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大跨结构:超尺度的伟力

来源:幕墙世界Weekly    


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骨相还是皮相

结构之美


剥去建筑的层层外衣,回归最原始的骨架,建筑的结构形式是建筑的骨架,是其艺术和内涵的表现,与建筑美观是互为表里的。而大跨度建筑作为结构体系非常突出的一类建筑,能够更好的展示建构之美。

作为建筑的重要表现形式,结构的选择以及构建可以传达许多设计思考,可以构成空间,可以组合形式,可以承载地域特色文化,


01

结构生成空间

天津大学新校区综合体育馆/李兴钢建筑工作室

天津大学新校区综合体育馆位于校前区北侧,建筑主体包含室内体育活动中心和游泳馆两大部分,以一条跨街的大型缓拱形廊桥将两者的公共空间串通为一个整体,并形成一个环抱的入口广场,沟通建筑东西和南北。

设计强调在几何逻辑控制下对建筑基本单元形式和结构的探寻,重复运用和组合这些混凝土筒拱单元结构,以生成特定功能、光线及氛围的建筑空间。室内体育中心的公共大厅屋面采用了波浪形渐变的直纹曲面形屋面(空心密肋屋盖结构)。

其东侧长达140米的室内跑道,不仅为大厅带来凸显屋面形状的自然光线和向远处延伸的外部景观,而且那些奔跑于架高跑道上的人,也成为可由室内外空间中欣赏的独特风景,彰扬建筑的运动主题。

运动场地空间的屋顶和外墙,使用了一系列直纹曲面、筒拱及锥形曲面的钢筋混凝土结构,带来大跨度空间和高侧窗采光,在内明露木模混凝土筑造肌理,在外形成沉静而多变的建筑轮廓。达到建筑结构、空间与形式完美统一。

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相比于时下通过装饰获得的夸张、恣意的建筑形象,本设计中裸露的结构产生的“建构”之美,以及由此带来的沉静、朴素和富有韵律感的空间,呈现的则是另一种更加恒久的空间“诗意”。

从模型照片中我们可以清晰地看出整个建筑的主要结构以及受力形式,连续排列的筒拱结构为建筑立面也增加了更多的丰富度。

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02

结构生成形式

爱达荷大学中央信用合作社体育馆

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具有多种功能的爱达荷大学中央信用合作社 ICCU 体育馆,意在成为通往爱达荷大学校园引人注目的门户,它的设计灵感来源于在冰河时代末期米苏拉湖溃堤而造成的米苏拉大洪水冲击而成的帕卢斯地区的起伏景观。这一建筑既是大学篮球项目的举办地,也是如体育赛事、音乐会、集会、校园项目等各种活动的集合场所。

全新的 ICCU 体育馆打造了紧密的观众体验,展示了其所在地区独到的特征,并呈现了与可持续自然资源的深刻联系。体育馆中使用了大量的木材,并让内部空间充满足量的自然光照,以此让这一建筑与由钢及混凝土打造的传统运动场形成了鲜明对比。ICCU 体育馆意在通过与该地区林业、木制品业的合作伙伴协同,共同在可持续木制设计中进行创新。

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体育馆屋顶“悬浮”在西入口门廊上方、向后延伸、并分成两部分以在北侧大厅上方构建多层次的等距分隔起伏壳体,由此援引帕卢斯地区蜿蜒起伏的山丘轮廓。屋顶连绵延伸至东侧,轻柔地在垂直方向环抱着练习场,并与地面直接相连。并且体育馆外侧墙内壁则由富有表现力的胶合层压架构支撑。

为了实现木制结构的诗意之美,建筑必须将机械、电气系统集成于结构之间。其中主要的结构为分叉型的门式桁架、及重复排列的王柱桁架系统。在运动馆西侧,功用设施被隐藏在拱腹后,并与运动场办公室、更衣室及校友中心等空间结合,由此打造了位于上层、可以俯瞰主球场的特别活动空间。

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而在体育馆西侧,观众们可以体验由坚固的悬挑屋顶遮挡雨雪的范德尔露台,并享受着眺望帕卢斯连绵起伏的山丘的风景,由此感受有着完整循环的场所氛围及社区体验。

