装配式建筑摩天大厦 (摩天大楼改造记室外建筑)

摩天大楼改造记室外建筑,装配式建筑摩天大厦

AMP中心曾经是悉尼最高的建筑,现在却显示出它的老态。过时的1970年代结构已经到了使用寿命的尽头,塔楼的所有者希望用更大、更好、更节能的建筑来取代它。

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改造前后对比

但是,拆除高层建筑会带来巨大的环境成本,从建筑垃圾到重型机械排放的二氧化碳。因此,在2014年,澳大利亚投资公司AMP Capital发起了一场建筑竞赛,提出了一个前所未有的任务:在不拆除旧摩天大楼的情况下建造一座新的摩天大楼。

这座被称为世界上第一座“升级改造”的高层建筑,于今年早些时候开放,并于周五被评为 2022 年世界建筑。这座扩建的49层摩天大楼高676英尺,现在被称为Quay Quarter Tower,保留了旧结构的三分之二以上,包括梁和柱,以及原始建筑核心的95%。

重重挑战

3XN与工程公司Arup和澳大利亚建筑事务所BVN一起完成的这个雄心勃勃的项目带来了一系列设计挑战。首先是简单地确定现有建筑是否符合其原始设计。

高层建筑通常会在自身重量下收缩,尤其是在完工后的头几个月。因此,旧的AMP中心与图纸上的数据略有不同。

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新塔的设计包括五个堆叠的结构。3XN

当真正开始剥离现有的高层建筑时,总是有很多未知数,混凝土是否真的像我们想象的那么坚固吗?这对于研究如何将新结构“挂”在旧结构上至关重要。

只有当2018年开始施工时,建筑师和工程师才能更仔细地评估现有建筑。混凝土样品用于计算可以支持多少以及在哪里可以支持额外的结构荷载。

随着时间的推移,建筑物缩短的事实也带来了另一个困境:如果随着前者慢慢缩小,新旧结构变得错位怎么办?

为了解决这个问题,工程师们在建筑物周围安装了数百个传感器,以跟踪最微小的运动。这些数据输入霍尔特所描述的“数字孪生”——塔的动态计算机模型——用于进行实时调整,并确保一切都按照应有的方式工作、移动和缩短。

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该建筑能够尽享悉尼港的景色。3XN

工人们还在新旧结构之间留下了4米(13英尺)的间隙,直到施工的最后阶段,在进行最后的“嫁接”之前,这样新的混凝土有时间沉降。

低碳改造

3XN引人注目的设计是耗资10亿澳元(6.7亿美元)的重建项目的一部分,具有五个向天空扭曲的堆叠体量。Quay Quarter Tower被建筑师描述为“垂直村庄”,包含俯瞰悉尼歌剧院的零售空间和办公室,以及一系列屋顶露台。

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从外面看,没有明显的1970年代建筑前身的残余。在内部,塔楼的两个部分也无缝地“融合在一起”。当身处建筑之中,不必考虑旧结构在哪里,新结构在哪里。

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这座 676 英尺高的摩天大楼保留了 1970 年代原始结构的三分之二以上。3XN

对于塔楼的所有者来说,该设计实现了另一项重要壮举:它比从头开始建造便宜得多。据估计,AMP Capital通过挽救原始结构节省了1.5亿澳元(1.02亿美元)。

设计背后的丹麦建筑公司3XN的合伙人Fred Holt表示,就生存能力而言,AMP中心即将结束其生命。但它的结构实际上可以持续更长时间。不能总是保留一切。但是如果能保留大部分结构,那就是省下了大部分隐含碳,也就是在降低建筑的碳足迹。

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在拆除了旧建筑中无法挽救的部分后,建筑工人在它旁边竖起了一个新的结构,然后把它们“嫁接”到剩下的建筑上。现代玻璃幕墙环绕着它们,形成了一座摩天大楼。新设计使建筑物的可用建筑面积翻了一番,从而将可容纳的人数从4,500人增加到9,000人。

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建筑师认为,与拆除塔楼和从头开始相比,他们的方法节省了 12,000 吨二氧化碳——足以为建筑物供电三年多。除了减少混凝土等碳密集型材料的使用外,该计划还可以节省长达一年的施工时间。

