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一个 35 英尺高的全玻璃店面是在一个以前没有使用过这种规模的玻璃的市场中设计和建造的,玻璃店面和上面的塔之间有近三英尺的垂直移动。结构玻璃幕墙的设计和执行需要来自包括建筑师、工程师、特种玻璃工程师和建造师在内的广泛专业人士的投入和专业知识。通过组建核心专家团队,业主实现了在犹他州盐湖城中心开发一座非凡的标志性建筑的目标。

项目概况

111 主塔是一座 24 层高的投机性办公大楼,位于犹他州盐湖城市中心的 South Main 和 E 100 South Street 的拐角处,距离耶稣基督教堂的历史总部圣殿广场仅几个街区后期圣徒。该建筑在一楼连接到埃克尔斯剧院,这是一个与 111 主塔同时建造的新的 2,500 个座位的表演艺术中心,与 City Creek 中心直接隔街相望,这是一个占地 20 英亩的混合用途开发项目,包括零售、商业和住宿计划于 2012 年完成。(参见图 1。)

当该项目被 City Creek Reserve, Inc. (CCRI) 收购时,111 主塔的设计已接近完成。CCRI 是耶稣基督后期圣徒教会的房地产投资组合,也是犹他州盐湖城商业房地产的主要开发商。CCRI 最近的开发项目包括 City Creek 中心。

在收购该项目之前的几年里,CCRI 对盐湖城市中心的振兴进行了大量投资。CCRI 将 111 主塔项目视为在这条重新焕发活力的市中心走廊内创建标志性建筑的机会。

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图 1 – 场地平面图: 1. 111 主塔;2. 庙广场;3. 市溪;4. 博物馆和会议中心

场地复杂性

111 主塔楼是盐湖城重建局 (RDA) 确定的城市街区的基石,是新建表演艺术中心的理想地点。该街区内包含 RDA 拥有的 90,000 平方英尺(8,360 平方米)L 形物业。该物业的大部分用途是供新的表演艺术中心使用。该物业的一部分将出售给 111 主塔开发团队,用于建造新的办公楼。

办公大楼的经济可行性需要 21,000 平方英尺(1,950 平方米)的占地面积。然而,为了容纳基本的节目元素,新的表演艺术中心需要近 75,000 平方英尺(6,970 平方米)的占地面积。为了推进塔楼项目,需要在 15,000 平方英尺(1,390 平方米)的场地上建造 21,000 平方英尺(1,950 平方米)的塔楼底板。

建筑物的北边缘与南街 100 号沿线的财产线对齐。在第 5 层以上,建筑物的南边缘悬挂在南部财产线上方约 47.5 英尺(14.48 米)处。表演艺术中心在底层和 5 层之间的塔脚印范围内侵占了 45 英尺(13.72 米)。 CCRI 从 RDA 获得了空中权,SOM Architects 和 Structural Engineers 构想了一座带有屋顶桁架的建筑,以暂停南部的租赁跨度新的五层表演艺术中心的塔楼。(参见图 2。)

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图 2 – 剖面图

建筑形式

塔楼呈矩形,从第 5 层开始一直延伸到建筑物的整个高度。塔的占地面积为 155 英尺(47.24 米)乘 135 英尺(41.15 米)、21,000 平方英尺(1,950 平方米)的矩形。第 3 层和第 4 层创建了一个 155 英尺(47.24 米)乘 87.5 英尺(26.67 米)的矩形,与上方塔的北边缘对齐。2 层是一个由进气和排气百叶窗封闭的机械水平面,并在沿西部和北部的物业界线后退 2.5 英尺(0.76 米)。一楼高 37 英尺(11.28 米),占地面积 14,000 平方英尺(1,300 平方米)。

结构性能

盐湖城位于抗震设计类别 D,靠近瓦萨奇断层带的活动盐湖段。因此,该建筑旨在适应严重的地震活动。建筑高度为 387 英尺(118 米),建筑结构是使用基于性能的抗震设计程序设计的,这需要额外的独立同行评审。

