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他设计了悉尼歌剧院，为何到去世都没能再去看看？

超级管理员 — Tue, 20 Nov 2018 15:47:29 +0000

约恩·乌松设计的悉尼歌剧院

1957年1月29日，被宣布为“悉尼便利朗角国家歌剧院国际比赛”的获胜者时，建筑大师约恩·乌松并没有获得太多的关注；剧院落成时，他也没有受邀出席；该建筑获得普利兹克建筑奖时，他也没有出现；甚至直到去世，他也没有见到悉尼歌剧院的落成。

学习与游历

“阳光直到它从这座建筑物表面反射出来后，才知道它的光有多么美丽。” （路易斯·卡恩，美国著名建筑师）伴随着悉尼歌剧院的设计与建造，产生了太多的故事。而这一伟大剧院的光环之后，我们也许不应忘记一个名字——约恩·乌松（Jørn Utzon）。

建筑大师约恩·乌松（Jørn Utzon）

约恩·乌松1918年出生于哥本哈根。那时，一战刚刚结束，整个世界都处于百废待兴和巨大的社会变革中，传统和现代的对抗与交织在他的童年时便开始了。

约恩·乌松设计的科威特国民议会大厦

12岁时，约恩·乌松跟随父母参加了1930年的斯德哥尔摩国际展览会，受到新思想影响的父母回家后，竟然把整个家都翻新设计了。

约恩·乌松设计的Can Feliz

而后从丹麦皇家艺术学院毕业后，约恩·乌松进入了阿尔瓦尔·阿尔托（Alvar Aalto）的事务所工作。在这期间，他接触到了现代主义的建筑思想与方法，并不断改进自己的建筑设计。

约恩·乌松设计的科威特国民议会大厦

上世纪40年代末，约恩·乌松获得旅行奖学金后游历了美洲。这趟旅行使他结识了美国最伟大的建筑师：弗兰克·劳埃德·赖特（Frank Lloyd Wright）、埃罗·沙里宁（Eero Saarinen）等，后者也是后来悉尼歌剧院设计竞赛的评委之一。

约恩·乌松设计的Can Feliz

约恩·乌松坦言自己深受现代斯堪的纳维亚建筑之父古纳·阿斯普伦（Gunnar Asplund）及四大现代建筑大师之一的赖特的影响。他尤其欣赏阿斯普伦建筑中所具有的“美妙的幸福感”，约恩·乌松认为他的建筑是超越功能性的，“每座建筑物都具有独特的个性”。

约恩·乌松设计的The Utzon Building

悉尼歌剧院设计

众所周知，约恩·乌松的悉尼歌剧院形象设计是几个相互连接的风帆。风帆的形象构思很大程度上源于他在南美洲游历时看到的风景。阿兹特克和玛雅遗址都给他留下了深刻的印象，约恩·乌松喜欢将自然，特别是云层和天空看作是一种超然的连接，并希望自己设计的建筑也能具备这样的灵性。

悉尼歌剧院设计

在参加竞赛前，他还专门研究了悉尼海湾的航海地图。其实，约恩·乌松在赫勒贝克（Hellebaek）的家附近也有一座位于海湾的建筑——克伦堡城堡（Kronborg Castle），这座文艺复兴时期的城堡位于丹麦和瑞典之间的海峡边角上，他经常通过这里来遥想世界另一头的海湾与建筑应该是怎样的。

Kronborg Castle

约恩·乌松设计方案的独特之处在于：歌剧院的贝壳状屋顶仿佛是立于悉尼便利朗角（Bennelong Point）尽头的风帆。这一点也被视为是对竞赛主旨与这一优越港口位置的回应。

历史上的便利朗角图景

今天的便利朗角风景

约恩·乌松融合了工艺传统、古代建筑和现代主义思想精神的设计方案，原本获得了新南威尔士州总理约瑟夫卡·希尔的强烈支持。然而，1965年上任的新总理年罗宾·阿斯金却与前任总理有着不同的文化兴趣，进而反对并从中阻碍乌松的建筑施工。

