编译：刘玉姝

来源：建筑钢结构进展公众号

One Vanderbilt大楼的钢框架结构由结构公司Severud合伙人咨询事务所设计，共采用了26,000t钢材。该建筑的一大特色就是全楼层高的落地窗，高度从14ft.6in.（4.42m）到24ft.（7.32m）不等，大部分都是无柱楼面空间，拥有360°无敌视野。核心筒是一个钢框架和高强混凝土剪力墙组成的混合体系，这种做法使得项目施工管理方——AECOM建筑公司下属的铁狮门公司能够更好地控制项目工期。塔楼下部设置了9ft.（2.74m）厚的混凝土筏形基础，塔楼的核心筒在三个中间楼层设置了伸臂钢桁架来加强，这三处伸臂钢桁架的设置也是经与机电设计顾问进行紧密协调之后才确定的，以尽量减小对先进的建筑机电系统带来的干扰。

除此之外，设置了一个钢质调谐质量阻尼器（TMD，Tuned Mass Damper），从而使得建筑的加速度保持在一个能让大楼使用者感到舒适的范围内。在塔楼第5层和第13层的柱转换系统赋予建筑以独具特色的外形，同时也需要设置整层楼高的桁架结构。通过采用钢结构构件，结构工程师们得以减少弦杆和内部斜杆所带来的潜在干扰。在桁架节点处，采用铸造节点以确保连接节点尽可能密实，同时又能平顺地进行受力传递，简化现场施工。铸钢节点既是各向同性的，又是可焊的。事实上，当两个或者更多桁架在核心筒处交汇时，没有其他连接节点可以比铸钢节点更实用了。宽翼缘截面的高效性和经济性使其成为建筑框架主体的第一选择，但是在其荷载超过轧制构件承载力的部位则采用了箱形截面柱和焊接钢板梁。不同厚度和宽度钢板的组合，连同稳定适用的焊接细部构造，使得项目团队得以设计出能够满足任何几何约束条件的截面形式。

在建筑的顶部，“皇冠”和“通气管”元素定义了这个长方形的锥形尖塔的上端，空心钢管截面是支承玻璃幕墙各种复杂细部的理想选择，其高抗弯承载力——即使在较大的高宽比和较长的无支撑长度下——及其对工厂焊接的连接节点的适应性，简化了钢构件的加工。另外，施工现场可用于水平构件和斜构件连接的端板型螺栓拼接节点，也极大地方便了安装过程。

位于“通气管”顶部的建筑最上方的是一个128ft.（39.01m）高的尖塔，也是由钢板制成的。尖塔被加工成可以通过翼缘连接在一起的可运输塔段，在高耸入云的1,401ft.（427.02m）的高空也可以轻松通过螺栓连接起来。内嵌板考虑采用玻璃材质，但是它不能抵抗由附近烟道所产生的热量。进行了一个单独的风洞试验研究来确定尖塔部分的风荷载以及尖塔和建筑框架之间的相互作用。因此，尖塔每个侧面都设置了斜向加劲肋，用来干扰风场且有助于控制结冰。作为额外福利，这些加劲肋延续了将视线一直引导到建筑顶部的特殊效果。

塔楼采用了由Severud合伙人咨询事务所倡导的钢结构优先的安装顺序。位于核心筒处的柱、梁、斜撑都被设计成是最高可以达到12层的自立式结构。随着钢结构安装的进行，开始在下方建造钢筋混凝土剪力墙。在核心筒内采用自升式模板系统，在外部则采用手持式模板，混凝土作业随着钢结构一起向上进行，通常和上部保持6层楼的差距。这种施工方法使得项目施工管理方——AECOM建筑公司下属的铁狮门公司能够消减由于混凝土浇筑而引起的可能的工期延误，同时又能将较快的安装时间对整体工期的影响最大化。

核心筒剪力墙——抗侧体系的主要结构组件——有30in.（76mm）厚，抗压强度高达14,000psi（96.53MPa），整个工程采用了80级钢材。对于这个超高层建筑来说，控制侧向位移和振动对于保持性能尤其重要，因此在三个中间设备层采用了伸臂钢桁架来对混凝土剪力墙进行加强。整个抗侧体系是基于该项目的风洞试验及微气候专家——RWDI公司提供的参数来进行设计的。根据该公司给出的用户舒适度分析，设计团队在靠近建筑顶部的位置增设了一个调谐质量阻尼器（TMD）来将建筑的加速度控制在舒适范围内。

