利用桁架解决建筑挑战工程师获优秀设计与工程安全奖

桁架（图中深灰色的三角形结构）占据的楼层被善用为停车场，不只减少空间浪费，也让公众能欣赏裸露在外的建筑结构。（白艳琳摄）

地底下布满重要公共基础设施，建造大楼时有特定区域不能打桩，负责工程师于是设计出特殊的桁架，把大楼的重量转移到能够打桩的区域。

KTP咨询的高级执行董事冯杰权，凭借为IOI中央林荫道办公楼设计的间隙式长跨转换桁架（interstitial long-span transfer trusses）系统，以及在建造工程中展现的卓越技术，赢得新加坡建设局颁发的优秀设计与工程安全奖。

大楼一般通过柱子与核心筒墙，把结构荷载向下传送到地基。IOI中央林荫道办公楼的东边大楼却无法这么做，因为地底下埋藏着公共服务设施隧道和排水沟等，而且还有地铁保护区。这个特定区域因此禁止打入桩体。

东边大楼共16层，冯杰权设计的四组巨大桁架深度为7公尺，占据建筑的三楼和四楼。桁架系统把上面12层楼的重量，转移到禁止打桩区之外的柱子和地基。

桁架的主要作用是通过三角形单元来转化外力，以支撑荷载、保持结构稳定，及实现大跨度空间的无柱设计。

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在工程期间，随着新楼层叠加，桁架承受的重量会跟着增加。工程师事前须计算出桁架在不同阶段所会弯曲的角度，并在铸造桁架时刻意加入预拱（precamber），也就是向上拱起的高度，以抵消结构承受最终重量后产生的向下弯曲。

三楼和四楼的桁架系统把建筑的重量转移到禁止打桩区之外的柱子和地基，原来一楼和二楼形成巨大的高挑空间。（白艳琳摄）

工程团队与建筑师团队密切合作，善用桁架占据的三楼和四楼，设置成停车场。不封闭这两层楼，意味着无须多建造两层楼来当停车场。但他们须仔细设计车流动线、调整停车格的方向与角度，并预留足够驾驶空间，以确保停车场方案可行。

冯杰权说：“我们围绕现有布局来进行规划，找出合理的动线，同时让大家能欣赏裸露在外的优美建筑结构。”

桁架在停车场清楚可见，也就存在车辆撞上桁架的可能性。对此，他解释：“我们事前进行了大量的模拟和坚固分析，并估算过支撑损失。如果发生这类事故，是会对桁架造成局部损坏，但不会影响建筑的结构与稳定。”

桁架系统之下的原来一楼和二楼自然形成巨大的高挑空间，连接零售店面和地下人行道，方便公众来往于不同建筑之间。

无独有偶，今年优秀设计与工程安全奖的另一名得主——迈进（新加坡）私人有限公司（Meinhardt Singapore）执行董事陈毅鹏负责的新中央人力局（Central Manpower Base，简称CMPB）项目，也使用到桁架系统。

新的中央人力局大楼内有本地的第一座“漂浮”礼堂。若按照传统建造方式，三楼服务处所在的空间必须建造多根柱子，以支撑这座空中礼堂。如此一来，三楼空间会变得较为局促，除了柱子会限制访客动线，空间也无法灵活地用于提供服务、举行仪式，及进行培训等活动。

中央人力局大楼内的礼堂（图左的木色部分）其实是由上悬挂的，下方并没有柱子支撑。（档案照片）

陈毅鹏团队提供的解决方案，是利用钢屋架（steel roof trusses）把有468个座位的礼堂悬挂起来。礼堂的重量通过钢屋架向上及向外转移到两侧的组合柱，然后再传送到建筑物的地基。钢屋架是专用于房屋屋盖承重的钢质桁架。

这项设计事前通过三维结构分析和分阶段施工模拟的验证，涵盖范围包括：用于计算建筑物安全承载力的恒载与外加荷载（dead and imposed loads）、风力影响、震动，及结构坚固程度等。

另一项工程挑战是建造一条连接凯秀（Cashew）地铁站的有盖行人天桥。这座长约208米的天桥共有四段，最长的一段横跨铁道走廊（Rail Corridor），达63米。

据陈毅鹏介绍，长跨度对钢制桥梁的建造而言具一定难度。他和团队因此使用桁架结构，才得以把桥墩的数量减到最低。

天桥其中一端的支点为地铁站所在位置，工程团队须在地铁站主体结构外壳之上建造筏板基础（raft foundation）。不能影响地铁站运作是一大考量，因此团队得在筏板基础中设计空隙，以减轻筏板基础的重量。