悉尼歌剧院的贝壳状屋顶

另一方面，施工周期的不断延长及与日俱增的成本，也使得政府不堪重负。1966年，约恩·乌松无奈辞职，返回丹麦后的他发誓永远不会再来澳大利亚。

悉尼歌剧院设计

后来，由当时澳大利亚颇负盛名的年轻建筑设计师彼得·霍尔（Peter Hall）接手了这一项目，他基本上按照约恩·乌松的设计完成了该工程。

彼得·霍尔与玻璃模型

悉尼歌剧院

1973年10月20日，该项目一完工便成为了澳大利亚历史上一个非凡的里程碑，甚至连英国女王伊丽莎白二世也出席了开幕式，但约恩·乌松却并没有受到邀请。2007年，悉尼歌剧院被列为世界文化遗产，乌松也成为了全球历史上第二位于在世期间便获此殊荣的建筑师。

悉尼歌剧院设计

其它设计

从悉尼返回丹麦后，约恩·乌松完成的第一个重要设计是哥本哈根的贝格斯瓦尔德教堂（Bagsvaerd Church）——今天也已成为了丹麦最具代表性的宗教建筑之一。该教堂最大的亮点在于如云彩翻滚般的室内结构，预计藏在其中的檐缝天窗散漫地透出太阳光线，制造出的一种无比的神圣感。

贝格斯瓦尔德教堂结构

贝格斯瓦尔德教堂

约恩·乌松设计的建筑几乎每一个都是经典，金戈居住区（Kingo Houses）经常因其简约性和创造性的完美结合而受到称赞。

金戈居住区

弗莱登斯堡住宅区（Fredensborg Houses）则参考了北京故宫的构造，布局通达。

弗莱登斯堡住宅区

实际上，金戈与弗莱登斯堡住宅区均是约恩·乌松游历了中国后设计建造的。在这两座建筑的基础上，他还提出了“添加性建筑”（additveaarchi-tecture）的设计方法，一时在建筑界影响巨大。此外，乌松还曾拜访《营造法式》研究的第一人、建筑大师梁思成先生，可以说与中国有很深的渊源。

约恩·乌松设计的paustian House

上世纪70年代初，约恩·乌松搬到了西班牙的马略卡岛，与妻子一起住进了自己设计的房子Can Feliz中。

约恩·乌松设计的Can Feliz

“他总是领先于他的时代，当之无愧地成为将过去的这个世纪和永恒不朽的建筑物塑造在一起的少数几个现代主义者之一。”普利兹克奖对他如是评价道。

约恩·乌松设计的Can Feliz

“约恩·乌松一生的辉煌只有一次，但这一次已是传奇。”这一伟大的建筑设计师最终于2008年安详去世，但他在每一个看过他建筑的人心中，已活过了千百万次。

约恩·乌松设计的最后一座建筑Utzon Center

悉尼歌剧院的屋顶居然不是薄壳结构？？

超级管理员 — Sat, 27 Oct 2018 14:23:18 +0000

或许你没有去过澳洲，但你一定听过悉尼歌剧院。它的外形像三个三角形翘首于海边，白色的屋顶犹如贝壳。你一定想不到，这座“壳形”的屋顶，并不是真正的薄壳结构，而是采用了肋拱结构。其设计建造过程极其曲折艰辛，历时14年，超支达1457%。从设计图纸被选中的那一刻起，正式拉开了建筑师和结构工程师长达十几年的“斗争”。

一.结构外形

“灵感来源于切开的橙子”

悉尼歌剧院的外观为三组巨大的壳片，耸立在南北长186米，东西最宽处为97米的现浇钢筋混凝土结构的基座上。

由三大部分组成：音乐厅、歌剧厅和贝尼朗餐厅，前面两个是音乐厅和歌剧厅，后面较小的是贝尼朗餐厅。

二.建筑方案

“故事总有几分戏剧性”

