大的石板包层,附挂在混凝土基体的金属框架上。为了创建一个高效的拼板系统,使用了一个高级计算机编程脚本。最终的排布方式使得94%的石板使用了完全相同的尺寸。随后,团队将其改进成马赛克瓷砖的样式,直接粘附在混凝土基体上。这种手工方法使用了小体积随机形状的侏罗石灰岩砖。最终墙体完美地贴合了双曲水泥面层,且比第一种石板方案来的更加轻盈。

  塔楼的概念是一个整体,将形式与使用的、规律分布的空间结合在一起,结构的基本元素都是功能性的,直接回应了建筑问题的解决。普通钢筋混凝土框架直接呼应了有序的办公空间,而南立面的穿孔钢筋混凝土剪力墙则被用来控制内部空间的进光和热量,且能够有效地抵抗重力和横向负载。

  科威特城,科威特

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