一對巨大的鋼桁架,約700英尺長、35英尺高,將用以保護位於新澤西州 (New Jersey) 澤西市 (Jersey City) 的Guarini司法綜合大樓 (Honorable Frank J. Guarini Justice Complex) 的上方樓層,以防止發生恐怖攻擊爆炸案時,可能出現的漸進式坍塌。
Guarini 司法綜合大樓計畫於2024年啟用,它將是一棟五層樓的建築,面積為40.5萬平方英尺,並且具有一棟相鄰的6層樓停車場建築,與另一棟1.5層樓的入口建築,將容納代理法院的辦公室 (涉及遺囑和遺產) 與提供其他司法功能。
O'Donnell & Naccarato 公司的高級合夥人 Liam J. McNamara 說,新的司法綜合大樓建構在歷史悠久的 William J. Brennan 哈德遜縣法院附近,將取代興建於 1957 年的哈德遜縣行政大樓。O'Donnell & Naccarato 公司位於費城,負責該專案的結構工程。
一個複合體,兩個結構
McNamara 解釋,該司法綜合大樓基本上是由兩個獨立的結構所組成。亦即一棟包含地下室的三層樓建築與其上方的兩層樓建築。三層樓建築設有24個審判室和其他公共設施。上方的兩層樓建築則是法官、檢察官、書記官與其他人員的辦公室。
McNamara 說,為了防止整個結構體漸進式坍塌的可能性,上方的兩層樓建築和容納機械設備的屋頂,都懸掛在巨大的桁架上,這些桁架支撐在混凝土核心筒 (concrete cores) 或大型混凝土柱上。
下方的三層樓鋼結構並沒有接續到上方的兩層樓建築。因此,「如果低樓層發生大型的災難性爆炸,可以大幅降低漸進式坍塌的風險」,McNamara 說,「以避免1995年奧克拉荷馬市Murrah聯邦大樓 (Alfred P. Murrah Federal Building) 事件重演。」
桁架採用 W14 型鋼構件,從 W14×233 到 W14×730 不等,以及不對稱的懸臂結構。大樓南側立面的桁架在西側有一個 80 英尺的懸臂,在東側有一個 35 英尺的懸臂,而北側立面的桁架在東西兩側各有一個 50 英尺懸臂。
McNamara 說,由於這些鋼桁架暴露在屋頂上,設計時必須考慮到夏季與冬季週期之間,高達華氏70度的季節性溫度變化所造成建築物的熱膨脹和收縮。因此,桁架在一年之中可能增長或縮短達2英寸,桁架是負載元件 (loading element),也會成為抗負載元件 (load-resisting elements)。
McNamara 說,在關鍵位置佈設的一系列滑動軸承 (slide bearings),使建築物能夠在支撐桁架的混凝土構架核心 (concrete-framed cores) 和柱子之外單獨移動,以適應溫度變化以及可能的地震或風荷載。
核心筒與柱子 (Cores and Columns)
支撐桁架的核心筒和柱子,係由建築物北側的七個結構核心筒、南側的四個結構核心筒,以及三個大型混凝土柱子組成,以補強南側的核心筒。每個核心筒和柱子都位於上方的兩層樓建築和屋頂的周邊,並且暴露在外部視野中。
McNamara 指出,每個核心都有電梯和樓梯,周圍的牆壁厚度各不相同,大部分由12英寸到14英寸不等,還有一些較薄的區域藉以容納相關建築元件。McNamara 解釋說,南側的兩根柱子是方形的,尺寸為 42×42 英寸,而第三根是暴露在外的柱子,基於審美的原因設計成圓形,直徑為 60 英寸。
該大樓建造在岩盤上,在關鍵位置 (例如結構核心下方),有一個混凝土壓力墊,厚度達 6 英尺。McNamara 指出,該地基系統包含岩錨,在整個場址內的間距為 25 英尺,以抵禦靜水壓。場址的另一個的挑戰是停車場建築下方的兩條大隧道,其中一條隧道甚至可以追溯到19世紀,必須小心地跨越。
在主建築的北側有兩個較小的鋼架結構,即代理法院大樓 (Surrogate Court building),它有綠色的屋頂空間。另外,代理法院大樓和主建築之間有一個三層樓斜坡結構。
McNamara指出,這個似玻璃的斜坡結構採用一系列圓形空心結構型鋼元件,在坡道中間形成一個大脊柱,支撐地板和屋頂上的懸臂錐形構件,屋頂是玻璃的。坡道就像是一個大型玻璃珠寶盒,是相當複雜的結構,需要進行嚴格的振動分析,這樣訪客才不會「感覺像是走在跳水板上」。
安全和排程 (Security and Schedule)
基於司法綜合大樓的安全需求,設有運送囚犯的專用入口,該區域使用鋼板門與強化牆。McNamara 指出,停車場建築的地板到天花板高度低於主建築,使得五層樓高的主建築可以延伸到六層樓高的停車場。McNamara 解釋說,主建築第四層的延伸部分,被設計為既能承受大型爆炸產生的上升力,又能承受來自相反方向的衝擊波的反彈力。
O'Donnell & Naccarato 公司總裁 Anthony Naccarato 指出,Guarini 司法綜合大樓是一個複雜的、快速的專案,要求工程師們不按常規順序完成設計,例如在確定機械設備單元的尺寸前,就先制定鋼結構方案 (structural steel packages)。此外,這是一個鋼鐵價格急劇上升的時期,公司正在努力適應 COVID-19 大流行期間的辦公室關閉和遠端工作。
這個耗資3.17億美元的設計建造專案,是由位於新澤西州 Wood-Ridge 的Terminal Construction Corp. 營建公司所主導。Rafael Viñoly Architects建築師事務所則是業主 Hudson County Improvement Authority 的設計顧問。新澤西州 Mountainside 的 Netta Architects 則是請照建築師,新澤西州 Little Falls 的 MAST Construction Services Inc. 為營建管理者。
參與該專案的其他公司包括:紐約市的 Mueser Rutledge 諮詢工程師公司,提供岩土工程服務;新澤西州 Cherry Hill 的 Remington & Vernick 工程公司,擔任土木和場地工程師及景觀建築師;德克薩斯州 Dripping Springs 的保護工程顧問公司,提供保護和爆破設計工程。Guarini司法綜合大樓將於2024年啟用。
2023.04.06 Civil Engineering Source, ASCE by By Robert L. Reid