建筑地基是驱动钢 HPpiles,深度超过地面 100 英尺(30.48 米),支撑中央钢筋混凝土核心。钢筋混凝土核心从地面以下 18 英尺(5.5 米)一直延伸到地面以上 351 英尺(107 米)处的机械顶层公寓(25 层)。机械顶层公寓由一个双向钢桁架系统组成,悬挂着 18 个周边柱。

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图 3 结构剖面图

沿南边的外围柱向下延伸到 5 层。为了创建一个平衡的系统,在西、北和东侧,外围柱向下延伸到 2 层。塔的所有楼层都由悬挂的外围柱支撑,由屋顶的双向钢桁架系统支撑。重力荷载使用六个钢球结构支座从帽形桁架转移到钢筋混凝土核心墙的顶部。

屋顶的双向钢桁架系统支撑了西、北、东23个悬垂层,南侧20个悬垂层。钢筋混凝土核心墙是塔和基础之间的唯一连接,并承担所有重力、风和地震载荷的传递。

该建筑独特的结构设计结合对严重地震活动的预测导致显着的差异运动,主要在 1 级和 2 级之间。在这个位置,外墙和建筑系统的设计需要适应显着的运动:垂直运动高达 32英寸(81.3 厘米),平行移动高达 3.3 英寸(8.4 厘米),垂直移动高达 3.3 英寸(8.4 厘米)。(参见图 3。)

建筑设计:一般原则

指导 111 主塔设计的三个基本原则是:透明度、视觉深度和性能。

透明度被用作将建筑物及其居住者与场地连接起来的主要手段,在人类尺度上响应密集的城市环境,在环境尺度上响应其在瓦萨奇和奥奎尔接壤的山谷中的地理位置山脉。

视觉深度用于外部外壳的体量和设计以及细节,作为与透明度的并列。外墙的视觉深度在天际线和不断变化的街道上营造出一种存在感,并邀请人们更近距离地探索这座建筑。性能要求包括适应建筑结构中具有挑战性的运动、强调人体健康和舒适度,以及了解区域市场和租户需求。在设计过程的每个步骤中,这些原则都经过严格考虑,并在建筑系统和外部围护结构的解决方案中得到阐明。

外部外壳设计:塔式外壳

主要的建筑外墙由单元式幕墙组成。典型单元宽 5 英尺(1.5 米),高 13.75 英尺(4.19 米),转角单元宽 7.5 英尺(2.3 米),高 13.5 英尺(4.1 米),落地窗玻璃高 9.42 英尺(2.87 米)米)高。在第 24 层,典型单元宽 5 英尺(1.5 米),高 15.75 英尺(4.8 米),角落单元宽 7.5 英尺(2.3 米),高 15.75 英尺(4.8 米),落地窗玻璃身高 12.75 英尺(3.9 米)。宽阔的转角单元与落地玻璃窗相结合,最大限度地提高了透明度,尤其是在角落处,为居住者提供了周围山谷和山脉令人叹为观止的美景。

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图 4 塔式幕墙

拱肩处的阴影箱具有一系列水平铝挤压件,以突出它们产生的阴影。在每个垂直竖框上都有 10 英寸深(25.4 厘米)的带有定制熔块图案的玻璃翅片。水平线和阴影盒的深度与垂直线和玻璃翅片的深度相结合,在立面上创造了视觉深度。(参见图 4。)

位于海拔约 4,250 英尺(1,295 米)的干燥和干旱气候中,建筑系统和外部外壳需要适应显着的温度波动(设计基础是 97.4°F (36.3 °C) 和 9.3°F (-12.6°C)) 的室外加热条件,以保持室内空间温度为 72°F (22.2°C)。

