伦敦超高层建筑leadenhall设计与施工中的创新技术

1、伦敦超高层建筑Leadenhall设计与施工中的创新技术Leadenhall大厦的稳定性来自外围的巨型框架论及城市地标建筑， 伦敦比其他欧洲城市都更有资本。在过去的几十年间，伦敦城市建设得到了迅速发展， 正在规划更多更宏伟的建筑来提高城市天际线。迄今最具挑战性的结构是Leadenhall大厦，也被称为“奶酪研磨机”。2的甲级写字楼，坐落在一个锥形地块内，外围56000m 层、 225m 高的建筑为42 这座采用斜交支撑网格结构。“该项目相当复杂， ”总承包商项目总监安迪?巴特勒说， “钢架结构暴露在外部，同时由于建筑形状，需要减小建造误差。 ”其独特的三角形状是由建筑师团队确定的，考虑到从舰队

2、街观望圣保罗大教堂时的视觉效果。同时因为其独特的结构造型，建筑需要提供高度灵活和开放式的办公空间，钢结构设计也采用了高质量标准。轴网最大尺寸为16m 10.5m，所有的电梯、楼梯和厕所都被安排在毗邻的北部核心筒结构中，通过一个相对狭窄的楼板连接到办公区。办公楼中，沿大跨度方向上创建灵活开放空间，内部只布置了6 根柱。由于建筑的外形，每层楼要比下面一层缩进750mm，层高4m的楼层内包括一个150mm厚的混凝土板以及 700mm厚预制梁。建筑的三角几何形状由巨型框架构成，这些框架采用钢结构，使用在结构外部并被划分为8 层。每个框架高 28m，包括了 7 个楼层；而最底部的框架，包含了5 个楼层。

3、中部 6 个框架部分为办公区域，最上部框架包括一个4 层的设备和发电区，被称为“阁楼”。建筑的首层被称为 the Galleria，是一个将向公众开放的巨大景观空间。街廊内的自动扶梯将会连接主要出入口和大堂的一、二层楼。第三层和第四层在the Galleria中是悬挑结构，从第五层开始为全楼板结构。第五层在建筑南侧悬挑出一个10m 的风檐篷覆盖在街道上方。奥雅纳副总监达米安埃利说：“ the Galleria 将为城市创建一个新型的公共区域，并成为设计和选择巨型框架结构的驱动力。”巨型框架允许结构在楼板上有大的开洞，但是为了弥补侧向支撑的缺失，这一区域的钢柱要进行加强。”埃利先生说，并进行了非

4、常微妙的处理使其体现建筑风格，“落地柱为双腹板柱，“腹板从截面的中部开始逐渐减弱，底部又进行了螺栓连接。”所有钢结构的吊装工作已经通过4 台塔式起重机完成，除了 23m 高的坊柱必须采用移动起重机进行安装。设计团队遇到的最大挑战是如何进行钢结构连接，既要实用又要美观，因为所有的钢结构都要显露在众目睽睽之下。通常情况下， 一个巨型框架中会有6 个不同构件从不同方向连接到同一个节点上，这一连接节点可能在至少三个不同方向同时传递60000kN 的力。解决的方式是设计 160 200kN 的大型节点， 通常为 6m 3m的大小， 通过预应力螺栓连接各个巨型框架中的构件。这些节点通过不同连接板之间的焊接

5、来实现不同构件之间的几何过渡。另外一个来自结构的挑战是巨型框架的稳定性。7 层楼高的巨型框架十分庞大，柱子需要一个辅助的稳定系统。在东西面的最北部和北面的末端，围绕办公区域较小的消防核心筒采用了V 形和K 形的支撑结构。钢结构吊装工程也受到了稳定性的挑战。由于在施工阶段， 没有中央核心筒来为钢框架提供支撑，于是在框架中心设立了一个钢结构支撑核心（被称作 “强盒”），不仅能承受风荷载也承担了塔式起重机的巨大荷载。这一临时结构允许钢结构工程在其周围建造，为每层楼可以通过外部巨型框架柱提供自我稳定性之前提供支撑。临时支撑可以伸展到14 层的高度，并在施工过程中反复拆除搭建，重复利用。由于建筑造型的需

6、求，建筑物本身逐渐向北缩进，在顶部缩为160mm。在建造过程中，施工误差通过“主动校准”进行纠正。巨型框架结构两个对角线上的构件同步缩进，使得建筑物在正确的位置上。结构的重新调整在建造下面三个大型楼层的时候进行，并在建造过程中移动和拆除垫片。Leadenhall大厦目前严格按照计划施工，预计在2014 年 5 月竣工。北部核心筒如图 1 黄色部分钢结构区域所示， 北部核心筒部分包含了载客电梯、上修长的框架，这些框架在每一层楼都连接到巨型框架上。厕所和大部分立管以及楼板图 1为了加快施工进度，大部分的核心筒组件都进行了预装配，每层被分成三个部分。每一个钢结构构件包括楼层板及其上面的柱，现场施工时

7、， 这些构件被吊装到位，然后组装起来，就像乐高积木一样。为了加快施工进程，预制构件不止包括钢结构，“一旦预制完， 构件就被运输到我们的某个工厂，在那里和M&E组件及预制混凝土楼板进行组装”，总承包商项目总监安迪?巴特勒解释道， “每个构件大约重40t ，它们被运输到现场然后进行组装，这就避免了很多后续的高空操作。”在北部竖向方向，在主梁、柱和核心筒外包层形成背景下，20 个客运索道和两部货运升降机，在200m高的悬臂式玻璃轴内运行。Leadenhall大厦节点的使用节点的布置是由框架的基本几何外形（构件的宽度以及它们之间的角度）以及建筑对于构件连接的需求来决定的。一些重要的柱子被从上到下布置在

8、建筑锥形一侧，这些单元为内插腹板的箱形截面。 那些倾斜的构件， 由于建筑本身的重力作用而受到张力， 承担了比竖向构件更少的荷载。它们是一些 I 形截面，腹板与柱子的外腹板对齐。节点中，腹板是一块连续板，翼缘的平面外受力由焊接到翼缘上的加劲肋承担，这些肋板同时也形成了节点底部的锚固螺栓区域。工形截面构件巨型框架被设计为刚性节点， 保证钢柱在通过节点区域时刚度连续， 配合面的端板需要始终是在其整个区域的正面接触。因此，在这种情况下，节点传递的刚度不会减少。建造时，对端板进行了加工，以确保接触面有效，同时采用液压螺栓拉力机来紧固螺栓。采用10.9 级螺栓，设计最大拉力为2MN。为混凝土柱制作了一个双

9、向弯矩和轴力交互图来检查节点安全性。为给定螺栓施加预应力后，任何设计轴力和弯矩的组合值都在包络线内，确保节点的安全。为了在校准的过程中取出垫片，倾斜的构件通过逐渐放松螺栓来打开连接，或者将连接的构件顶起使其分开。 在这种情况下， 配合端板的两个对角都采用螺栓连接到倾斜的柱子上，被放置在构件外部。当千斤顶的力卸载以后，高强螺栓将被移除使得构件缩短后达到要求。四个千斤顶预制节点一共有 11 种不同类型的节点形式，每种形式还根据不同的节点受力分为不同的亚种。大部分的节点包括6根构件，也有少数由8 根钢构件组成。使用预制节点之后，所有具有挑战性的工作已经在Severfield-Watson的工厂中完成，现场已经不需要任何复杂的焊接工作，即便如此，这些节点的制作也花费了600 个工时。Severfield-Watson结构项目部主任Ale