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      描述
      工程案例
      CASE

      利用鋼結構進行改造的藝倉美術館

          

      建筑需求

         既有的房屋本是黃浦江邊碼頭的儲煤筒倉以及附屬運煤廊道,曾在2015年第一屆上海城市空間藝術季中作為案例展的分展場,后擬加固改造為美術館。

      建筑設計上要求采用新結構與原結構相結合的設計思路,但怎么讓兩個結構并置,相對獨立,結合清晰是設計的關鍵。

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      改造前“廢墟”狀態的煤倉


         運煤廊道改造前,“重新裝載”展覽影片《呼喚》截圖

      此次設計在2016年初開始,而同年12月需要運營開展,意味著要在不到一年的時間里完成設計、招標、施工等全部工作。這使得結構設計在滿足建筑需求的同時,必須將施工等因素一并考慮。而結合這些因素的展開也成就了意料之外、情理之中的結構。


      煤倉改造

         煤倉部分作為工業建筑,采用了典型的筒倉框架結構,頂層為大空間。外圍護和屋面拆除后的結構骨架清晰可見。筒倉結構自身特有的底層薄弱問題也很顯著。



      “重新裝載”期間的煤倉結構 

         改造后的美術館需要擴大使用面積,但因為限高問題無法向上擴建,而采用了在原結構外圍擴建的建筑方案。



      錯動排列在原結構外側的新增體量

         外圍擴建的常規結構處理方式是新增外部框架。新結構將原結構包圍其中,并對原有結構進行必要的加固處理。這種方案簡單有效,但放在本項目的具體環境中卻發現一系列問題。其一,根據取得的相關資料,煤倉位于高樁碼頭平臺上,平臺下即江邊岸灘。需要重新打樁設置承臺來承托新增的外部框架?;A施工期間將大面積拆除碼頭平臺影響場地通行,同時岸灘資料不全、不確定因素多、存在工期無法控制的風險。其二,新增的建筑空間錯動排列,使得立柱影響到部分樓層的內部空間。其三,原基礎具有足夠的承載能力來承擔新增體量的荷載,具有加以利用的潛力。



      方案一  新增基礎承托立柱及樓面

         新增結構在原混凝土構件上直接懸挑可以解決前述的問題,但是最大出挑近7米的距離需要可觀的懸挑梁高,必然會影響設備安裝及建筑凈高。更為重要的是,在混凝土結構上通過后錨固措施實現大承載能力的懸挑構造實為下策。



      方案二 新增樓面直接懸挑

         如避免出現后錨固方式的懸挑構造,可通過斜向支撐將外部新增立柱的荷載直接轉移至原周邊基礎上,但是對底層的建筑空間影響顯著。

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      方案三 底層斜柱承托新增樓面

         綜上,基礎方案、工期、新老結構連接構造、建筑空間需求匯總為結構設計的困境。此時在常規的結構類型中已很難尋獲有效的出路。


         這時一個靈感產生了,如果新結構像斗笠一樣“戴”在原結構上則數個問題便同時得到解決。



         結合“斗笠”的思路,結構系統設計如下:擴建全部采用鋼結構;屋面鋼桁架四邊外挑;樓下各層依次通過垂直鋼拉桿吊掛于懸挑桁架下。

         這一體系回避了新增基礎;同時各樓層外擴部分可與原結構鉸接連接,免于剛接構造;而鋼拉桿的截面尺寸小于50mm,且僅位于外立面,可與幕墻立柱結合設計。


         新結構“戴”在老結構上,更有效的利用了老結構,同時也具有新老分離的姿態。



      方案四 新增屋面桁架懸吊下部樓面

      改造后原結構的待處理問題為:部分原有構件承載力輕微不足;角柱承載力較大欠缺;原本存在的底部薄弱層變的更加顯著;原有筒倉偏置,擴建后產生了更加明顯的偏心扭轉效應。對于前三個問題,通過在底層新增鋼支撐,以及對原構件進行必要的加固均可圓滿解決,但是最后一個相對棘手。


      同時,反倒是建筑師對于吊桿方案的安全性心存疑慮:“如果意外造成吊桿斷裂會不會引發整體垮塌”?雖然吊桿在受力層面已經留有必要的安全余量,但考慮到公眾心理因素,這一問題仍需謹慎對待。

      就心理感受而言,直接提高安全感的做法是設置可見的“冗余備份”。即同一位置由一根吊桿調整為并置的兩根甚至多根。結合前文提到的偏心扭轉問題,結構提出了一個新的方案:如果將拆分后的拉桿設計為網狀“罩”在建筑外部,則扭轉便有效解決,同時單拉桿破斷后形成的受力分散模式具有更高的安全性。

      建筑師欣然接受了這一新的結構形式。該處理方式也為吊桿的后期維修更換提供了便利,最重要的,建筑師認為這個斜拉交叉的網狀拉桿系統既滿足了結構扭轉問題,又提供了垂直方向上的結構余量,而且這是能夠被感知的,并且這個拉桿系統也和北側直上頂層的大樓梯的鋼桁架有著類似的形式語言。多重理由指向一個結果通常是難以拒絕的。



      吊桿設計演進 ? AND



      煤倉結構構成  ? AND

      混凝土樓板已隱去 紅色為加固用鋼支撐



      廊道改造

      煤倉北側的高架運煤廊道原為混凝土排架,僅遺留下柱梁。改造后將作為老白渡景觀綠地的一部分,提供藝術與服務空間。針對新的使用功能,需要增設樓板并局部加建至兩層。

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      改造前“廢墟”狀態的廊道

      原有混凝土排架采用梁柱鉸接的構造方式,年久失修已經損毀嚴重。確保安全的同時在設計中呈現出新老結構間的對話關系同樣重要。為了清晰呈現原結構的歷史遺跡,決定改造后維持排架為主的結構體系。



      排架加固前的節點

      對于僅附加樓板的單層區域,通過在原有混凝土柱兩側增大截面來提高單榀排架的面外抗側能力,同時梁柱節點加固后轉換為剛接,增大排架面內的抗側能力。


      廊道原有柱距6m,結合3m的經濟板跨,設計了一種特殊的張弦系統,整片鋼梁替代了常規張弦梁中的撐桿,此片鋼梁同時減小了新增樓板跨度。



      張弦板“擔”在原結構上

      對于加建為兩層的區域,二層擴建部分采用鋼結構,并將分立的雙鋼柱通過綴板連接外包于加固后的一層混凝土柱。因此原有混凝土結構觀感上得以保留,新增結構“夾”住原結構也進一步強化了加固作用。 

      廊道下的新增商業空間,從立面通透性出發,采用了懸吊結構。與例園茶室類似的鋼板屋面懸掛于張弦梁下方。門窗洞口附近的鋼板柱僅作為屋面的抗側體系。




      建筑師認為,相比美術館的主體部分,廊道改造的結構動作在建筑的表面更為清晰可讀。本來如廢墟般的結構,失去了功能,也失去了作為建筑的意義,仿佛已經“死”去,而新的結構作為一個清晰的系統,夾住舊的混凝土柱子,支撐了上部結構,鋼的張弦梁搭在舊的混凝土框架梁上,向下又吊掛出新的結構,舊的結構不能支撐新的所有結構,卻因為還是承載了大部分的重量,成為不可或缺的一部分。新的生命力重新出現,舊有的廢墟又“活”了過來。結構原來也是一個可以帶來生命與情感的東西。


      建成效果

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