42,935 平方英尺(3,990 平方米)的外壳面向正南,39,815 平方英尺(3,700 平方米)面向东和西,47,200 平方英尺(4,385 平方米)面向正北。由于窗墙比平均为 70%,因此最大限度地减少太阳能热增益非常重要。在中空玻璃单元的外层上安装了一块灰色的 0.375 英寸(9.52 毫米)浮法玻璃,#2 表面上有一个 Low-E 涂层。

为了乘客的舒适度,视觉区域中心的玻璃偏转被限制在最大 1 英寸(25.4 毫米)以内。由于某些地区的风荷载超过每小时 65 英里(每小时 105 公里),因此隔热玻璃单元由 0.375 英寸(9.525 毫米)外层、0.5 英寸(12.7 毫米)空气空间和 0.375 英寸(9.525 毫米)外部 lite。

塔的任何两个典型楼板之间的预期地震漂移为 3.3 英寸(83.8 毫米),间距为 13.75 英尺(4.2 米)。单元式幕墙通过单元的滑动和倾斜组合来适应地震漂移。

进一步使单元式幕墙的设计复杂化,施工进度要求单元式幕墙的安装早在建筑荷载从临时支撑转移到屋顶桁架之前就开始。这需要在幕墙锚固件处的单元到单元细木工中进行异常大量的调整。(参见图 5A 和 5B。)

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图 5A 和 5B 性能模型

建筑设计:一楼大堂

对 CCRI 而言,位于 111 主塔底部的 L 形大厅是一个公共、开放和活跃的空间,这一点很重要。一楼大堂的设计被设想为城市的起居室,这是一个具有人性化功能的大空间,提供聚会、休息和休息的场所。

沿着大堂的南缘有一个宽 29.5 英尺(9 米)、高 32.5 英尺(9.9 米)的大型室内玻璃店面,底部 10.5 英尺(3.2 米)的玻璃店面滑动打开,提供塔楼大厅之间的直接连接以及相邻的表演艺术中心的大厅。

L 形大堂的另一端是一间咖啡厅,也通向塔楼大堂。与表演艺术中心和咖啡厅的连接——结合 40 英尺(12.2 米)长的水景、36 英尺(11 米)乘 19.5 英尺(5.94 米)高的媒体墙艺术装置和一系列沙发、桌椅——用来激发公众的好奇心和空间内的参与度,并鼓励大厅的自由流动。

外部围护设计:大堂围护

为了促进大堂与其城市环境的联系并激发公众使用,沿着北和西公共道路的大堂外墙被设计成透明的全玻璃立面。除了入口处,店面仅由一种材料构成——夹层超白玻璃。使用这种单一材料和宽大的 10 英尺(3 米)乘 35 英尺(10.7 米)模块,材料交叉点的数量被最小化,每个细节都经过精心制作,以支持透明度和视觉深度的原则。(参见图 6。)

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图 6 大堂内部

由于建筑结构悬挂在屋顶上,37 英尺(11.28 米)高的底层是无柱的。全玻璃大堂外部围护结构由重力支撑,导致围护结构和上方塔楼之间的运动差异极大。全玻璃外壳需要适应悬塔底部和地面之间的 +14 英寸(35.6 厘米)和 -18 英寸(45.7 厘米)的垂直移动,以及 3.3 英寸(8.4 厘米)的平行和垂直运动。专注于透明度和视觉深度的原则,笨重和不透明的伸缩缝被能够适应这些运动的系统设计所取代。

全玻璃大堂外立面的主要元素描述如下,如下所示:

  1. 典型平面图
  2. 转角平面图
  3. 枢轴截面细节
  4. 天窗的转角截面细节
  5. 大堂围护结构返回
  6. 大堂入口门户

1 典型平面图:

