原创 建分结构工程所 清华同衡规划播报 收录于合集#同衡佳作 80 个 #项目评优 126 个

　　宜兴城市污水概念厂是中持集团打造资源循环现代概念工厂的重要实践项目，概念厂将传统封闭的治污工厂升级为环境友好、可对外开放、与环境相融、面向未来的可持续基础设施。

　　厂区包含污水处理中心， 污泥与有机质处理中心，研发办公楼，控制管理用房，实验线中试区等功能用房，红线万平方米。整体厂区分为三个大的建筑组团：分别是北侧的水区（污水处理），西侧的泥区（污泥与有机质处理），东南侧的研发办公区；三大组团各自有独立的出入口及前场空间，并借助厂区环形步道系统，串联为一个整体。

　　厂区的环形步道系统，将各个单体紧密相连，为厂区内的员工和访客提供便捷的交通路径。步道整体形态优美简洁，步道柱错落有致的分布在“云爱花园”中，与研发办公楼北侧的4根穿层柱共同组成了项目景观的柱系，这些钢柱数量较多，而且普遍偏高。按照常规的设计思路，钢柱通常需要较大的截面尺寸，高而粗的钢柱会产生较大的视觉冲击，从而使步道与周边景观相剥离，破坏厂区的整体建筑的美观与和谐性。因此通过精细化分析减小柱子截面尺寸就成为结构构件与景观环境交融的关键。

　　步道柱布置的特点是位置灵活、数量可变，这意味着结构柱应力水平可控。结合“高承载能力低延性要求”的结构设计思路，通过降低柱子构造要求的方式，就可以控制柱的截面尺寸。实际设计中我们通过调整柱子数量及壁厚的方式，使钢柱达到承载力满足2倍地震作用且应力比不超过0.5的设计目标，从而实现了大幅降低钢柱的构造要求的目的。最终将钢柱截面均减少了约40%，使它们可以亭亭玉立的展现在景观环境中。

　　研发中心办公楼穿层柱高度为16.8米，经过倾覆力矩对比，可以发现穿层柱承受地震作用较小。因此针对其高度确定实际计算长度是控制其截面大小的关键。设计中对穿层柱进行线性屈曲分析，根据分析结果，用欧拉公式精确求解出计算长度，最终以直径450的圆柱完成了对穿层柱的设计。同时对该构件及附加框架进行中震不屈服分析，在确保结构安全可靠的同时实现了颀长的视觉效果。

　　通过对步道柱及穿层柱的精细化分析，在满足设计要求的前提下使钢柱截面尺寸得到有效控制，以纤细的姿态走入环境，与水景、绿植相互呼应，共同营造出 “七八个星天外，两三点雨山前”的景观效果，提升了人们在景观环境中体验。

　　控制管理用房位于研发办公楼与污水处理区中部，屋顶与厂区步道连接为整体。建筑平面由多条弧线组成，呈现流线形态。建筑外檐采用大悬挑的布置方案，大悬挑的实现需要在建筑内部设置较大的结构柱作为支撑，而流线型的建筑室内空间设计加大了结构柱的布置难度。因此我们需要通过精细的结构分析，将结构柱的布置对建筑外观以及室内空间的影响降至最低。

　　经对建筑外装方案分析，我们利用外立面中金属材质与玻璃材质的分界线布置结构主受力构件，使其与玻璃幕墙的边框相结合，弱化结构构件的视觉影响，并且将悬挑梁向室内延伸，使主受力构件两侧弯矩趋于平衡，减少构件所受扭矩，提升结构的安全性能。

　　同时我们结合建筑功能，在结构布置较为灵活的非透明隔墙位置设置柱位，为后续调整结构布置提供有利条件。

　　接下来我们通过调整框架相对位置的方式使钢柱的受力尽量均匀。通过调整壁厚的方式使钢柱承载力满足2倍地震作用的特定条件，降低规范的构造要求，将截面减小约20%。最终将钢柱“隐藏”在建筑隔墙内，实在建筑空间内无柱的视觉效果。

　　经精细化分析后，结构布置方案以消隐的姿态与建筑融合为一体，展现流畅舒展的外形的同时，最大限度的将空间释放给室内使用区域，提升人们在建筑中的观感体验。

　　中央楼梯位于研发办公楼北侧，是连接办公区域与厂区步道系统的重要通道。楼梯围绕梭形筒体盘旋布置，楼梯平面呈梭形，内筒端部相对平台向内缩进1.5米，形成了一个小天井。如果采用传统的结构设计思路，需要在平台处设立平台柱，打破建筑立面效果，或者在筒体端部设置悬挑梁支撑平台，侵占天井的空间。

　　实际设计中结构创新采用了两点支持旋转布置的新型一体化方案，这个方案的灵感来源与健身动作绳索面拉。我们在做绳索面拉时是利用上下肢的力量承担身体重量，再通过收紧核心区协调身体的平衡。同样我们的楼梯是通过上下行梯段的轴力承担竖向荷载，再通过刚接平台形成楼梯的核心区平衡梯梁轴力产生的弯矩及扭矩，最终在没有平台柱和悬挑梁的前提下形成稳定体系，使中央楼梯呈现出“会须击水扶摇上”的灵动韵律，增添了建筑的趣味与活力。

　　在这个项目的结构设计中，我们除了考虑安全、合理、经济这些因素外，还尝试着体会建筑所表达的意境，以及建筑周围环境呈现的格调，通过精细化设计使结构构件更加和谐的融入到景观及建筑中，成为建筑外立面甚至外装的一部分。我们相信结构设计不仅可以使建筑理念得以最大化的实现，同时具有更直接、更有力的展现建筑师的设计语言的功能。

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