本文來源iStructure 公衆號，獲授權轉載。

作者：鼓手

東京國際會議中心，1996

Tokyo international Forum

建築功能：展館館、會議廳、劇院、商業

建築設計：Rafael Vinoly Architects K.K.

工程設計：結構設計集團SDG渡邊邦夫

東京國際會議中心是日本首個被國際建築師大會(UIA)認證的綜合文化設施設計。建築包括4棟兼有會議展覽劇院商業功能的方形綜合樓、1個平面呈梭形的玻璃大廳和會議樓、地下展覽大廳和車庫等，建築的連廊、幕牆、屋面等設計也頗具特色，是日本最大膽和富有想象力的建築結構之一。

Rafael Vinoly 方案草圖

基地環境

4棟方形綜合樓和1個梭形的玻璃大廳/會議樓

四條地鐵線和兩條最頻繁使用的列車站—東京站和有樂町站，分別位於該基地的北部和南部，爲該建築帶來了大量的人流，也爲建築設計帶來很大難度。

會議棟 玻璃大廳的外觀

1988年12月目開始國際招標徵集設計方案，吸引了幾乎絕大多數的著名建築師參加，共收到了50個國家的395個方案。最終Rafael Vinoly的方案中選。

建築師Rafael vinoly的方案，被競賽評委評價爲“巧妙地結合了建築用地特殊條件(弧形鐵路線經過)，提出了最恰當的建築方案和明確的功能規劃。” 建築師將結構、設備、音響、照明，以及其他門類的技術成就整合於一個空間之中。

剖面：左側爲會議棟和玻璃大廳，右側爲展覽館

爲實現大空間和建築功能，結構設計難度非常大

建築總體剖面

玻璃大廳，是一個體量巨大的透明建築，是整個建築的靈魂所在。用建築師Rafael Vinoly的話說“從玻璃大廳採入的自然光線，使地下展覽館顯得明亮，它是使得多個展覽廳羣的空間成爲一體的門廊”。

玻璃大廳的鋼結構設計非常複雜，集合了當時最先進的結構和施工技術，是我們今天結構設計案例介紹的重點。

東京國際會議中心的玻璃大廳

結構體系 6 要素

玻璃大廳的結構體系比較複雜，主要由6個結構要素組成：船形屋頂、巨柱、幕牆索桁架、幕牆水平桁架、連廊、端部立體桁架。

玻璃大廳的梭形平面和縱向剖面圖

玻璃大廳的橫向剖面圖

1.船形屋頂

屋頂結構爲梭形平面，全長約207m，平面最寬處32m。底面設計成像船底的懸鍊形，最厚處高度12.5m。屋頂結構由橫向縱向兩種結構組合而成。

屋頂橫向由屋頂橫樑和船形的鋼樑組成

拱與懸索的傳力機制

縱向由架在大柱子上的拱和懸鍊形的拉桿組成。拱和拉桿都被設計爲空間雙曲線形，因此在水平和豎向都能發揮剛度作用。

屋頂懸鏈線形狀的拉桿與船形梁相交，被分割成一段一段。每段拉桿通過球形連接件固定在鋼樑腹杆上。球節點能適應每段拉桿變化的角度，並且能夠自由迴轉。

拉桿與鋼樑連接的球形節點

2.巨形柱

屋頂結構豎向由兩根巨形柱支承，巨柱之間跨度爲124m，屋蓋再從柱子向兩端再各懸挑45m。

巨形柱的截面變化

大柱子爲雙層鋼管制作，並內灌混凝土，同時將雨水立管和電氣管線也藏在其中。與其它構件連接處的作用力巨大，均採用了大型鑄鋼件。

巨形柱在+27.5米標高截面最大，上下兩端線性收縮。巨柱柱腳設計爲鉸接，只承受軸向力，柱子截面最小。在防火方面，巨形柱+32.5米標高以下都採用了FR耐火鋼。

下鉸接的巨柱和玻璃大廳本身的抗側剛度很小，其水平剛度和抗扭剛度主要由緊鄰的會議樓提供。會議樓地上7層爲鋼結構框架結構，地下3層。巨柱與會議樓(混凝土框架結構)的第4和7層通過樓面鋼樑鉸接連接。

3.幕牆索桁架鋼結構

玻璃大廳立面的玻璃幕牆，幕牆鋼結構間距10.5米一榀，採用半剛性的索桁架結構，直撐杆間距2.5m。

玻璃幕牆—索桁架鋼結構體系

索桁架在室內一側沿豎向設置了波浪形(拋物線)的拉索，抵抗玻璃牆面上的水平力。會議樓一側自屋面向上幕牆高約25米，拉索爲1段波浪；廣場一側幕牆高約60米，拉索分爲3段波浪。