中心间隔 10 英尺(3 米),每个夹层玻璃稳定翅片由四片 0.5 英寸(12 毫米)的超白低铁玻璃组成。夹层玻璃稳定翅片设置在夹层玻璃面板后面,以提供对正负风载荷的连续抵抗线,并消除对可见金属配件的需要。夹层玻璃面板宽 10 英尺(3 米),高 35 英尺(10.7 米)。每个夹层玻璃面板由两片 0.5 英寸(12 毫米)的超白低铁玻璃组成。玻璃显示以水平线的白色小矩形的形式提供,这些矩形被丝网印刷在每个夹层玻璃面板的 #2 表面上。

黑色结构硅胶的连续垂直线将夹层玻璃面板粘附到夹层玻璃稳定翅片上。黑色硅胶的使用在视觉上是隐性的,在交叉细木工处使用最少材料的大玻璃面板加强了透明度原则。

在全玻璃大堂外墙的底部,坐落在每个夹层玻璃稳定翅片之间,是一系列线性沟槽加热器。地沟加热器迫使热空气上升到全玻璃外壳的内侧,从而减少冷凝。

2 转角平面图:

大堂外墙有三个玻璃转角,一个在主楼转角处,两个在围墙返回与建筑相接的地方。由于拐角处的夹层玻璃角板起到相互支撑的作用,因此全玻璃大堂围护结构的拐角处没有夹层玻璃稳定翅片。会聚的 10 英尺(3 米)乘 35 英尺(10.7 米)夹层玻璃面板被斜接,并用 0.75 英寸(19 毫米)黑色硅胶接头连接。这种接合配置允许夹层玻璃角板在剪切时相互支撑,在地震事件中变形,并提供最终的透明度。

3 枢轴部分细节:

虽然全玻璃大堂外墙由与塔楼相连的夹层玻璃檩条横向支撑,但全玻璃大堂外墙与悬挂在上方的塔楼之间预期的垂直移动要求将外墙隔离从塔。为了满足这些相反的标准,全玻璃大堂外墙的玻璃屋顶被设计成一个运动接头。

6 英尺(1.8 米)宽的夹层玻璃天窗板由两块 0.5 英寸(12 毫米)的超白低铁玻璃组成。夹层玻璃天窗面板每 10 英尺(3 米)由夹层玻璃檩条支撑。夹层玻璃檩条由四片 0.5 英寸(12 毫米)的超白低铁玻璃组成。围绕榫卯连接设计,在夹层玻璃檩条的一端,外两层层压板被挡住,在夹层玻璃稳定翅片的顶部,层压板的内部两层被剪短。

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图 7 枢轴部分详细信息

夹层玻璃檩条拼接成夹层玻璃稳定翅片,并用不锈钢销钉连接。夹层玻璃檩条的另一端固定在隐藏式直线导轨上。导轨安装在塔的底部,允许在全玻璃大堂外壳和上面的塔之间自由移动。夹层玻璃天窗面板通过 1.63 英寸(41.4 毫米)黑色硅胶接头连接到夹层玻璃面板,并通过 0.75 英寸(19.05 毫米)黑色硅胶接头连接到夹层玻璃檩条。(参见图 7。)

与典型的平面细节相似,相对薄且单一的黑色硅胶接头在高度上后退。不锈钢销、夹层玻璃稳定翅片和夹层玻璃檩条的形状可以表达它们旨在适应的旋转运动。

4 天窗角部细节:

在多个复杂运动汇聚的时刻,全玻璃天窗角部的设计旨在鼓励夹层玻璃天窗角部面板在地震事件中相互上下移动。夹层玻璃天窗角板呈梯形。该面板在前边缘和后边缘处与建筑物正交并平行,并且位于距拐角 10 英尺(3 米)处的夹层玻璃稳定翅片处。

在角落边缘,夹层玻璃天窗角板被切割成一定角度,以与上方的建筑物相接。为了鼓励一块夹层玻璃天窗角板向上滑动并滑过相邻的夹层玻璃天窗角板,两块夹层玻璃天窗角板之间的接缝需要以30度角切割。由于 30 度角超出玻璃制造标准,因此每个夹层玻璃天窗角板的边缘都以 45 度角切割。

