Новата сграда на националната телевизия в Китай

Мега структурата е построена в подножието на третия околовръстен път Guanghua Road на Източен Пекин, Китай, върху площ от 20 хектара в новия централен бизнес район Chaoyang в столицата на страната. Проектирането на сградата на CCTV поставя много технически предизвикателства пред големия международен екип, който ръководи проекта, чрез сътрудничество от световен мащаб, отвъд часовите зони и физическите разстояния, културните различия и разходите.

Идеята на архитектите е за създаване на сграда, чиято триизмерна форма да предлага на екипа на CCTV функциите на „непрекъснат цикъл”, отнасящи се до един затворен телевизионен цикъл, която в същото време поставя началото на едно инженерно предизвикателство. Новата сграда се състои от две големи кули с L-образна форма, които са свързани при върховете и основите си описвайки един затворен Z – образен контур. Строителството на проектираната от ОМА, като преоткриване на формата за небостъргач, сграда започва през 2004 г. Върху площ от порядъка на 473 000m² се помещават централата на CCTV, телевизионни студиа, офиси и съоръжения за излъчване и производство. Това е най-мащабният проект на ОМА и първата значителна сграда проектирана от студиото в Китай.

Пространства
Сградата предизвиква типичните очаквания за небостъргач, като целта е да бъде постигната подобна височина. Двете кули, които имат обща основа, са наклонени една към друга и се сливат в една обща перпендикулярна конзола с дължина 75 метра. Дизайнът комбинира целия телевизионен процес, който преди това е бил разпръснат на различни места в града, създавайки линия от взаимносвързани дейности.Площта от 473 000m² е разпределена както следва: 64 200 m² са отредени за администрацията, 54 900 m² са с мултифункционално предназначение, 65 800m² са за нови продукции, 21 800m² са за излъчване, за програмите са предвидени 105 400m², 30 000m² са предназначени за помещения за персонала, 61 500m² са за паркинги, 15 000m² са предназначени за сервизни помещения и отделно се включват хотелска част, посетителски център и голям театър.

Изграждане
Сградата не е традиционна кула, а съвкупност от шест хоризонтални и вертикални секции, покриващи площ от 473 000m², създавайки неправилна мрежа на фасадата с отворен център. Строителството се счита за техническо предизвикателство, особено поради факта, че се намира в сеизмична зона. Конзолната част е с дължина 75 метра на запад и 67 метра на юг. Сградата обединява три структурни обема, създавайки уникално общо пространство. Конструктивните връзките на елементите на двете кули са осъществявани рано сутрин, когато стоманените елементи са достатъчно охладени и с една и съща температура.

Кула 1
По-високата кула е с височина 234 метра и се състои от 54 етажа с площ на етаж от 2 400m² и обща площ 405000m². Основната част е с площ 10 000m² и се състои от триетажен подземен атриум и три надземни етажа. От кулата има директна подземна връзка към метрото на Пекин и на това място пристигат и заминават всички 10 000 служители, които работят в централата на CCTV. Студиата, най-голямото от които е с площ 2000m², са свързани с фоайето и изпълняват основната функция на сградата, а именно създаването на телевизионна продукция. Сградата се състои от серия от хоризонтални и вертикални секции, които оформят структура, която по – скоро не се възприема като небостъргач. В тази част се помещават администрацията, новините, излъчването, студиата и производствените площи.

Кула 2
Втората кула е с височина от 210 метра и се състои от 44 етажа с площ на етаж 2 400m². В по-малката сграда се помещава центърът за култура на CCTV. В тази част има хотел, посетителски център, голям театър и конферентни зали и съоръжения, както и изложбени площи с над 1500 места. Центалата на CCTV позволява известен публичен достъп до производствените съоръжения и несравнимото качество на китайската медия. Откритата за достъп зона отвежда посетителите през сградата, като им показва ежедневната работа, проучванията и историята на CCTV, като кулминацията на посещението е невероятната гледка, която се открива от конзолната част на сградата към финансовия квартал, Забраненият град и останалата част от Пекин.

Сеизмични проучвания
Тъй като сеизмичното проектиране на сградата на CCTV е извън обхвата на китайските разпоредби, от самото начало на проектирането Arup предлага проектантски подход, базиран на основните принципи и модерни методи, като насока за постигане на сеизмична осигуреност при различни сеизмични събития. За целта са направени изчерпателни проверки и количествен дизайн, с използване на линеен и нелинеен сеизмичен анализ, който позволява да бъде установено спазването на трите нива на сеизмичното проектиране.