在拉索中施加了預拉力形成張力狀態，避免索桁架的拉索在風載作用受壓鬆弛。索桁架拉索的預拉使鋼立柱內產生壓力，整體上呈自平衡式，減少了其支承結構的負擔。

上圖爲幕牆鋼結構頂部和底部詳圖，節點剛度很大，作爲鋼索的錨固點。鋼索端部是壓接式接頭，端部有螺紋和套筒，索長度可調節。

鋼索與幕牆索桁架的直腹杆採用了一種特殊的鑄鋼件，U形鑄鋼件把鋼索卡在桁架的平面內。在風和地震作用下，外力引起鋼索內力和形狀變化時，鑄鋼件繞着鉸節點轉動，避免鋼索內產生複雜應力。

撐杆與索連接的鑄鋼件鉸節點

爲了防止索桁架直撐杆的向平面外變形和振動，在水平方向上用極細的鋼絲將撐杆相互連接。

水平梁位置處的鋼索固定

4.幕牆面的水平桁架

在廣場一側的幕牆立面上，有2道水平放置的鋼結構桁架。上部的1道桁架與會議樓屋頂同高。下部1道採用立體桁架形式，同時作爲貼近幕牆的斜向走道。這兩道桁架作爲幕牆的面外水平支承。

第2道水平桁架：兼做斜向通道

水平桁架的自重沒有用立柱支承的方式，而是利用幕牆索桁架的吊索吊掛在大廳頂部。

此外，在第1道水平桁架的標高，還設置有2根水平束杆連接會議樓，作爲水平桁架的支承點。

水平束杆支撐

束杆的跨度比較大，爲防止其失穩和在重力作用下撓曲，配置了預應力拉桿加強。

5.連廊

在玻璃大廳與會議樓之間有4座連廊相通。連廊採用鋼結構桁架形式，兩兩與會議樓構成三角形的穩定形狀。連廊鋼結構將玻璃大廳的斜向通道與會議樓(混凝土框架)連成整體，在地震和風荷載作用時提供側向剛度。

仰視連廊與幕牆水平桁架的連接

6.幕牆面端部的桁架結構

所前面所述，幕牆面外荷載由索桁架承受，並由2道水平桁架提供水平支承。但是，在+32.5米標高以上，即會議樓屋面以上突出部分的幕牆，缺少反力機制。所以在幕牆面的端部，設置了立體桁架和空腹梁的組合結構來抵抗水平力。

端部的立體桁架

以上6個結構要素經過結合，構成了玻璃大廳複雜的結構體系。而且，對於柔性結構和半剛性結構的預拉力控制、變形控制，給設計和施工增加了很大難度。

讀到這裏，你可能會問：爲什麼採用只有兩根柱子的方案？對於狹長形的平面，沿幕牆面佈置12對立柱，沿短邊傳力的方式難道不是效率更高嗎？但是，那樣立柱既要抗壓又要抗側，對於高烈度區57米高的鋼柱來說，設計也是相當困難的。按壓彎柱設計的立柱截面較大，對玻璃幕牆勢必造成遮擋。

渡邊邦夫在他的著作[3]中說，他不斷嘗試減少柱子的數量，5根、4根、3根、2根、1根，發現2根巨柱的方案與葉形平面最爲協調，結構師對這種方案抱着堅定的態度。

最後，再分享建築中的幾處結構作法：

東京有樂町地鐵站懸臂雨篷

爲了不遮擋玻璃大廳，有樂町地鐵站口的挑篷設計成全玻璃結構。10米長懸挑的玻璃結構，由四列平行相扣的膠合強化玻璃片組成。設計風載重爲每平方米5kN與最高標準的地震作用。厚度19mm的玻璃平板開72mm直徑之孔洞，玻璃板之間搭接、粘合。

會議樓7層的長廊(局部節點)

位於地下一層的展覽大廳

展覽大廳棟的一塊曲面幕牆：18x18m

儘管建築體型巨大，但是每個構件和節點都設計得很精巧，形成了完整可靠的結構體系，從而造就了這棟建築獨樹一幟的的風格。難以想象，將近30年前的設計，不追潮流卻似乎永遠不會過時。

玻璃大廳的結構體系複雜，談不上簡潔直接、經濟合理。但站在它面前，人們感受到的驚喜和震撼是非同尋常的。我想這是結構合理性之外的，另一種存在的意義。

參考資料：

1.日本結構技術典型實例100例，日本建築構造技術者協會.

2.鋼結構技術總覽，日本鋼結構協會著，陳以一,傅功義譯.

3.結構設計的新理念.新方法，渡邊邦夫著,小山廣等譯.

4.www.t-i-forum.co.jp/en/

5.en.wikipedia.org/wiki/Tokyo_International_Forum

6.www.gooood.hk/tokyo-international-forum.htm

7.blog.sina.com.cn/s/blog_5399974e010005ys.html