国家奖工程联邦储备大楼：钢结构的自适应再利用，竖向扩建打造新抗震体系

国家奖 - 耗资 7500 万美元至 2 亿美元的项目

美联储大楼，西雅图，华盛顿

“该项目展示了结构钢在建筑物的适应性再利用方面真正独特的能力，而使用其他结构材料无法满足当前的规范要求。”

——大卫·霍洛维茨

美联储大楼建于 1949 年，由于安全设施过时且在 2001 年尼斯夸利地震中受到轻微损坏，于 2014 年退役，随后进行了垂直扩建。使用新型钢结构创建了新的抗震系统。

这座标志性建筑经过更新设计，已改造成一座拥有 204,000 平方英尺（18,952.22 平方米）甲级办公空间的办公楼，其中 7 层原楼层经过精心修复，另外还有 7 层新楼层。上面新扩建的七层楼被玻璃珠宝盒结构包裹着，可以欣赏到西雅图新海滨无与伦比的景色。除了在原有结构上增加七层之外，整个建筑还进行了加固，以满足当前建筑设计规范的要求，自该建筑于 1949 年建成以来，这些规范已经发生了重大变化。

许多独特的挑战需要创新的解决方案，包括在保留原有结构系统的同时提供新的抗震系统、制造和安装新的钢框架，以及将重达 500 万磅的近乎永久的结构改建为地下室。一个 2,268 吨的拱顶也被纳入新的建筑结构中。原来的历史建筑的框架结构由宾夕法尼亚州伯利恒的钢结构公司提供，在扩建和改造项目的最早设计阶段，钢结构被认为是新框架的明确解决方案。除了更容易连接到现有结构外，钢框架系统的轻质特性还减少了原有建筑的应力，并减少了所需的加固工作量。

为了支撑七层楼的扩建，新的钢柱被交织到原来的结构和下面的新地基中。尽管建筑的新部分和现有部分都具有较大的独立重力系统，但它们共享侧向阻力系统，因为原始混凝土墙体系统虽然非常坚硬，但承载能力较弱。抗屈曲钢支撑沿着建筑物的高度安装在每层楼，以提供横向稳定性，并且从建筑物的外部也可以直接看到这些支撑。较低楼层原来的混凝土墙与主建筑分开，这样它们就可以在平面内支撑自己的重量，但在平面外则由新的横向抵抗系统支撑。由于新钢结构与原钢结构交错，采用正交柱网，因此新钢结构布置时必须避开原柱网。这导致新的框架结构常常是非常直角相交的。 3D 制造模型的使用有助于生成准确的施工图，并有助于避免这个复杂结构中新框架和现有框架之间的冲突。

为了在新旧建筑之间建立设计分离，沿着原始结构屋顶上方的周边创建了一个单层无柱区域。为了实现这一目标，在退缩上方放置了一根悬臂钢板梁，以支撑上方七层楼侧柱的全部重量。设计团队创建了重力框架系统的3D模型来分析建筑物的竖向变形和振动，以确保钢板梁的应力响应在可接受的范围内。

在地下室，原来的55英尺。可能性。原始施工照片显示，拱顶内的钢制安全网非常厚，一眼看不透。拱顶基础足以满足重力荷载和向下的抗震设防要求，但由于固定连接的限制，无法满足地震引起的上举荷载要求。为了提供足够的抗拔力，在拱顶净跨中部设置承压板组件，并将拱顶盖底侧向上抬起，使拱顶有足够的承载能力。在此支撑点上支撑其整体。自重消除了拆除拱顶和建造新地基的需要，从而节省了项目的大量时间和材料。

该建筑的历史地位带来了许多设计挑战，其中之一发生在建筑物的角落，那里需要抗震缝，但不能对建筑物的石灰石壁板进行任何改变。为了在保持建筑物外立面完整的同时创建抗震缝，沿着建筑物拐角处周围的混凝土背墙垂直切割抗震缝，但不穿过历史墙板。 。这些面板固定在不锈钢框架上，该框架位于抗震缝的一侧，并通过抗震缝支撑整个面板。纤维增强复合材料（FRP）被粘在石灰岩壁板的背面，以防止其在地震缝发生大变形时破裂成碎片。最终的结果是，这座建筑看起来和原来的状态一模一样。

由于原来的安装误差以及70年来建筑随着时间的推移而变形，原来的钢结构只能说接近，但不完全是原来施工图上显示的位置。为了精确加工钢结构，对原建筑内部进行3D扫描，并将生成的点云数据与加工模型进行比较。当新的钢框架结构与原建筑连接时，新框架的尺寸和细节在制造过程中发生了变化，以实现与原结构的完美连接。此外，在框架安装后，再次进行3D扫描，并与加工模型进行比较，以进行质量控制并确认框架是否安装在准确的位置。

为了有效利用建筑材料并尊重该结构的悠久历史，尽可能重复使用原来的楼板。早期的压型钢板覆盖混凝土板的系统并没有与结构框架绝对连接。这些地方的梁需要加固以抵抗垂直荷载。楼板压型钢板与结构框架连接，减少了框架的无支撑长度，在不增加结构截面尺寸的情况下增加了承载能力。通过这种方式加固可以节省材料并减少安装的劳动力需求。

业主：Martin Selig Real Estate，华盛顿州西雅图

总承包商：Lease Crutcher Lewis Company，华盛顿州西雅图

建筑设计：Perkins & Will Architects，华盛顿州西雅图

结构设计：KPFF Consulting，华盛顿州西雅图

钢铁制造：Metals Fabrication Inc.，华盛顿州 Airway Heights

钢结构细节：Metals Fabrication Inc.，Airway Heights，WA

来源 |建筑钢结构进展微信公众号