斜接边缘被完成以接收定制的不锈钢形状,旨在将夹层玻璃天窗角板的 45 度角过渡到 30 度角,以鼓励一个夹层玻璃天窗角板向上滑动并滑过相邻的面板。

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图 8 天窗角

定制的不锈钢形状适用于每个夹层玻璃天窗角板的斜接边缘。铸造不锈钢形状的暴露部分大约 0.75 英寸(1.9 毫米)宽,并与垂直角板上的垂直 0.75 英寸(1.9 毫米)硅胶接头对齐。铸不锈钢形状的暴露部分的两侧都有细的黑色硅胶线。(参见图 8。)

0.375 英寸(9.5 毫米)宽的硅胶接头将两个夹层玻璃天窗角板分开。主水线是一块硅胶板,桥接在两个夹层玻璃天窗角板的顶部,在每个夹层玻璃天窗角板的边缘处用硅酮密封胶粘合。

5 大堂围护结构返回:

东、南物业线为共享地块线。沿着这些共享地块线的底层外部围护结构由钢筋混凝土、CMU 块和钢框架墙组成,全部覆盖有铝板或水泥灰泥,并从地面悬臂。

在建筑的东北角和西南角,全玻璃大堂外墙返回与铝复合墙组件相接。由于使用传统的抗震接头将相邻的墙体组件与悬挂塔的底部隔离,因此还必须将全玻璃大堂外墙与这些相邻的墙体组件隔离。

在西南角,35 英尺(10.7 米)高的夹层玻璃返回面板终止于铝复合墙后面,12 英寸(30.48 厘米)宽、2 英寸(5.08 厘米)深的垂直钢管从地面悬臂伸出并连接到塔的底部带有隐藏式直线导轨。夹层玻璃返回面板被捕获在安装在垂直钢管上的连续组合钢槽中,并运行夹层玻璃返回面板的整个高度。

垂直钢管与相邻的铝包墙组件在各个方向上相隔 4 英寸(10.16 厘米),以适应这两个组件之间预期的不同运动。夹层玻璃回程板的内侧和外侧均设有垂直铝板复合铰链抗震接头,夹层玻璃回程板上方设有18英寸(45.72厘米)高的槽缝和组合钢槽以容纳垂直移动。

夹层玻璃天窗面板与墙面保持大约 1 英寸(2.5 厘米)。铝板上有角度的水平接头沿着夹层玻璃天窗板的线条,一端粘贴硅胶片,另一端粘贴在铝复合板后面的防水膜上.

东北角的夹层玻璃返回板的解析方式与西南角的夹层玻璃返回板大致相同,只是东北角的夹层玻璃返回板只有 20 英尺(6.1 米)高,并且设置在10 英尺(3 米)高的钢框架入口门户的顶部。

大堂外部围护结构的全玻璃表现对解决美学和性能方面的考虑至关重要。西南角和东北角的全玻璃表达创造了一个额外的维度——全玻璃大堂外墙采用立方体形式,进一步阐明了其透明度。通过将全玻璃大堂外墙终止到与夹层玻璃面板平行的相邻墙组件中,实现了视觉深度,并用于强调全玻璃大堂外墙的透明度。此外,通过实施类似于已在全玻璃大堂外墙围护结构主楼角落和侧向支撑处使用的细节。

6 大堂入口:

两个公共大堂入口,一个在南街 100 号,一个在大街,由玻璃、钢和木头建造。两个模块宽,一个结构钢框架被设计用来支撑大厅外部围护结构中的两个夹层玻璃面板和三个支撑它们的夹层玻璃稳定翅片。

在钢框架的外侧,两个 2.5 英尺(0.76 米)深、20 英尺(6.1 米)高的夹层玻璃侧板支撑着一个 2.5 英尺(0.76 米)深、20 英尺(6.1 米)宽的夹层玻璃门楣。在钢框架的内侧,两个 5 英尺(1.52 米)深、20 英尺(6.1 米)高的夹层玻璃侧板支撑着 5 英尺(1.52 米)深、20 英尺(6.1 米)宽的夹层玻璃门楣。

