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改变的时候了

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本文是“铰接索道:空中地铁”(ELEVATOR WORLD,2013 年 21 月)的后续文章,也是 Vision XNUMX 系列的第一篇。 …编辑

作者 Fritz King、Mats Lundström、Sirpa Salovaara 和 Peter Severin

机械电梯安全装置是由 Elisha Graves Otis 于 1854 年发明的,1857 年第一部乘客电梯建成了五层楼。 1900 年,Otis Brothers & Co. 推出了第一台生产电梯。 从那时起,高层建筑中垂直运输的概念一直保持不变。 在同一时期,飞机工业从无到有发展到高空洲际双层喷气机和隐形轰炸机,而水平运输从马车发展到天然气动力公共汽车和磁悬浮子弹头列车。 电子产品从一无所有发展到个人电脑、高清电视和 4G 手机,而航空航天业则将人类送上了月球。 也许是时候采用新的创新方法来实现高层建筑的垂直运输了。

两人的公司; 三人成群

使用电梯在楼层之间运送人和货物的概念是创新的,推动了摩天大楼的发展。 随着建筑物高度的增加,电梯的数量也在增加,并且引入了将电梯分组到一个中央大厅的概念。 该方法提高了效率并减少了等待时间。 电梯速度随着时间的推移而增加,但垂直井内单个盒子的原始概念仍然存在。 随后,电梯周围的墙壁可以用作垂直和水平负载的主要结构元素,从而导致中央核心。

随着建筑物高度的增加,中央核心变得不足以承受水平荷载,并且在建筑物周边放置了额外的结构系统来提供帮助——例如,钢和混凝土框架、支撑框架和混凝土墙。 将更多的负载引导到建筑物周边会增加建筑物的姿态,并且不言而喻地提高抵抗水平负载的效率。 高层结构工程师经常谈论将更多负载移动到建筑物周边的复杂而巧妙的方法,因为移动的任何数量都有帮助。 但是,只要有一个中央核心,这个终极目标就很难实现。

传统电梯、中央核心和周边框架的结合在高层建筑中是一个挑战。 随着建筑高度的增加,电梯的数量也会增加,这反过来又增加了核心的物理尺寸。 最终,电梯核心占据了建筑平面的很大一部分。 然而,核心的立场,无论多大,都小于建筑物的长度和宽度,并不足以单独稳定建筑物。 结构工程师设计复杂的系统,例如外伸支架,以将负载移动到建筑物周边。

中央核心作为高层建筑中的结构系统的不足导致建筑物周边增加了额外的结构系统。 这种演变已将垂直交通置于设计工作的中心,并迫使建筑和结构方案效仿。 这有时看起来好像尾巴在摇狗。 也许更好、更有效的方法是将建筑和结构程序放在首位,然后设计适合的垂直交通系统。

是时候结束这种三人组合并形成一种新的关系了,这种关系使用结构系统将所有负载置于建筑物周边,并采用适合该结构系统的新型创新垂直运输系统。 每部传统电梯都需要自己的轨道、电缆、电机和轴。 现在是消除这种冗余并使用共享相同轨道、电缆、电机和轴的新垂直运输系统的时候了。 铰接索道和管状巨型框架(EW,2013 年 XNUMX 月)为摩天大楼的垂直运输和结构系统带来了新的和创造性的解决方案。 当目标是推进科学时,新想法永远不会错。

为了在高层建筑中提高效率,铰接式索道和管状巨型框架是一起开发的,因为它们是兼容的。 一个可以单独使用,管状巨型框架只能与传统电梯一起使用。 它们在这里被一起展示,因为它们一起有可能将高层建筑的设计推向更高的效率和可持续性水平。

铰接索道是一种用于高层建筑的新型创新垂直运输系统。 它是一个连续的、相互连接的高速“列车”系统,可以让人们集体出行,即“空中地铁”。 列车间隔一定距离(例如,每 100 m)并水平放置在指定为“车站”的特定楼层。 例如,这些站点之间每隔 100 m 的垂直建筑物高度就分隔开来。

列车从车站之间的水平排列过渡到垂直排列,尽管乘客仍然站立。 火车在从建筑物一侧蜿蜒到另一侧的轨道上上升和下降。 轨道在建筑物的底部和顶部一起过渡,并形成一个连续的循环。

管状巨型框架是一种用于高层建筑的新型创新结构系统。 它由大型空心竖井、巨型柱子和外伸支架墙组成。 巨型柱位于建筑周边,其数量因建筑计划而异。 它们提供所有垂直支撑并将所有建筑重量承载到建筑周边,使管状巨型框架成为世界上最有效的高层建筑结构系统之一。 所有荷载都沿建筑长度转移到巨型柱上。 根据稳定性的需要,巨型柱子与楼层的墙壁相连。 中空的巨型柱子容纳铰接式索道器和分组的传统电梯,为铰接式索道器站之间的楼层提供服务。

影响高层建筑的未来

铰接式索道和管状巨型框架非常适合对高层建筑设计、建造和运营的未来产生积极影响。 电梯分组和门户技术的发展取代了在中心区域组织所有电梯的必要性,因为乘客被引导到共享相似乘客目的地的特定电梯。 如果电梯位于中央核心或分布在建筑物周边,这没有区别。 这为拆除高层建筑的主要结构元素中央核心铺平了道路,并将其材料重新安置到可以实现结构效率的建筑周边。