时间回到1955年，澳洲政府为悉尼歌剧院举办了全球性的设计比赛，吸引了233名来自32个国家的建筑师参赛。最终意外胜出的是丹麦籍名不见经传的建筑师Jørn Utzon(约恩.伍重)。

悉尼歌剧院草图

约恩.伍重的设计评委美国设计师埃罗.沙里宁看到后欣喜若狂，力排众议，最终确立了其优胜的地位。然而，约恩.伍重是著名的纸上建筑师，他曾经在18次建筑比赛中胜出了7次，最终仅有悉尼歌剧院落地建成。因为他的设计大多着重建筑的美学部分，从技术层面上看却存在较多问题，实现起来也是难倒了工程师们。这不，结构大师Arup就在悉尼歌剧院这个项目上倾力近10年的时光。

三.屋顶结构方案

“从建筑方案到落地是一个艰难而曲折的过程”

大家进入歌剧院内参观时，第一眼看到的是各种素面朝天的水泥柱子。很多人会觉得幻灭。然而，当年这一条条如肋骨状的预制混凝土嵌板可是伟大的建筑创新。这些混凝土肋一共有2194个嵌板，每个重量约15吨。

寻求解决方案是由建筑师和工程师团队之间紧密的沟通和交流相互推动的。为了保持伍重的原始想法，奥雅纳公司的工程师们在1957年至1963年之间开发了多达12种不同版本的混凝土屋顶设计。屋顶从建筑师原始草图的自由形状演变为最终设计的球形几何形状。

悉尼歌剧院早期模型

奥雅纳和伍重

薄壳结构的早期探索

A.竞赛设计 ,1957 B.早期抛物形设计，1958

伍重手绘抛物状屋脊，抛物状屋肋

单层混凝土薄壳单层混凝土薄壳

建筑师最初设想：

100mm(屋顶处)~500mm(基座处) 混凝土薄壳结构

方案失败原因：

混凝土壳结构形状合适的情况下，薄的混凝土壳结构才能得以实现。而伍重的结构显然不能满足要求。
如果壳体屋盖都是凸面向上平放，当受到重力作用时，可以通过壳体的薄膜压力来抵抗外界荷载；当受风力作用时，所受的向上风吸力，只要小于壳体自重，一般无害。所以壳体的优越性是在重力作用下其产生的大部分内应力是压应力，对混凝土这种耐压性能好的材料，采用壳体结构形式是十分合适的。但悉尼歌剧院的壳体屋盖不是平放，而是斜向悬挑，这样壳体受到对的作用时，其内应力根本不是薄膜压应力，壳体的优越性完全没有了。特别是受到风力作用时，如风力施加于壳体凸面，则是与壳体自重联合作用下，更会增加壳体的倾覆倾向。所以斜向悬挑放置的壳体屋盖，其内力不全是压力，而存在力矩，这样就不能采用壳体厚度很薄的壳体。

