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前言 近日我们拿到了世包中心塔冠钻石顶的无人机照片，熟称“鸟瞰图”（图 1），以及内部钢结构仰视图，效果还算不错。 世包中心是位于杭州CBD的双子星高层建筑，屋顶钻石状造型是其建筑外观的点睛之笔。 钻石造型棱角分明，由于其独特的造型，经常与玻璃配合用在采光顶之类的项目中。然而，对于“钻石状”建筑，由于其相邻面不是传统意义上的正交，其结构骨架也不是常规的横平竖直（图 2），有一定的特殊性。有很多“钻石状”建筑由于结构的“气质”没有跟上来，其建筑的“八星八箭”气质也大打折扣。有图为证：图 3~图 6。 图 3~图 4效果尚可且为大师作品，此文暂且不表。对于图 5、图 6这样的外露结构，我想建筑师看到后应该会仰天长叹一声，老子花了如此心血，老天却如此待我！那么建筑师为什么会允许这样的结构出现呢？难道建筑师没有追求吗？问题的症结在于，在施工前建筑师往往并不知道钢结构建成后的模样（因为光看结构图纸是很难看出来效果的）。这样就造成了建筑师一顿操作猛如虎，结构背后骂你二百五，建成后双方都叫苦。 此难题怎么破？这就要求做“可视钢结构”的结构工程师，虽然不负责美，但必须得懂点儿美，并持续倾听建筑师需要什么样的美。 本文简单介绍世包中心塔冠钻石顶的结构设计思路。  图 1 世包中心大厦外观  图 2 钻石顶钢结构  图 3 沈阳文化艺术中心  图 4 广州歌剧院内部（图片来自网络）  图 5 裙房钻石顶的节点  图 6 某项目钢结构 结构设计 1. 截面选型 由于各建筑表面之间并非正交，结构设计首先面临构件截面的选择问题。常规构件截面一般有三种方案： 圆管截面 优点是没有方位的问题，设计简单，缺点是截面抗弯能力较差，经济性不好。另外其“气质”与“钻石状”存在一定的不和谐。图 3的沈阳文化艺术中心采用了圆管结构，显然没有“八星八箭”的气质。 矩形截面 截面经济性和力学性能俱佳，但节点处不便施工，且构件与玻璃无法贴合。图 5显示了本项目裙房钻石顶的钢结构（非我们设计）。节点气质显然还差点味儿。 H型截面 优点是截面抗弯效率高，缺点是弱轴刚度太差，而且外露式结构容易积灰，这里不做讨论。 如上所述，这三种常规截面似乎还达不到“八星八箭”的气质。那么怎么才能拿捏住钻石体的“气质”呢？ 这时“八星八剑”不断魔幻般的萦绕在你的脑海，你知道，得创新了。 常规的矩形管截面两个非正交面相接，出现的效果如图 7所示。很显然，矩形管顶面与玻璃的连接将会不那么“棱角分明”，也缺了点凌厉的气势。本项目我们抛弃了常规做法，根据钻石状外观对截面进行了定制化设计，截面形状与钻石体的切割相呼应。 图 8给出了定制化截面的原则：截面两条边与建筑两个面的上表面平齐，另外两条边则与上表面垂直，从而形成了与钻石体浑然一体的气质。（实际上述主梁的断面，又何尝不像一块钻石的立面图？）【当小编打出“不像”的时候，拼音输入法给出了“不想”，输入法能不泄露心声么？】  图 7 矩形管节点断面示意  图 8 异形管节点断面示意  图9 女人都爱的钻石立面图 采用这样的截面后，每个面上的次梁与钻石体脊线钢梁相连将变得自然流畅，三维模型如图 10、图 11。即使是三个面或者四个面相交，节点处仍然是浑然天成，绝不拖泥带水（图 12）。  图 10 两面相交节点（顶面）  图 11 两面相交节点（底面） 图 12 三面相交节点 2. 结构体系 既然气质这一块不能掉链子，那么构件的截面过大肯定也会为气质减分。然而百米高空，钱江沿岸，狂风暴雨时常侵袭之。 图 13显示了整个结构模型。为了减小截面，我们将支座设置在能够抵抗水平推力的混凝土楼面处，并利用钻石形状形成的空间“折线拱”调整内力的传递，大幅降低构件峰值弯矩，将截面优化到合理的视觉效果。 图 13 结构整体力学特征 3. 节点分析 根据结构“折线拱”的力学特征和构件节点附近的应力水平，我们可以判断出图 12所示的直接焊接节点承载能力没有问题。然而，审图老师是不会照顾我们的发际线的，“你这个节点我没见过，补个有限元报告吧！”好吧，反正发际线成了工程师资深程度的衡量准则，熬夜来一个分析吧。分析结果自然是没有问题（图 14），只是工程师资深程度的标志，又上升了一点。 图 14 节点有限元模型及mises应力分布 结语 当建筑师把一个建筑的外观搞成钻石状，就意味着建筑师希望此建筑能像钻石一样璀璨夺目。买大钻戒送老婆心疼的工程师们，不妨指着自己设计的钻石体建筑对老婆说“这是我送你的礼物！”（天空响起了巴掌的声音……） |
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