Основни цели на проектирането
При земетресение от първо ниво, с период на повтаряемост от 50 години, се изисква да няма повреди по конструкцията на сградата. При ниво 2 с период на повтаряемост на сеизмичното събитие от 475 години, се изисква повредите по конструкцията да могат да бъдат ремонтирани. При трето ниво се приема, но като прогноза, тежко конструктивно разрушение при сеизмично събитие с период на повтаряемост 2500 години. На мястото, където е построена сградата на CCTV, земното ускорение в хоризонтално направление, свързано с трите нива на проектно сеизмично събитие възлиза на 7.20 и 40% от от масата. Конструкцията на сградата е предизвикателство за инженерите. Те трябва да разработят проект за изграждането на две кули под наклон съответно 60° и 90°, които са свързани помежду си в основата и при върха и оформят непрекъснат контур. Кулите са изградени в срещуположните по диагонал ъгли на основа с размери 160х160 метра, с основна част с височина 45 метра и девет етажа, свързани от подиум с L-образна форма. В горната част кулите са свързани отново с L-образна издадена конзолно част, успоредна на подиума. Тънки стоманобетонови ядра служат за опора на междинните етажи на сградата. Подземните нива са четири, като достигат дълбочина до 18 метра под повърхността.

Екзоскелет
За външните фасади на сградата и за основната част, която поема страничните сили, е възприета екзоскелетна мрежа от диагонали. Позиционирането на колоните и опорите оказва влияние на преразпределението на усилията в сградата. Мрежите от диагонални колони имат една и съща ширина на надземанта част, но дълбочината на фундирането варира, в зависимост от товара. Всички диагонали са плоски ребра с размери 100х60см, като единствено се променя дебелината на стоманата. Сградата не е проектирана в съответствие с китайските норми и стандарти за подобна конструкция, но системата е приета като един много иновативен дизайн.

Фасада
Конструкцията на централата на CCTV, както и усилията, които тя поема, са видими от фасадата на сградата, представляваща мрежа от диагонали, която става по – гъста на местата с по – големи усилия и по – гъвкава и отворена на местата, където усилията са по – малки. По този начин фасадата се явява своеобразна визуализация на конструкцията на сградата. Структурата на хибридната свободностояща фасада се характеризира със стъклени панели с висока степен на защита от ултравиолетовите лъчи – до 70%, като създава мек сребристо сив оттенък на сградата и по този начин присъствието й на хоризонта на Пекин е изненадващо деликатно.

Еластичен анализ
При проектирането е направен пълен набор от еластични линейни проверки, които покриват всички товарни комбинации, като дори при сеизмично натоварване от ниво 1 е проведен модален спектрален анализ. Всички индивидуални елементи са обстойно тествани и е проверена цялостната ефективност на сградата. За избрани елементи е направен и еластичен анализ при сеизмично събитие от второ ниво, при което е потвърдена носимоспособността на ключови носещи елементи, като колони. С оглед да бъде потвърден мулти – модалният спектър на реагиране за сеизмични събития от първо ниво, са използвани исторически записи и са взети данни от изкуствено генерирани сеизмични записи.

Основи
Проектирането на основите изисква натоварването от сградата да бъде преразпределено по подходящ начин, с оглед да бъде осигурена необходимата устойчивост и якост. За да се потвърди разпределението на товарите е използван сложен итеративен процес на анализ, като е използван нелинеен модел на земната основа. Товарите от сградата са приложени върху дискретизиран модел на земната основа.

С използването на специализиран софтуер са направени няколкостотин комбинации при итеративния анализ на нелинейното поведение на основата. Тази процедура многократно променя входните данни, предвид получените резултати от модела, до достигане на безопасно натоварване на основата. Анализът е повторен докато резултатите се комбинират и основите са натоварени в допустими граници. Резултатите от този анализ са използвани при проектирането на фундаментите на сградата.

Укрепващи връзки
Усилията от възлите и крайните греди на конструкцията трябва да бъдат проведени чрез сечения на колоните при минимално прекъсване на потока на напреженията, които вече са налице в колоните. Връзките са оформени, като фланшовете са заменени от големи стоманени плочи тип „пеперуда”, които преминават през колоната и са свързани със скоби към крайните греди. За да бъдат опростени детайлите и полагането на бетона около стоманените профили, не са изпълнявани връзки между мрежите от колони. Връзките заедно със скобите, гредите и колоните трябва да работят на принципа „здрава връзка/слаб компонент”. Възлите и връзките трябва да издържат на възможното максимално натоварване, което достига до тях от скобите, с възможно най – малко концентриране на напрежения и изчерпване на носимоспособността. Високите стойности на напреженията могат да доведат до крехко разрушение при циклично сеизмично натоварване, което е честа причина за компрометиране на подобни връзки, наблюдавано след земетресението в Нортридж, Лос Анжелис през 1994 г. Възлите и връзките са моделирани от оригиналните чертежи на AutoCAD в изчислителния софтуер MSC/NASTRAN, при който е направен анализ на съвкупност от крайни елементи при високоякостни модели, като същите са подложени на пълната гама усилия, които могат да бъдат поети преди скобите да се изкълчат или провлачат. По този начин се прави оценка на напреженията и степента на концентрация на напреженията във възлите. След този анализ са добавени плочите тип „пеперуда” за усилване на ъглите и отворите, до свеждането на концентрацията на усилия до нормални граници, установени в практиката на инженерното проектиране.