和作|艺仓美术馆的结构

和作|艺仓美术馆的结构

 2018-03-02 和作 

 建筑需求

既有的房屋本是黄浦江边码头的储煤筒仓以及附属运煤廊道,曾在2015年第一届上海城市空间艺术季中作为案例展的分展场,后拟加固改造为美术馆。

建筑设计上要求采用新结构与原结构相结合的设计思路,但怎么让两个结构并置,相对独立,结合清晰是设计的关键。


改造前“废墟”状态的煤仓


运煤廊道改造前,“重新装载”展览影片《呼唤》截图

本次设计在2016年初开始,而同年12月需要运营开展,意味着要在不到一年的时间里完成设计、招标、施工等全部工作。这使得结构设计在满足建筑需求的同时,必须将施工等因素一并考虑。而结合这些因素的展开也成就了意料之外、情理之中的结构。


煤仓改造

煤仓部分作为工业建筑,采用了典型的筒仓框架结构,顶层为大空间。外围护和屋面拆除后的结构骨架清晰可见。筒仓结构自身特有的底层薄弱问题也很显著。

“重新装载”期间的煤仓结构 

改造后的美术馆需要扩大使用面积,但因为限高问题无法向上扩建,而采用了在原结构外围扩建的建筑方案。

错动排列在原结构外侧的新增体量

外围扩建的常规结构处理方式是新增外部框架。新结构将原结构包围其中,并对原有结构进行必要的加固处理。这种方案简单有效,但放在本项目的具体环境中却发现一系列问题。其一,根据取得的相关资料,煤仓位于高桩码头平台上,平台下即江边岸滩。需要重新打桩设置承台来承托新增的外部框架。基础施工期间将大面积拆除码头平台影响场地通行,同时岸滩资料不全、不确定因素多、存在工期无法控制的风险。其二,新增的建筑空间错动排列,使得立柱影响到部分楼层的内部空间。其三,原基础具有足够的承载能力来承担新增体量的荷载,具有加以利用的潜力。

方案一  新增基础承托立柱及楼面

新增结构在原混凝土构件上直接悬挑可以解决前述的问题,但是最大出挑近7米的距离需要可观的悬挑梁高,必然会影响设备安装及建筑净高。更为重要的是,在混凝土结构上通过后锚固措施实现大承载能力的悬挑构造实为下策。

方案二 新增楼面直接悬挑

如避免出现后锚固方式的悬挑构造,可通过斜向支撑将外部新增立柱的荷载直接转移至原周边基础上,但是对底层的建筑空间影响显著。

方案三 底层斜柱承托新增楼面

综上,基础方案、工期、新老结构连接构造、建筑空间需求汇总为结构设计的困境。此时在常规的结构类型中已很难寻获有效的出路。

这时一个灵感产生了,如果新结构像斗笠一样“戴”在原结构上则数个问题便同时得到解决。

斗笠与面纱正如新增的结构 网络图片

结合“斗笠”的思路,结构系统设计如下:扩建全部采用钢结构;屋面钢桁架四边外挑;楼下各层依次通过垂直钢拉杆吊挂于悬挑桁架下。

这一体系回避了新增基础;同时各楼层外扩部分可与原结构铰接连接,免于刚接构造;而钢拉杆的截面尺寸小于50mm,且仅位于外立面,可与幕墙立柱结合设计。

新结构“戴”在老结构上,更有效的利用了老结构,同时也具有新老分离的姿态。

方案四 新增屋面桁架悬吊下部楼面

改造后原结构的待处理问题为:部分原有构件承载力轻微不足;角柱承载力较大欠缺;原本存在的底部薄弱层变的更加显著;原有筒仓偏置,扩建后产生了更加明显的偏心扭转效应。对于前三个问题,通过在底层新增钢支撑,以及对原构件进行必要的加固均可圆满解决,但是最后一个相对棘手。

同时,反倒是建筑师对于吊杆方案的安全性心存疑虑:“如果意外造成吊杆断裂会不会引发整体垮塌”?虽然吊杆在受力层面已经留有必要的安全余量,但考虑到公众心理因素,这一问题仍需谨慎对待。

