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怎么把结构做的很酷?

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作者:PP

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提到建筑流派建筑专业的读者可能如数家珍,构成主义、解构主义、功能主义、现代主义、后现代主义等等。但对于结构工程师来说,可能很少关心,因为不管你是什么流派,可能在工程师眼中就是“同一个框架,同一个做法”。

但其中的一个建筑流派——高技派(High-Tech),却为很多工程师熟知。



High-Tech(高技派)亦称结构表现主义,是20世纪70年代出现的一种后现代建筑风格。突出当代工业技术成就,主张将高科技工业和技术元素融入建筑形体和室内设计中加以着重表现,崇尚“机械美”。


小i作为结构工程师,建筑史和建筑风格实非所长。今天就试图从一个工程师的视角为大家介绍一些其中的经典案例。一方面看看如果结构“素颜出镜”的效果怎样,另一方面了解为达到真正的“高技”又要做出什么努力。


门派开山之作——蓬皮杜中心


1971年,雄心勃勃的乔治·蓬皮杜总统宣布决定在巴黎建造一座巨大的综合性建筑,里面要能够包含一个图书馆、一个现代美术馆和一座研究所,使巴黎再次成为引领世界文化的中心。

结构工程师彼得.赖斯力邀建筑师罗杰斯和皮亚诺参加蓬皮杜中心的竞赛。赖斯期望利用装配巨型结构体系让结构外露,充分表达结构的力与美。而罗杰斯和皮亚诺则希望探索一种灵活可变的大空间。因此,蓬皮杜中心的投标方案应运而生,并在681份方案中脱颖而出,整个社会都震惊了。


现在看来建筑本身也没有觉得很突兀,但是大家不妨将自己置身于上世纪七十年代的巴黎。想想巴黎圣母院,想想卢浮宫,想想浪漫的街道与咖啡馆。再回头看看这个特别的方案,是否觉得特别“触目惊心”。


中标的建筑方案,除了外围的28根柱子支撑起整座建筑外,整个建筑内部没有一根立柱,甚至没有一面墙。结构梁、柱、桁架、支撑、管道都直接暴露出来,还有一个外挂楼梯,仿佛生怕别人注意不到一般,被涂成亮红色,裸露的触目惊心。


结构设计中应用了贝格尔悬臂梁,优雅地解决了结构、空间和建筑的所有矛盾。贝格尔悬臂梁,就像一个转轴在立柱上的跷跷板,短的一头支撑着主跨的桁架大梁,承担桁架传来的剪力;另一端由固定在建筑底部的拉杆紧紧拉住。由于桁架梁端为铰接连接,柱截面得以减小,同时外层立柱被拉杆取代,视觉的干扰降至最小,透明立面的建筑效果得以实现。




除了结构形式的创新,蓬皮杜艺术中心最为人称道的就是它精妙的节点设计。钢结构建筑通常由标准型材建造,连续的生产线保证了质量的可靠,但单调的几何一致性也妨碍了建筑个性化表达。针对这个不寻常的建筑,赖斯选择了铸钢。铸造构件多变的形态充满设计感,使得结构构件本身成为建筑表达的一部分,创造出了意想不到的建筑效果。



蓬皮杜中心于1977年建成。1978年,美国建筑学者琼·克朗(Joan Kron)出版了一本叫《高技派:工业化风格及其源头》的书,里面以蓬皮杜中心为例,认为建筑师们逐渐将现代工业生产出的车、机械、玻璃、工厂等产物的风格逐渐加入建筑设计,创造出一种前所未有的独特的流派。这个流派赞美科技和工业的胜利,积极的使用现代的材料(钢材和玻璃),自豪的对外展示自己的结构和功能,完美体现了高科技(High-tech)的态度和风格。