双层混凝土薄壳结构

C.抛物形设计，1959-61 D.圆形屋脊设计，1961

双层混凝土薄壳混凝土包裹屋顶空间桁架

双向屋肋，结构百叶墙百叶薄壳取代百叶窗

薄壳结构进阶方案：

混凝土壳外壳+坚固的钢结构内部结构

方案失败原因：

建筑师弃用，壳的主要结构会被隐藏起来
仍然存在很多结构问题，并不完善

预制混凝土肋拱结构

E 圆弧屋脊设计，1961 F 圆弧屋脊设计，1961

抛物状屋脊，圆弧屋肋抛物状屋脊，圆弧屋肋

混凝土包裹屋顶空间桁架预制混凝土屋肋

结构接点穿过百叶墙结构塔墙

G 椭球面设计，1961 H 椭球面设计，1961

椭球面屋脊，椭球面屋肋椭球面屋脊，椭球面屋肋

钢结构外包混凝土表面现浇及预制混凝土

肋拱结构方案：

1961年，由Arup高级结构工程师Jack Zunz提出采用以预制预应力Y形、T形水泥肋骨拼接的壳体及因之而带来的厚重边沿结构，其灵感来源于古代哥特式穹券。

方案分析：

这种三铰拱并列拼接而成的”壳体”结构，外表面呈球面形状，其凹面形成招风的“口袋”,因此拱在风吸力的作用下，其受力状态与平常拱在重力荷载作用下的情况完全相反，拱内力不是受压，而是受拉，必须利用拱的自重和施加预应力才能抵消其拉力。拱在风额荷载和自重作用下所引起的整体倾覆问题，则需在拱脚采取抗拉措施解决。

结构体系上的受力问题虽然得以解决，但是在施工难度上却有很大的问题。原来的设计不但没有规律，各扇型结构都有不同的弯曲度，完全没有逻辑可言，而且不同的弯曲面是互相接触的，在无规律弯曲面的接合上，是很难确保施工的品质管理。

屋顶结构剖面图

竖向力：沿着内部肋骨向下延伸到底座

水平力：外部载荷沿壳体向下传递

球状设计，预制混凝土肋拱结构

J 椭球面设计，1961 K 球状设计，1961

椭球面屋脊，椭球面屋肋大圆屋脊，小圆屋肋

现浇及预制混凝土现浇及预制混凝土

L 球状设计，1962 M 最终球状设计，1962-63

大圆屋脊，小圆屋肋大圆屋脊，小圆屋肋

现浇及预制混凝土现浇及预制混凝土

最终方案：

由建筑师约恩.伍重在肋拱方案的基础上提出。所有的壳体都是半径75米球体的一个部分。所有的混凝土都可以在相同的模具中铸造。

位于悉尼歌剧院门口的青铜浮雕模型

肋拱布置示意图

施工中浇筑肋拱

四.新技术在结构设计中的运用

“乌松的屋顶给结构设计带来了巨大的挑战”

非常值得一提的是，在悉尼歌剧院的设计中，Arup公司的工程师们开创了计算机辅助设计的先河。在此之前，建筑行业的工程师们并不使用计算机进行计算，结构分析计算是在各种工具的帮助下手工进行的，例如计算尺和对数表。或者最多使用像Curta计算器或FACIT计算机这样的小型机械、手摇装置。奥雅纳率先在悉尼歌剧院项目上应用电脑，推动了当代技术的极限，并彻底改变了工程实践。奥雅纳公司的工程师们进行了一系列的模型测试，以评估不同版本屋顶设计的稳定性。这些测试包括在南安普顿大学结构实验室的一个大型有机玻璃屋顶模型上进行的应力分布测试，以及在特丁顿国家物理实验室和南安普顿大学的风洞模型的一系列测试。

南安普敦大学风洞试验模型

计算机帮助运算

结构设计是一门艺术，没有唯一解。只有不断地探索去寻求相对的最佳，而无绝对的最优。

——————Ove Arup

参考资料：

[1] “悉尼歌剧院”话题之一| 结构大师彼得·莱斯的驻场故事

[2]汪达尊, 傅涛. 建筑的巨人结构的侏儒——从悉尼歌剧院谈起[J]. 建筑工人, 2000(7).

[3] 你所不知道的悉尼歌剧院http://blog.sina.com.cn/s/blog_4d43aa9c0102wd14.html

[4] 违反常规的建筑—悉尼歌剧院(结构篇)

http://blog.sina.com.cn/s/blog_60a67d9e0100kq1n.html

[5] 建筑结构剖析之悉尼歌剧院

http://blog.zhulong.com/blog/detail4619374.htm

[6] Happy birthday to our Sydeney Opera House

https://maas.museum/inside-the-collection/2015/10/20/happy-birthday-to-our-sydney-opera-house/

[7] 力学计算https://sites.google.com/site/ae390group2sydneyoperahouse/structure

[8] An engineering walk around the sydeney opera house