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通过对英国最具可持续性的高层商业项目 8 Bishopsgate 进行强有力的分析和设计，实现结构效率
项目概览
Bishopsgate 荣获“2024 年 BCO 伦敦最佳商业工作空间奖”、“2024 年 CTBUH 欧洲最佳高层建筑奖”和“2024 年 CTBUH 最佳高层建筑（高度 (200-299 米)）”，并入围 2023 年新伦敦奖，是斯坦霍普和三菱地产伦敦金融城天际线的一道独特风景。该建筑的特点是注重细节、整体可持续发展，并将结构和服务严格地融入总体建筑愿景中。它由 Arup 工程师利用 Oasys GSA 的广泛能力设计，是一座 50 层高的钢框架建筑，复合金属甲板地板由复合蜂窝板梁支撑。WilkinsonEyre 为该建筑提供了建筑设计。从概念上讲，该建筑通过将体量分解成更小的块来挑战传统塔楼，使塔楼形式能够解决场地限制并为建筑带来人性化尺度。
建筑物的稳定性由两个钢筋混凝土核心筒提供，并辅以围绕建筑物中层（称为“支撑箱”）的周边支撑和建筑物顶部的支腿。钢支撑箱允许引入西面建筑悬臂，该悬臂延伸至下方人行道上方 9 米，支撑建筑物西面从 6 层到 52 层，对钢材吨位和相关碳的影响最小。这种干预措施将净内部面积增加了 15%，并促进了堆叠块建筑愿望的实现。
该建筑建在桩基筏板和两层地下室上。该建筑包含多项低碳设计特色，包括高度优化的钢框架、开创性的混合筏基解决方案以及创新的双层封闭空腔立面，配有自动百叶窗，兼具能源效率和最大限度的视野。
Oasys 如何证明其价值
Oasys GSA 是该项目的首选结构分析软件。在 GSA 中创建了一个全局分析模型，并与各种现有和新脚本相链接，以设计和优化建筑物内的所有结构元素。全局模型允许工程师考虑时间相关行为，例如评估筏板刚度、连续建筑物负载以及收缩和蠕变。它提供了单一信息源来评估混合稳定性系统、多个垂直负载路径、复合隔板和地基运动灵敏度。工程师实施的自动化流程使他们能够从 GSA 中提取力并优化钢梁、柱和支撑元件，以适应它们在设计寿命期间可能遇到的负载。内置于 GSA 中的 RC Slab 设计器也用于设计核心墙和办公室地板。
从地基到建筑结构性能，团队面临着多项挑战。从地基开始，由于已有桩基，现场打桩变得复杂，其中一些桩基需要事先拔出。Arup Structures 和 Arup Geotechnics 共同努力，降低了地基成本和时间。他们使用 GSA 全局模型，在大部分场地上采用了创新的筏板解决方案。通过采用筏板解决方案，桩基数量从 89 根减少到 28 根，从而缩短了六周的施工时间，并节省了约 680 吨二氧化碳。
该建筑的独特设计利用核心筒和结构钢结构作为稳定元素，形成高效的结构。结构钢结构通常占高层建筑总碳排放量的 50%，钢材重量也是确定制造成本的关键指标。该团队希望最大限度地提高建筑物中钢元素的效率，以减少钢材吨位、柱子和支撑的成本。他们开发了一种自动化工作流程，以设计每个钢元素，使其能够承受整个建筑寿命期间的单独负载。他们使用 GSA 先进的分析建模功能，通过钢设计器优化钢元素。这种精细设计方法将所需钢材重量减少了约 25%，节省了约 5,000 吨二氧化碳。此外，工程师们减少了钢梁的钢材吨位和成本，通过优化较高楼层的梁间距，又节省了 140 吨二氧化碳。

工程师能够使用 GSA 阶段分析捕捉施工、收缩和蠕变随时间变化的行为。他们创新性地应用了 2D 应变，并结合 GSA 分阶段分析，使团队能够准确模拟项目整个生命周期内周边混凝土芯的收缩和蠕变影响。这使团队能够评估由芯的收缩和蠕变引起的力传递对连接的钢结构的影响；并允许团队准确计算芯预设值。
Oasys 软件可让您设置高效的工作流程，以优化设计中的碳含量。复合地板是轻质纤薄地板解决方案，可有效用于塔楼，以减少每层楼和建筑地基的负载。复合梁分析和设计软件程序 Oasys Compos 可以帮助您设计复合钢梁，并附带一个 API 以连接到 GSA。这允许您设置自动化工作流程，以便为类似本项目高效设计大型复合地板系统。
稳定性核心筒采用 GSA 中的 RC 板设计器进行设计。为了使混凝土核心筒尽可能窄，在建筑物下半部分的柱子之间引入了支撑 - 支撑箱。这可以使柱子接合以实现建筑物稳定性，并与两个混凝土核心筒牢固连接以实现最大结构效率。当提出悬臂建筑范围时，结构团队挑战自己，看看支撑箱是否可以同时用于稳定性和悬臂目的。通过使用 GSA 进行详细的结构评估并仔细定位支撑元件，实现了这一点，对钢材吨位和相关的碳排放几乎没有影响。
© Arup – GSA 模型：钢柱和支撑设计
使用 GSA 中的 RC 板设计器对隔板进行评估。此外，还使用 GSA 评估了脚步引起的振动，以确保地板振动符合行业指导。这座高层建筑在次级钢梁的末端采用了创新的粘弹性膜“Resotek”，以改善楼板的结构阻尼。结合 GSA 脚步评估，工程师们可以节省 500 吨二氧化碳，而这些二氧化碳原本是加固梁所必需的。
© Arup – GSA 模型脚步引起的振动 – 最大响应系数
© Arup – GSA 模型脚步声引起的振动 – 最大交通响应系数
© Arup – GSA 模型
8 Bishopsgate 是英国获得 BREEAM 杰出认证的最高建筑，此前人们认为塔楼不可能获得这一成就。

“这一突破是低碳建筑和日益增长的全球城市化趋势朝着正确方向迈出的一步。我们希望其他人能以此为基础，继续探索进一步减少高层建筑的碳排放和运营碳排放的方法。”——Arup Structures 团队

我们要感谢 Arup 前高级结构工程师 Luke Harrison 与我们分享这项工作。

了解有关该项目的更多信息。

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