从此,高技派(High-tech Architecture)正式开宗立派,名震天下。


门派三宗师——伦佐·皮亚诺、理查德.罗杰斯、诺曼·福斯特

有门派就有掌门,本门没有公认的掌门但有公认的宗师。下面我们就透过三个项目来认识一下High-tech三位宗师。

伦佐·皮亚诺(Renzo Piano)——吉巴欧文化中心

伦佐·皮亚诺(Renzo Piano,1937.9.14—),意大利当代著名建筑师。出身于建筑世家,从小浸淫在建筑工人的环境中,对建筑实际建造过程和构造细节都熟稔于心,因此他的设计相对而言前卫但不极端。在崇尚实践并宣称“手不脏的建筑师不是好建筑师"的同时,伦佐·皮亚诺依然擅长打破各种条条框框,在设计中广泛融入各种最新材料、技术、结构等方面的成果;在几十年如一日的坚持手绘草图的同时,他也欢迎将电脑建模、测试、模拟等更为先进的工序加入到建筑设计的过程中。


对于伦佐·皮亚诺的风格,一个极佳的例子是他的吉巴欧文化中心。

这是一座坐落于法属新喀里多尼亚群岛上的一座针对于当地土著卡纳克族(Kanak)的文化研究中心。伦佐·皮亚诺在设计前花了大量精力研究当地土著棚屋的传统建造方式,村落里不同种类功能建筑的布局,卡纳克族的生活习俗信仰以及当地的地形、光照、气候等方面的内容,并在最后的设计中面面俱到对其一一作出回应。伦佐·皮亚诺凭借吉巴欧文化中心一举拿下当年的普立兹克奖。


结构顾问公司是大名鼎鼎的ARUP。结构设计时致敬了当地原始建筑编织的手法,既能看出设计师没有直接肤浅的模仿,而又在神韵上明显看出二者的联系与传承关系。在我们以后的设计中也可以此为借鉴,避免再次出现直接模拟大闸蟹、大乌龟、乒乓球拍的建筑。


立面结构体系类似网壳结构,壳体采用木材为原料,分为内外双层。壳体在面内通过钢斜撑提供面内刚度。内外两层壳体通过钢撑杆和拉杆连接,形成面外刚度。屋面采用张弦梁,钢与木的结合既能使结构显得轻盈,又能充分发挥两种材料的特性。


既然是high-tech,科技感就会渗透进各种细节,比如节点设计。在木制柱与钢撑杆的节点处,设计师经过详细设计,通过各种精巧的零件,将节点尽可能的集合在一起,机械感十足。同时,小i对节点详图表达,以及最终完成度也是十分佩服,深刻感受到如果想要完成一个精巧的节点,设计师需要付出多少努力。



理查德.罗杰斯(Richard Rogers)——千年穹顶

理查德·罗杰斯(Richard George Rogers, 1933.7.23—)英国建筑师,出生于意大利佛罗伦萨,毕业于美国耶鲁大学。由于在建筑设计、城市规划和公益事务方面的突出成就,罗杰斯在1985年获得英国皇家建筑师协会金奖;1991年被封为爵士;1996年被封为终身贵族“河畔的罗杰斯男爵”(Baron Rogers of Riverside),成为英国上议院议员(工党),2007年获普立克奖。


千年穹顶位于伦敦东部泰晤士河畔的格林威治半岛上,是英国政府为迎接21世纪而兴建的标志性建筑,是一个大型综合性展览建筑。其中包括一系列展示与演出的场地,以及购物商场、餐厅、酒吧等。


穹顶结构设计是Buro Happold结构咨询公司。穹顶直径320m,屋盖采用圆球形的PTFE张力膜结构。膜面支承在72根辐射状的钢索上,吊索与抗风索同时对桅杆起稳定作用。幅向索在周圈与悬链索相连,共同锚固于24个地面锚点上,顶部则与12根钢索组成的拉环链接,拉环直径为30m,中部设天窗供穹顶通风用。同时12根桅杆穿出屋面,高达100m,桅杆为梭形,由纵向的圆钢管与横向的方钢相贯焊接成格构状,还特意被涂成亮黄色。



虽然整个项目体量很大,但是结构节点设计仍然非常精细,处处充满设计感。



诺曼·福斯特(Norman Foster)——香港汇丰银行大厦


诺曼·福斯特(Norman Foster,1935.6.1—),英国著名建筑师。福斯特在耶鲁大学与罗杰斯相识,曾经有过短暂的合作经历,之后两人在英国一直保持友好的商业竞争关系。现而今福斯特的声誉后来居上,俨然已被大众推为高技派的扛鼎之人,其公司的规模已有罗杰斯事务所的数倍之大(皮亚诺则一直坚持维持一个相对小规模的工作室),还被女王册封为爵士(Lord)。他在艺术上和商业上取得的双重成功和认可在当代建筑大师中也是罕见的。


