将结构设计和建筑愿景与先进的计算设计相协调 – 约克路176-178 号
项目概述

       约克路176-178号是位于伦敦国王十字北部的一项雄心勃勃的开发项目。该项目近期已获规划批准，计划拆除现有建筑并新建带地下室的建筑（用途类别E）。项目将包含创客空间（特殊用途）及灵活混合用途空间（用途类别E/特殊用途）。此外，该开发项目还将配套建设道路、景观绿化、公共区域工程及所有相关附属设施和构筑物。该建筑为一个历史悠久的棕地遗址带来了生机，由于存在三条浅层历史悠久的砖石铁路隧道和两条从北向南穿过不规则遗址的深管隧道，该遗址已经抵制了30多年的开发。该项目是客户Delancey Real Estate、建筑团队KPF和Arup密切合作的结果。设计团队从一开始就将隧道存在所施加的荷载限制确定为对设计至关重要的关键现场约束。奥雅纳工程师通过使用Oasys GSA和GSA Grasshopper插件进行计算设计，显著推进了结构设计，将设计提升到了一个新的水平。

本项目中使用的软件

       初步研究排除了跨越隧道同时最大化建筑高度的英雄桥接方案，因为这些方案会产生高碳足迹和有限的打桩面积，从而导致重大风险。相反，该团队的目标是建造轻型建筑，建立在可以被隧道抵抗的浅地基上。

      通过在建筑和结构团队之间建立开放式沟通，该团队旨在确定最佳的基础布置，以最大限度地发挥客户的场地潜力。

Oasys 如何证明其价值


       初步分析显示，浅层网络铁路砌体隧道（仅低于地表 4.5 米）是最受限制的隧道。相比之下，更深的皮卡迪利线隧道由铸铁制成，容量更大。位于这些隧道上方的连续建筑物仅限于一层或两层楼阁，远远低于该地点的目标，并使用了不同的基础布置。为了尽量减少对砖石隧道的影响，设计团队的目标是确保隧道在纯压缩下运行，减少任何诱发张力、曲率变化和隧道垂直位移。
      为了确保未来建筑的灵活性，设计采用了南北方向的大跨度。为了避免初步分析中发现的过度曲率变化，设计团队在基础中加入了后张法钢绞线。这些钢绞线与传统地板相反，将柱点载荷转化为分布式载荷。

       确定隧道横向上的最佳荷载分布更为复杂。之所以出现这种复杂性，是因为荷载分布和隧道对荷载的抵抗力取决于土壤刚度和隧道剖面，这使得它因具体情况而异，不能普遍适用。
       为了找到这个问题的答案，Arup 团队使用 GSA-Grasshopper 插件在 Oasys GSA 中创建了隧道的有限元模型 (FEM)，并对其施加类似于预期从建筑物传输的均匀分布载荷 (UDL)。
       模型经过校准和验证后，团队就利用 GSA-Grasshopper 的功能，该功能在 Grasshopper 环境中运行 GSA。他们将有限元模型 (FEM) 与多变量遗传算法优化求解器 Galapagos 相结合，以迭代分配给每个单独点载荷的值。此过程旨在找到预定义适应度函数的最佳解决方案。适应度函数被定义为变量的加权组合，以最大限度地减少隧道中产生的任何张力，确保它们在纯压缩下工作，同时最大限度地减少位移并最大化所施加的载荷。
       通过调整加拉帕戈斯群岛内的各种因素，结合简单的建模和 GSA-Grasshopper 的速度，团队可以轻松地迭代不同的选项和配置，以找到最佳解决方案。结果表明，在隧道之间逐渐施加载荷的配置将顶部拉应力降低了 8 倍，将施加的载荷增加了 25%，并保持相同的位移水平。
       一旦确定了理想的最佳轮廓，它就会被合理化为一系列与隧道对齐的后张拉条，每个条宽 4.35 米，间隔 12.5 米。然后验证结果与理论最佳分布紧密匹配，取得了显着的改进。
       一旦确定了最佳基础系统，最佳基础网格（蓝色）和最佳上部结构网格（红色）之间就会出现明显的差异。出现这种差异的原因是基础网格与隧道对齐，而上部结构网格则响应场地几何形状和用户体验。
       为了解决这个问题，设计团队从邻近的莱斯利·格林老约克路地铁站的拱形网关和罗伯特·梅拉德的历史桥梁中汲取灵感。他们提出了一系列甲板加固拱门作为碳高效系统来对齐两个网格，提供尊重该场地历史的理想解决方案。
        GSA 的其他用途包括评估桥面加劲拱的刚度相关响应，以及检查大跨度复合地板是否存在适合实验室使用的脚步引起的振动。
总结和学习

       甲板加固拱门庆祝了场地的限制和地基解决方案，成为建筑的一个决定性特征和特征。该设计将结构解决方案与建筑设计意图完美结合。该项目获得了规划官员的高度赞扬：“它不仅是一个成功的建筑组合，也是一项了不起的工程壮举，因为它跨越了如此广泛的地下铁路相关基础设施，而这些基础设施以前是一个主要的发展限制。”

      设计团队进一步利用 GSA-Grasshopper 创建整体建筑有限元模型，在合并更改和简化模型操作时节省了大量时间。 GSA-Grasshopper 优化的积极结果随后通过先进的 LS-Dyna 模型进行了验证。

      我们要感谢 Arup 首席结构工程师 Miguel Martinez-Paneda 与我们分享这项工作。


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