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由混凝土填充的钢管组成的新结构优化了结构网格跨度,以增加对海港的视野。立面的外部遮阳罩减少了建筑物的热负荷,因此不需要内部百叶窗即可获得热舒适感。立面设计不仅减少了能源负荷,而且还确保了世界公认的悉尼港及其标志性建筑的景色始终在视野之内。

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旋转塔楼还创造了一系列外部露台,这些露台直接连接到多层内部中庭,该中庭将包含每个街区租户的共享便利空间。这些公共便利设施空间提供垂直和水平的壮丽景色,将日光深入工作空间,同时促进协作和互动。另一个好处是,旋转的体量有助于使北立面免受午后刺眼的阳光,从而营造出被动的可持续性特征。

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该建筑获得了世界年度建筑奖组织者的赞扬,在一份声明中,该活动的项目总监保罗·芬奇(Paul Finch)称赞这座摩天大楼是“适应性再利用的典范”,具有“出色的碳故事”。

3XN希望该项目可以作为一个案例研究,不仅适用于其他建筑师和工程师,也适用于建筑业主和企业业主,该项目展示了可持续性和价值如何在经济上结合在一起。

小结

2021年7月6日,国家发展改革委发布《关于加强基础设施建设项目管理确保工程安全质量的通知》,通知指出:

把超大体量公众建筑、超高层建筑和重点地段建筑作为城市重大建筑项目进行管理。其中,对100米以上建筑应严格执行超限高层建筑工程抗震设防审批制度,要与城市规模、空间尺度相适宜,与消防救援能力相匹配; 严格限制新建250米以上的建筑 ,确需建设的,要结合消防等专题论证进行建筑方案审查,并报住房城乡建设部备案; 不得新建500米以上超高层建筑。

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不仅如此,今年初,住建部等十五部门印发《关于加强县城绿色低碳建设的意见》,提出控制县城建设密度和强度, 县城新建住宅以6层为主,新建住宅最高不超过18层。一个疯狂建造摩天大楼的时代,走向终结。

然而在此之前,中国已经建设了大量的摩天大楼。从1978年到1989年,中国(包括台湾地区,但尚未回归的港澳除外)新增6座摩天楼;1990到1999,中国(包括回归后的港澳,以及台湾地区,下同)新增136座;2000年到2010年,新增了560座,2010年至2018年,新增1040座。2020年,全球建成了106座200米及以上的建筑,其中有56座在中国,占比超一半。

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截至2020年底,我国150米以上的建筑达到2395座,200米以上建筑达823座,300米以上达95座,3项指标均居全球第一,是世界上摩天大楼最多的国家。据不完全统计,中国摩天大楼已经占全世界60%以上,并已经连续第23年保持着200米以上建筑最高产的地位。

不过,大量摩天大楼的建造带来的是巨大的资源消耗和碳排放。

传统的摩天大楼是节能者的噩梦,大型工厂,如起重机、挖掘机和自卸车,都在建造此类建筑物时不断使用,产生大量的碳排放,而建筑中使用的材料也被运送到现场,有时来自世界其他地区,这意味着甚至在摩天大楼完工之前, 该建筑可能已经有很大的碳足迹。

摩天大楼中的供暖和制冷、电梯、基本服务和灯光的使用是摩天大楼日常运行的主要能源消耗,并且由于重力,将这些服务和材料运送到建筑物的较高楼层需要大量的能量。

大多数建于20世纪的摩天大楼在设计时都没有考虑到热性能,在设计中通常找不到任何形式的自然通风,这意味着建筑物在冬季持续供暖,然后在夏季通过空调系统不断运行来持续冷却,以确保建筑物对所有在那里工作的人来说是可以忍受的。

摩天大楼全生命周期能耗相当惊人,友绿智库认为,在双碳工作走向深入的背景下,摩天大楼提前进行节能改造乃至拆除的可能性正在增加。如何更环保、更节约、更省时地进行摩天大楼改造,AMP中心改造案例值得借鉴。