由于竖向空间限制，该建筑设计成具有两个钢质点的复杂体系：一个质点是从上方悬挂下来的，另一个质点是支承在地面上的，两个钢质点之间相互连系在一起以扩大振动频率的范围。在建筑第5层和第12层的柱转换体系安装之后，就在框架的关键位置安装了光电目标装置。这样在施工进行的过程中，就可以从Chrysler大厦以及其他附近的高楼内对这些光电目标进行监测，以确认建筑的性能并将监测数据告知远在建筑内的安装团队，例如，在进行柱拼接时是否有增加垫片的需要。

先进的APD方法

如何在一个靠近世界上最繁忙交通枢纽之一的人员密集、熙熙攘攘的区域内建造美国最高建筑之一？而且还要在一个加速的工期计划内完成？首先，要尽可能早地开始钢结构连接节点的设计和建模。One Vanderbilt大楼位于42号与43号大街之间，沿着麦迪逊（Madison）与范德比尔特（Vanderbilt）大道，就在纽约中央车站的门口，是纽约市目前第二高且最新的办公建筑，该大楼也是交通枢纽序列的重要组成部分，这里每天都有成千上万的通勤人士。One Vanderbilt大楼有77层，高1,401ft.（427.02m），建筑面积170万ft.2（15.79万㎡），是在拆除原建筑的基础上重新修建的，于2016年破土动工，现已在规定预算内提前完工。

One Vanderbilt大楼的设计者KPF（Kohn Pedersen Fox）建筑事务所是我们再熟悉不过的，这是一所专注于全球各地摩天大楼设计的事务所，目前世界上最高的10座建筑物中有4座是该事务所设计的。KPF建筑事务所设计的One Vanderbilt大楼由4个螺旋向上的穿插楔形体块构成。大楼的结构设计则由Severud合伙人咨询工程公司完成，以钢框架、斜柱、转换结构、环绕混凝土核心筒的伸臂桁架等为特色，施工顺序是首先利用一个临时钢核心筒来安装钢框架，最终该钢核心筒会被永久埋置在混凝土核心筒内。这种做法使得项目的建造就如同没有混凝土核心筒一样，充分发挥了钢结构安装速度快的优势，从而也缩短了总工期。

该大楼预计的入住日期是2020年年底，安装用钢量超过25,000t的上部结构的工作始于2017年夏季。鉴于该项目在2015年秋和2016年冬经历了数次反复设计，该项目借鉴了Thornton Tomasetti公司的建造工程实践经验，充分利用钢结构的快速施工优势来缩短工期，确保项目得以按期完工。Thornton Tomasetti公司的先进项目交付APD（Advanced Project Delivery）方法，连同该公司的结构工程实践经验，为该项目提供了早期的钢结构连接设计以及Tekla建模服务，从而可以提早进行工厂下单和进行钢结构详图设计。

在整个项目中，Thornton Tomasetti公司和设计及施工团队紧密协作，在钢结构构件抵达现场15个月之前就开始投入工作，弥合设计和施工之间的差距。在这个初期阶段，该公司提出了复杂的连接节点概念，供Severud合伙人咨询工程公司审核批准，采用建好的Tekla模型发现和解决了早期的可用文件中很多缺失的几何信息以及框架之间的碰撞问题，也获取了最终的受力信息供连接节点设计使用。Thornton Tomasetti公司和Severud合伙人咨询工程公司之间采用了一种内部信息请求的工作方式，前者频繁地提供设计变更建议或者在一些特定情况下免去一些规定的受力要求，这些都有助于改进钢结构连接节点的设计、细部构造、加工以及安装全过程。

这些早期的钢结构连接和几何尺寸信息在2016年夏季就得以发送给钢结构投标商。为了进一步增强对项目要求的理解，还给出了Tekla模型和连接构造示意图来阐述一些复杂部位，也有助于钢结构投标商给出一些加工和安装方面的改善建议。随着裙楼建模的完成，更多的细部构造和Tekla进度模型也都会在投标的进程中发送给投标商。早期的连接设计确认了有必要采用实心铸钢节点以实现两个方向的受力传递。这些铸钢单元重量在3~22t之间不等，最大的铸钢节点约为3ft.×3ft.×10ft.（0.91m×0.91m×3.05m）。建筑较低部分的3个节点的这些特殊条件都进行了详图设计，也都被包含在了招标文件中，使得钢结构投标商在项目早期就能对项目所需有更好的理解，从而进行更精准、可靠的投标。最终在2016年10月，Banker钢结构有限公司获得了该项目的钢结构加工合同。