四块夹层玻璃侧板由三块 0.5 英寸(12 毫米)的超白低铁玻璃组成。两块夹层玻璃门楣板由三块 0.5 英寸(12 毫米)超白低铁玻璃和一块 0.3 英寸(8 毫米)超白低铁玻璃组成。钢框架、夹层玻璃侧板和夹层玻璃门楣板用于定义 20 英尺(6.1 米)宽、20 英尺(6.1 米)高、7.5 英尺(2.29 米)深的大堂入口入口。

大堂入口处的透明度是通过明智地使用固体材料,并在可能的情况下通过接合夹层玻璃板来支撑固体材料来实现的。鉴于全玻璃大堂外墙的透明特性,在城市环境中突出建筑物入口是外墙设计的关键标准。这是木材的引入,四分之一切片的加州桉树,用于将入口与相邻的全玻璃大堂外墙分开,并为外墙增添诱人的温暖。

入口的视觉深度通过穿过一系列十个木门而得到加强。有四个外部木门,一个包木钢门和五个室内木门。外部和内部木门的尺寸为 2.5 英寸(6.35 厘米)乘 6 英寸(15.24 厘米),由坚固的加州桉树制成。它们在中心间隔大约 5.5 英寸(14 厘米)。木复合钢制检票口内装有结构钢框架,支撑上方的全玻璃大堂外墙和 20 英尺(6.1 米)宽、10 英尺(3 米)高的夹层玻璃横梁。

四个外部木门和五个内部木门机械固定到连续隐藏的不锈钢硬件上。在门楣处,连续隐藏的不锈钢硬件机械固定在夹层玻璃门楣板上,并用连续的结构硅胶线粘附在夹层玻璃门楣板的下侧。

在门楣的每一端,都有一个机械连接到连续隐藏的不锈钢硬件,支撑外部和内部木门的垂直木材。支撑外部和内部木门的垂直木材的连续隐藏式不锈钢硬件然后用连续的结构硅胶线粘附到夹层玻璃侧板上。

在它们的底部,木门离地面 2.5 英寸(6.35 厘米),以表达它们的支撑方式,并通过在地面上保持水和允许空气在下方自由流动来避免木材退化。通过使用夹层玻璃板来支撑外部和内部的木质门窗,不需要额外的固体材料伸出来支撑它们。大堂入口在街对面看起来很坚固,但从内部看却是完全透明的。

为了进一步加强由外部和内部木质门窗创造的透明度和视觉深度,并消除用于粘附不锈钢硬件的 2.5 英寸(6.35 厘米)宽结构硅胶线的入口门外侧的可见性,这是​​一种天然的木饰面被捕获在夹层玻璃侧板和门楣板内部。

由于以前没有这样做过,设计团队与承包商、专业玻璃工程师和玻璃制造商密切合作,研究和开发实现这种组装的方法。在此过程中,我们发现了诸如单板基材、单板饰面、中间层结构接触面积减少以及在层压过程中 10 英尺(3 米)长 x 2.5 英寸(6.35 厘米)宽的单板长度不稳定等问题,并且通过一系列制造样品和全尺寸模型来解决。

致谢

City Creek Reserve, Inc. 所有权团队的远见使 111 主塔项目及其提供的独特机会成为可能。 111 主塔成功的其他关键参与者包括我的 SOM 建筑师和工程师同事,Okland Construction公司、Steel Encounters, Inc.、Eckersley O'Callaghan Engineers、Sedak 以及一些当地的助理建筑师和工程师。通过组建这个核心专家团队,CCRI 实现了在犹他州盐湖城中心开发一座非凡的标志性建筑的目标。

此外,特别感谢我十多年的导师 Keith Boswell,感谢他对建筑实践的不懈奉献和对我工作的支持。

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