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炭染雪松木墙起伏的纹理与建筑“丝滑”的预制梁并置,由此回呼应这一地区早期的农庄架构形式。屋顶面板间开敞的缝隙则由半透明的玻璃填充,由此为整个表演场地引入了漫射的自然光,同时,木制架构间的全高玻璃幕墙也提供了可以观看内部活动、欣赏外部景观的绝佳视野。此外,外露、起伏的花旗松屋顶结构也为运动员及观众们创造了一种温暖、包容的体验感。


03

结构记录文化

竹管垅茶青市场/清华大学建筑设计研究院有限公司

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竹管垅茶青市场位于福建省寿宁县的竹管垅乡,深藏于闽北山区,产竹产茶。这次设计计划以竹子为主要材料,用有限的经费建造一个多功能的茶青市场,带动当地茶青产业的升级,同时改善村里的公共活动空间,打造一处村民们分享交易信息、打开商业渠道及日常休闲的场所。

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建筑师希望这个项目的文化底色、建构语言是周边熟悉的历史文化传承和地方技艺;希望建造的材料能尽可能地就地取材、就近获取,参与的工匠主体是附近的乡邻。

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竹管垅乡作为闽北乡村的缩影,周边竹林遍布。民居小院都是清一色的毛石础、木柱梁、夯土墙。寿宁县是编木拱桥技术的传承地之一,全县有19座遗留的木拱桥,并且编木拱的搭建方式在建国后仍在使用。这种用小单元换取大跨度的结构原型,以及用工匠智慧替代大型机械的施工工艺,对建筑师而言是一个可以发掘的宝藏。

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所以破题点集中于——寿宁虹桥的编拱结构,以及竹管垅民居留下的匠作与材料。最大的挑战是利用原竹实现大跨度的多功能空间;同时,最大限度地回收当地的废弃材料,二次加工充分利用,借助本地建造工艺完成服务当地的公共建筑。

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编竹拱单元的设计细节如下:整体设计经历了定跨度、定高度、定杆件的推演过程。从18米的拱跨反推合理的拱高大约在4~4.5米之间,拱脚高度控制在2.5米左右,这样整体室内空间尺度大概控制在最高点7米左右,最低点在2.5~3米左右,既能比较人性化、尺度亲切,又能满足茶青运输、装卸等功能需求。

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竹杆件越长越容易产生形变,且自然状态下的竹材首尾两端的直径差异较大;但从结构材料的稳定角度出发,则是希望材料两端的尺寸越接近越好,所以选定的竹材单元越长,对原竹材料的选择要求就越苛刻。在与结构专家和竹构厂家讨论后,建议单根竹材长度不宜超过4.5米,两端的直径差异不得超过2厘米。

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确定了编竹拱的几何原型和杆件尺寸要求后,建筑师进一步确认了节点处的搭接要求,并做了针对性的改良设计。第一,考虑到竹材和木材的性能差异,在榫卯节点的加工上竹不如木,故本项目的编竹节点采用杆件的穿插搭接,不做榫卯。

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第二,为加强节点强度,增加了穿插的横杆数量。每个拱节处穿插的横杆从常规的一根加到两根,同时端头延长后的外角区域也添加了一根横杆,来分摊整体的受力;第三,每个拱节部位,交叉顶部外侧设两根横杆,作为屋架二次结构的竖向支撑受力点。

结语

作为建筑的骨架,也许结构不一定就要被蒙在建筑的表皮之下,作为建构之美的重要部分,如何将结构更好的融入到建筑的形式与功能之中是建筑师在选择结构式重要的课题。

诚然,对于承载与跨度的要求对于建筑师结构的选择提出了较大的限制。但除了单纯的形式表现,建筑需要了解更多的结构变化与其文化内核,才能真正将结构设计融入到建筑中去。


资料引述:

1.天津大学新校区综合体育馆 / 李兴钢建筑工作室 - 谷德设计网 (gooood.cn)

2.机械、电气集于结构之间,爱达荷大学中央信用合作社体育馆 / Opsis Architecture | ArchDaily

3.《结构成就建筑之美》钟志宏 田煦 陈忠民

4.《CA荐筑 | 寿宁竹管垅茶青交易市场 / 清华大学建筑设计研究院有限公司》


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