该项目被分成7个工序进行详图设计。每个工序都有一个预先安排好的材料预提单ABM（Advanced Bill of Materials）日期以及下达详图用RFD（Released for Detailing）日期。工序1是裙楼底部，从基础到第6层。这个工序包括若干24ft.（7.32m）高的转换桁架，由焊接箱形截面及9ft.（2.74m）高的钢板梁组成，还包括若干楼层的水平支撑以及大堂上方一个倾斜的悬挂天花板。转换桁架连接节点大多采用26in.（0.66m）宽的焊接节点，由厚达6in.（15mm）的多层钢板加工而成。工序2是裙楼上部，从第6层到第13层，还包括另一组转换结构。工序3~工序6包括45个典型办公楼层，且包含3个伸臂加强层。工序7的亮点在于由玻璃围合起来的屋顶结构，采用外露空心钢管截面HSS制成的边柱、水平构件以及尺寸为HSS22×22的斜撑。在签订了钢结构加工合同之后，工序1和工序2一个总重量达11,500t（占项目总用钢量的45%）的材料预提单ABM模型就被提交给钢材加工商Banker钢结构有限公司，连同细部构造中的锚杆和预埋钢板等。三周之后，工序1总重量达7,000t的RFD模型被提交用作详图设计。显然这是整个项目最复杂的工序之一，其钢结构详图设计和加工过程都得以提早进行。

随着连接节点设计和建模工作的进展，任何Thornton Tomasetti公司和设计团队之间的所需的宝贵信息，连同连接设计和Tekla建模状态，都在每周的项目例会上被报告给整个项目团队。被包含在与Banker钢结构有限公司合同内的顺序模型交付计划使得整个项目团队，包括设计方和业主方，都能够以一种及时的方式提供解决方案和做出关键性决定。这种做法不仅有助于简化信息流程，也有助于在早期发现可能的碰撞，确保项目进度能快速进行。

在工序1之后的一个半月后给出了工序2的RFD模型，若干钢构件以及大批结构用钢都已经被转化成施工图待审核批准了。其后，后续的工序也基本上每隔两个月就依次给出RFD模型，这些RFD模型使得钢材可以根据实际长度而不是典型的ABM订单长度（在ABM订单中，连接节点设计还是未知的）来订货，因此避免了材料的浪费。那些交付期很长的结构构件会根据可用的时间长度信息提早订货。在下订单之前就确认连接设计和建模信息使得构件尺寸可以提前修改好，这时候尤其有利于简化连接设计或者免去昂贵的加固必要，例如要考虑平面外受力时在那些连接节点局部尺寸不够的地方增加空心钢管截面的壁厚。

因为钢框架结构先于混凝土结构施工，Thornton Tomasetti公司也协调了钢筋混凝土结构中的钢筋与任何主钢结构连接之间的关系，包括在连接材料上事先焊接好钢筋接头或者留一些在现场可以让钢筋穿过的孔洞。这些做法有助于减少钢结构和混凝土工种之间的现场交接问题，提供了更大的灵活性。钢结构施工图是由Thornton Tomasetti公司和设计团队审核的，以确保其是根据模型中的细部构造来完成的，另外也是根据合适的连接受力进行设计的。在将施工图发送给施工团队之前，对于任何可能会影响到连接设计的意见都要进行评估和协调。施工图提交审核过程非常顺利，尤其是对于这样一个体量和复杂程度的项目，大部分图纸都是在第一次提交后就被审核通过了。该项目的钢结构是2017年夏季开始安装的，提交了直到第31层的施工图，且到第27层的施工图已经被审核通过。随着设计的进行，在准备Tekla连接模型时，钢结构的加工和安装工期至少缩短了8个月。连接节点设计和建模工作大体上在2017年11月完成。所有的钢结构施工图在2018年春季末基本提交完毕，2019年9月中旬，随着尖塔的最后一根构件安装完毕，钢框架结构完工，剪彩仪式一年之后举行。都说“早起的鸟儿有虫吃”，在One Vanderbilt大楼这个项目中，对钢结构连接节点设计和建模工作的提早进行使得曼哈顿这栋最新的招牌式超高层建筑即使在全球疫情肆虐的背景下依然得以提前开业。

注：部分内容译自美国钢结构学会Modern Steel Construction杂志，2021年第3期。

业主：SL Green房地产公司/Hines/韩国国民年金公司

施工管理：AECOM Tishman

建筑设计：KPF（Kohn Pedersen Fox）建筑事务所

结构设计：Severud合伙人咨询工程公司

节点设计和建模：Thornton Tomasetti公司

钢结构加工：Banker钢结构有限公司，林奇堡，弗吉尼亚州

钢结构安装：NYC建筑公司，纽约，纽约州

钢结构详图：Banker钢结构有限公司，林奇堡，弗吉尼亚州

铸钢加工：Ellwood特种钢公司

本文译自美国钢结构学会Modern Steel Construction杂志，2022年第5期