结构效率的提高将减少结构材料的用量,进而降低材料成本并加速上部结构的建造。 管状巨型框架减少了上部结构中的组件数量。 例如,支腿系统需要一个中心核心、巨型柱、支腿、支腿连接、带桁架和水平地板支撑。 管状巨型框架只需要巨型柱子和墙壁。 支腿系统在需要空间的建筑物周边有大型柱子。 由于这个空间已经被使用,管状巨型框架所需的空间被打折扣,这增加了空间效率。 管状巨型框架带来了更窄的地板、更高的可用建筑面积比、更高的细长比和前所未有的新建筑方案。 它支持传统的电梯技术,但可能需要弯曲和/或倾斜的电梯对齐方式。 凭借 21 世纪的电梯理解和技术,这似乎是可行的。

铰接式索道架利用了管状巨型框架提供的最小化平面面积。 铰接式索道列车共享相同的轨道、轴、电缆和电机,从而提高效率。 铰接式索道的速度有望促进乘客疏散并在紧急情况下增加好处。

铰接式索道适用于所有高度的建筑物。 单回路配置可以在 100 米高的建筑物中工作并受益。 随着结构变得越来越高,这个概念允许将额外的车站扩展到垂直城市。 这类似于水平城市中的地铁扩建。 这种类型的策略促进早期入住和相关的早期现金流。

原型和建筑比较

为了展示铰接式索道和管状巨型框架的固有效率,一座 620 米高的原型建筑、一座 999 米高的原型建筑、一座 800 米高的原型建筑和一座 540 米高的原型建筑发达。 这些原型与哈利法塔、王国大厦、迪拜 1 号、平安国际金融中心和广州国际金融中心的建筑进行了比较。 这些比较并不试图与这些塔的美丽和宏伟相匹配,而是试图展示似乎有意义的创新。 由世界知名建筑师、工程师、电梯公司和其他人组成的团队对这些创新进行了仔细审查。

620 米高的原型是带有四个箱形柱的矩形,描述了铰接式索道架和管状巨型框架的基础知识。 这些概念并不是全新的,但自早期的建议以来,时代已经发生了变化,高层建筑的数量和高度都在增加。 如果我们要控制步伐,这种爆炸式增长需要创新。 乘客移动由铰接式缆车和传统电梯管理,这在所有示例中都是典型的。 铰接式索道在空心柱内滑动,这也是典型的。 图中显示了水平火车站,但也可以使用垂直火车站。

999 米高的原型是带有三个箱形柱的三角形,展示了高度和细长方面的创新。 铰接索道和传统电梯被放置在位于建筑物周边的大型空心柱内,并将乘客引导到建筑物的顶部。 铰接索道在形式上激发了压实,因为列车共享相同的资源。 这种压实自然延长了建筑物,并将最高的占用楼层移动到建筑物的顶部。

800 米高的原型由八个箱形柱雕刻而成,展示了创新的实用性。 开放式计划提供前所未有的建筑项目——例如,高大的底层中庭、音乐厅、会议中心、大型游泳池和电影院。 希望通过各种程序创建一个真正的垂直城市。

这座 540 米高的原型建筑是椭圆形的,有八根箱形柱,展示了创新之美。 建筑之美寻求高效的解决方案,椭圆计划有助于为内部空间带来日光。 这座建筑看起来很轻,部分原因是细长的比例。

这座 225 米高的原型建筑由三个相互支撑的斜塔组成,展示了管状巨型框架的强度和灵活性。 中央核心的缺失促进了新的建筑形状和建筑方案。

曲线和倾斜对只有传统电梯的场景提出了挑战。 在大多数情况下,管状巨型框架支持没有铰接式索道的传统升降机。 800 米高的原型、620 米高的原型、540 米高的原型和 225 米高的原型是示例。 然而,这些建筑物需要倾斜和/或弯曲的电梯对齐方式,而这在今天并不经常使用。 垂直直线是一个合理的几何形状,但如果我们的未来仅限于此,我们就有麻烦了。 毕竟是21世纪。

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Fritz King、Mats Lundström、Sirpa Salovaara 和 Peter Severin

Fritz King、Mats Lundström、Sirpa Salovaara 和 Peter Severin

Fritz King 是瑞典工程公司 Tyréns AB 的大型复杂结构业务开发人员。 King 在复杂钢和混凝土结构的分析、设计和施工方面拥有 30 年的国际经验。 他的经验包括高层建筑、发电厂和竞技场。 他拥有科罗拉多大学建筑工程学士学位和康奈尔大学结构工程硕士学位。

Mats Lundström 是 Tyréns AB 的结构工程师,拥有瑞典隆德大学的结构工程硕士学位。 Lundström 在瑞典的各种建筑方面拥有丰富的经验,包括几座高层建筑(25-50 层)、斯德哥尔摩竞技场以及正在为 XNUMX 到 XNUMX 层预制木材多单元住宅开发的新模块化建筑系统。

Sirpa Salovaara 在社会和文化问题方面拥有 20 年的经验,曾就职于斯德哥尔摩大学、贝立兹国际和埃及旅游局大使馆。 她的专长是将想法落实到社会现实中。 她在工程师、发明家、作者和社会驱动的市场之间建立了联系,并协助企业家开发和实施专有创意。

Peter Severin 是 Tyréns AB 的结构工程师。 他拥有斯德哥尔摩皇家理工学院的结构工程硕士学位,曾参与多座钢结构和钢筋混凝土高层建筑的设计工作。

电梯世界| 2013 年 XNUMX 月封面

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