从耶鲁大学毕业后,福斯特只接手过一些小型的住宅设计,直到1983年,他以一鸣惊人的设计一举赢下香港汇丰银行总部的竞标。此前毫无高层建筑设计经验的福斯特初生牛犊不怕虎,野心勃勃的颠覆了不少此前摩天办公大楼设计的传统,最后设计效果令人耳目一新。


汇丰银行总部大楼上部结构43层,180m高,总宽约55m,总长约70m。传统的高层建筑通常以起主要结构支撑作用的核心筒配合周围结构立起的,而福斯特采用了和蓬皮杜中心类似的处理方式,将结构由中心移到外部,使整个建筑由一个类似于外骨骼的结构体系支撑起来,赋予了内部宽敞开放的空间。两端的巨型格构柱,承受全楼的重力荷载和水平荷载。每个巨型格构柱的平面轮廓尺寸为4.8mx5.1m,由4个圆钢柱组成。



各楼层的重力荷载由5个不同高度上设置的“两层高伸臂桁架”分别承受,5个部分相互独立,从上至下分别悬挂着4层、5层、6层、7层和8层楼盖。具体做法是在该桁架中部和两端共悬吊3根吊杆,分别承受下部数层楼盖的荷载,并将它们传递给巨型立柱。


尽管结构用钢量达280kg/m2,整个建筑的造价达到了创纪录的10亿美元,但是汇丰银行还是坚持投资建造,据说这是因为银行高层极为欣赏福斯特的设计,认为这是一个当之无愧的"work of art",而为了work of art自然是花多少钱都值得的。再回想最近“一万块的故事”,“10个人一天出图”的故事,感慨万千。



高技派的斗技场——飞机场

武林高手都有个华山论剑,对于高技派,飞机场的设计就是大师们的斗技场。由于篇幅有限,小i就不在这里一一介绍了,下面搜集了一些代表性机场,与大家一起欣赏。


英国,希斯罗机场T5航站楼  


日本,大阪关西国际机场  


 中国,香港赤腊角国际机场


瑞士,苏黎世机场公共中心


墨西哥,墨西哥城国际机场  


土耳其,伊斯坦布尔新国际机场  


韩国,仁川国际机场


 美国,美国宇宙空港


后记

看过这些High-tech工程后,作为结构工程师不知各位有没有技痒,想找一个愿意暴露结构、表现结构的建筑师一起完成一个经典的项目。

但结构表现对于结构工程师的要求也是极高的,大到结构体系,小到节点设计,都需要建筑师与工程师一同花费更多的时间和精力来推敲。当你的结构没有建筑外包的粉饰,是否还敢素颜出镜?

参考资料:

1 由于结构工程师对建筑知识掌握确实有限,文中很多相关内容参考了“从蓬皮杜中心到苹果总部——高技派建筑简史”,作者晓渔(知乎)

2 或许你也曾经经过,那些被高技派伦敦佬垄断的机场,博冠天下(公众号)

3 维基百科,百度百科

4 图片来源于网络



iStructure公众号


5条评论
Sherry
Sherry 2018-05-14 16:59:58 回复 0

小时候看到香港的图片当时就对两栋大楼印象很深刻

禾
2018-04-27 05:33:14 回复 0

倒数第二个明明是圣彼得堡普尔科沃机场

两耳不闻窗外事
两耳不闻窗外事 2018-04-22 09:57:34 回复 0

回复 San Siro.: 下面不是写了授权的吗?

San Siro.
San Siro. 2018-04-21 02:33:36 回复

直接复制粘贴的 人家公众号上写错了 他也跟着错 服了

San Siro.
San Siro. 2018-04-21 02:33:36 回复 0

回复 : 直接复制粘贴的 人家公众号上写错了 他也跟着错 服了

San Siro.
2018-04-20 10:46:25 回复

“普兹立克奖”?不是普利兹克奖?

超
2018-04-20 10:46:25 回复 0

“普兹立克奖”?不是普利兹克奖?

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作者:PP

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