就心理感受而言,直接提高安全感的做法是设置可见的“冗余备份”。即同一位置由一根吊杆调整为并置的两根甚至多根。结合前文提到的偏心扭转问题,结构提出了一个新的方案:如果将拆分后的拉杆设计为网状“罩”在建筑外部,则扭转便有效解决,同时单拉杆破断后形成的受力分散模式具有更高的安全性。

建筑师欣然接受了这一新的结构形式。该处理方式也为吊杆的后期维修更换提供了便利,最重要的,建筑师认为这个斜拉交叉的网状拉杆系统既满足了结构扭转问题,又提供了垂直方向上的结构余量,而且这是能够被感知的,并且这个拉杆系统也和北侧直上顶层的大楼梯的钢桁架有着类似的形式语言。多重理由指向一个结果通常是难以拒绝的。


                                                                      吊杆设计演进 © AND

煤仓结构构成  © AND

混凝土楼板已隐去 红色为加固用钢支撑


廊道改造

煤仓北侧的高架运煤廊道原为混凝土排架,仅遗留下柱梁。改造后将作为老白渡景观绿地的一部分,提供艺术与服务空间。针对新的使用功能,需要增设楼板并局部加建至两层。

改造前“废墟”状态的廊道

原有混凝土排架采用梁柱铰接的构造方式,年久失修已经损毁严重。确保安全的同时在设计中呈现出新老结构间的对话关系同样重要。为了清晰呈现原结构的历史遗迹,决定改造后维持排架为主的结构体系。

排架加固前的节点

对于仅附加楼板的单层区域,通过在原有混凝土柱两侧增大截面来提高单榀排架的面外抗侧能力,同时梁柱节点加固后转换为刚接,增大排架面内的抗侧能力。

廊道原有柱距6m,结合3m的经济板跨,设计了一种特殊的张弦系统,整片钢梁替代了常规张弦梁中的撑杆,此片钢梁同时减小了新增楼板跨度。

单层区域加固示意图  © AND

张弦板“担”在原结构上

对于加建为两层的区域,二层扩建部分采用钢结构,并将分立的双钢柱通过缀板连接外包于加固后的一层混凝土柱。因此原有混凝土结构观感上得以保留,新增结构“夹”住原结构也进一步强化了加固作用。 

廊道下的新增商业空间,从立面通透性出发,采用了悬吊结构。与例园茶室类似的钢板屋面悬挂于张弦梁下方。门窗洞口附近的钢板柱仅作为屋面的抗侧体系。


二层区域及商业空间结构示意  © AND

建筑师认为,相比美术馆的主体部分,廊道改造的结构动作在建筑的表面更为清晰可读。本来如废墟般的结构,失去了功能,也失去了作为建筑的意义,仿佛已经“死”去,而新的结构作为一个清晰的系统,夹住旧的混凝土柱子,支撑了上部结构,钢的张弦梁搭在旧的混凝土框架梁上,向下又吊挂出新的结构,旧的结构不能支撑新的所有结构,却因为还是承载了大部分的重量,成为不可或缺的一部分。新的生命力重新出现,旧有的废墟又“活”了过来。结构原来也是一个可以带来生命与情感的东西。


建造记录

顶层桁架安装 

楼层依次下挂安装 

立面交叉吊杆网 

底层新增钢支撑 

廊道柱加固

 廊道张弦梁

 廊道下部空间施工 


建成效果



项目名称:艺仓美术馆(原老白渡煤仓改造)

项目地点:上海浦东老白渡滨江,潍坊路和浦电路之间

设计单位:大舍建筑设计事务所

同济大学建筑设计研究院(集团)有限公司

建筑设计团队:柳亦春、陈屹峰、王伟实、沈雯、陈昊、王龙海、陈晓艺、丁洁如

结构顾问:和作结构建筑研究所/张准

建设单位:上海浦东滨江开发建设投资有限公司

施工单位:中国建筑第八工程局有限公司

设计时间:2016.2-2016.10

建成时间:2016.12

图片版权:除特别注明外,照片均由大舍建筑设计事务所提供并保留版权


版权信息:转载需注明出处 和作结构建筑研究所AND


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