波兰华沙金色梯田
项目概述

Złote Tarasy（金色梯田）的名字源于Złota（金色）街，这是华沙市中心建于18和19世纪的“金属街道”之一。洛杉矶的Jerde Partnership担任概念建筑师，并聘请Arup负责整个开发项目的概念工程设计。

项目应用的软件

项目概述
设计灵感源自华沙历史悠久的公园，这些公园在战乱中幸免于难。设计的核心是围绕中庭的四层零售空间，起伏的玻璃屋顶令人联想起树冠。中庭区域蜿蜒曲折，光线直达底层，南侧的零售和餐饮区则由一系列弧形露台构成。在露台之上，屋顶向下延伸至下沉式广场，并设有两层通往车站的步行通道。

这些阶梯状的零售和娱乐空间周围环绕着两栋11层弧形办公楼（“Lumen”）、一栋22层高的办公塔楼（“Skylight”）以及一个多屏幕影院。地下四层设有1600个停车位。该项目规模庞大，总面积达20万平方米，其中包括5.4万平方米的零售、餐饮和百货商场，2.4万平方米的办公楼，一个拥有八个放映厅的电影院（包括一个780座的顶级礼堂），1.4万平方米的公共区域和购物中心，4万平方米的地下停车场，6000平方米的卡车服务场，以及6000平方米的露台和花园。

工程挑战巨大。地下停车场需要在现有车道旁建造深厚的挡土墙，并在地下水位以下建造筏板基础。混凝土框架的设计必须能够抵消向外倾斜的Lumen楼块的倾覆，并支撑环绕弧形中庭周边的长悬臂式走道。此外，中庭屋顶的几何形状极其复杂，需要奥雅纳进行迄今为止最复杂的分析。
Oasys 如何证明其价值
Raft 基础
为了最大限度地降低挡土墙的成本，奥雅纳将最深的基坑保持在场地中心。在关键的南北两端以及西侧边缘，楼板保持在较高的高度。这导致最底层楼板出现多处褶皱，而升降坑和降低厂房面积的需求则进一步加剧了这一问题。

奥雅纳的工程师们认为，采用连续的、无位移缝的筏板是控制差异沉降和未来饰面开裂风险的理想方法。由于荷载强度差异很大，他们使用GSA软件预测了桩筏的沉降，发现Skylight塔下方的沉降明显更高。GSA软件通过迭代分析优化了设计，使周边区域关键地段的预测沉降均衡化。筏板厚度通常为1.6米，在塔下方为2.65米，在荷载较小的北端下方为1.0米。
地下室结构
由于建筑和功能限制，Skylight 塔的核心筒在地下室层仅占其上层面积的 40%。荷载通过 3.7 米深、1.6 米厚的大型剪力墙传递到一组推拉柱上。由于该转换结构的几何形状复杂，需要使用 GSA 进行特殊的有限元分析，以了解其性能并相应地进行配筋设计。地下室的转换结构以及上层部分柱子的不连续性导致了复杂的梁布置。奥雅纳的设计确保了停车场的功能性不受影响。

中庭屋顶
壮观的玻璃中庭被设想为该项目的核心——设计师希望它成为一个一眼就能辨认的建筑标志。

最重要的建筑目标是让整个屋顶呈现为均匀的网格，并由大小一致的构件组成。虽然事实证明这极其困难，但奥雅纳通过微调GSA网格设计及其支撑结构实现了这一目标。最终，我们构建了一个由尺寸恒定的矩形空心型钢（RHS）组成的连续三角形网格，其深200毫米，宽100毫米，壁厚根据每个构件的受力情况在5毫米至17.5毫米之间变化。最终，2,300个节点、7,123个RHS构件和4,780块玻璃面板都拥有独特的几何形状。

结构建模
奥雅纳工程师使用GSA对屋顶进行建模，并从另一个钢筋混凝土上部结构分析模型中导入了支撑条件，以确保兼容性。他们从AutoCAD导入了Jerde的基本屋顶网格几何模型，并使用其他软件对其进行处理，使每个RHS构件垂直于其支撑的两块玻璃板夹角的角平分线。此外，他们还开发了一些Visual Basic程序，将风洞试验中从每个测压孔位置获得的风荷载直接映射到每个结构构件上。

随着设计的深入和建模结果的公布，荷载工况和荷载组合的数量不断增加，包括14种风荷载工况、12种雪荷载工况、5种热荷载工况和98种差异沉降荷载工况。最终极限状态下有1700种不同的荷载组合。构件和荷载工况的数量使得此次分析成为奥雅纳规模最大的GSA模型分析之一，将计算能力发挥到了极致。
二阶效应和屈曲效应
除了静态分析外，还研究了二阶屈曲效应。简单的线性静态分析基于直线构件完全笔直的假设，但实际上，任何构件都可能存在制造缺陷。当施加压缩力时，这些缺陷会引起额外的弯矩，称为P-Delta效应。弯矩也会因屈曲而被放大。构件中的这些额外应力统称为“二阶效应”。

结构设计规范规定，柱和梁的受压翼缘等标准构件应具有足够的刚度以防止屈曲，并且强度足以抵抗施加的力以及因其柔性而产生的任何次级力。然而，这些规则并不适用于像中庭屋顶这样复杂的结构，这类结构必须以类似于规范方法开发的方式从基本原理进行设计。任何程序的基础都是确定屈曲模态振型、屈曲荷载及其相关变形。对这些特性进行简单的估算非常困难，任何近似计算都必然非常保守，导致屋顶设计重量过重。

几年前，奥雅纳公司开发了检查中庭屋顶二阶和屈曲效应的程序，但由于GSA模型的必要尺寸，其使用变得复杂。屈曲和二阶分析比标准线性静力分析更为复杂，耗时也更长。在本例中，屈曲分析耗时超过12个小时。

中庭屋顶的屈曲分析产生了一系列屈曲模态，每个模态都有一个临界荷载系数。由于屋顶的大部分在两个方向上都呈高度弯曲，因此任何屈曲模态都不会影响所有区域。显著的屈曲模态仅影响局部区域——通常是一个平面外的“凹坑”，由相对平坦、跨度较大或荷载较大的区域组成。通过分析和后续计算，估算了临界荷载系数小于10的每个“凹坑”因二阶效应而产生的附加弯矩。对于屋顶的大部分区域，这些弯矩小于5%，但在最坏的情况下，弯矩会增加25%。

另一种称为“突跳屈曲”的不稳定性形式——例如雨伞被风吹翻时——也通过比较P-Delta分析中屋顶曲率的微小变化与初始曲率进行研究。研究发现，在正常荷载下不会发生突跳屈曲，因为屋顶的曲率足以阻止这种屈曲的发生。
模型统计
10,150 个节点
7,600 个单元
158 个荷载工况
175 个组合工况
结论
Złote Tarasy 项目是奥雅纳迄今为止进行的最复杂的结构分析之一。GSA 的强大功能和灵活性使其取得了令人瞩目的成果。
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