» 薄壳结构 - //m.stpapt.com 我们塑造了建筑,建筑亦塑造了我们 Fri, 20 Sep 2024 01:15:24 +0000 zh-CN hourly 1 http://wordpress.org/?v=3.8.4 田岗知行村:乡村会客厅 / 袈蓝建筑 //m.stpapt.com/archcollege/2022/06/51086.html //m.stpapt.com/archcollege/2022/06/51086.html#comments Mon, 13 Jun 2022 13:27:18 +0000 袈蓝建筑-田岗知行村-整体组团-04.jpg

现实与陌异|改造建筑,改观生活

弥合现实与陌异的缝隙,这对每个进入乡村的建筑师都是一场考验。袈蓝建筑在田岗知行村的诸多实践中,「乡村会客厅建筑组团」便是一个鲜明的案例,它们由原村委会、卫生站、戏台改造而来,先天需要虑及原始的建筑形态,并在尊重乡村肌理的前提之下通过新建筑产生新关系、释放新内涵。

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01 为乡村,改造生活

作为组团的主体,「乡村会客厅」正对着田岗艺术中心和艺术装置「大草帽」,互为对景的两座建筑为建筑师的创作埋下伏笔。「会客厅」的改造充分保留了原村委会的建筑主体结构,并在上下两层分别置入咖啡馆和儿童活动区。袈蓝以建筑的功能为母体,在内容运营和资源引入方面,则将团队经过实践检验的「袈蓝咖啡」和「高槐模式」带入田岗村,并因地制宜丰富其内容:

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雇佣当地村民担任咖啡师和服务人员,带来新的就业机会;借邻里的亲密关系带动村民进入「会客厅」享受咖啡;运营团队将村中学龄前、非学龄前儿童组织于「会客厅」二楼并集中开设课程、举办活动,让孩子们平等享受城市水准的教育;此外,建筑师还在增建部分布置了村民全家福和生活掠影,并创办期刊《知行村志·田岗人家》,以文载道、以文传声、以文化人……

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建筑成为提供公益服务和教育空间的载体,一系列的功能、场景和运营动作的设定让「激发乡村内生力」不再沦为一纸空谈,通过接触、交流和互动,袈蓝希望「乡村会客厅」真正成为村民与外界互通有无、创造关联的纽带,亦让田岗·知行村的「乡村之光」自此夺目。

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02 把由内而外的「乡村之光」建筑化 

原村委会是一个有着5个单层拱门外廊的建筑,坡顶、砖墙,在整个村落中并不显山露水,但这种重复拱形带来的韵律感为建筑师提供了灵感。袈蓝建筑依托「拱」的母题,在原拱东北侧延长线上扩大「拱」的尺度,并与之重新建立连接,形成喇叭状体量,并由混凝土薄壳结构统领屋顶和墙面。除去对原有5个拱的放大之外,建筑师还贴着沿街面的墙身再造出一个尺度一致的拱形体量,与建筑主体形成广场空间,并赋予其入口的功能。

△原始建筑

△原始建筑

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自建筑主体至外,6组拱壳由分离至交融,彼此形成三角状的夹缝空间。因其在剖面上呈外侧高、内侧低的形态;难于排水、易于积雪成为该结构的天然难题。建筑师以一排单侧三角形天窗覆于壳体之上,重新约束着雨水的流向,方便埋设排水管线;三角形天窗还将光线引入室内,以光的存在强调了「拱」的存在,并带来丰富的光影变化和轻盈通透的空间气质。

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自此,原始建筑并不起眼的形态特征经由建筑师的提炼,再造为新建筑的形式语言,平面的拱形门洞延伸为立体的空间原型。新与旧、现实与陌异形成碰撞,而「喇叭」这一颇具隐喻意义的元素则意味着「会客厅」中所发生的一切像是由内而外散发的光芒与声浪一般,流光溢彩、振聋发聩。

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03 田园底色与「新交流」的互视

建筑的东北向(即朝向田园的一侧)立面整体由大面积落地玻璃覆盖,与拱的形体一起形成「龛」状的、对望田园的看台。首层空间村史展厅区域的所有的坐具均朝窗布置,让山野风貌和大地艺术成为入目所及的风景。对内,「会客厅」汇聚着「新农人」与原住民交流;对外,则吸纳美好田园景色。置身建筑之外对望室内,可清晰感知「门洞」自外而内的缩小走势,新结构贯穿旧建筑得到了有形的彰显。

「拱」不仅是新建筑造型的母题,更在室内得到强化和延续:木质的拱肋在「村史展厅」贯穿,并成为咖啡空间及儿童活动区的装饰,塑造出卡座的领地感,还与书架等功能结合。此外,建筑师模拟光照耀拱门的投影对地面进行处理。「拱」,成为建筑与室内一以贯之的元素,经由重复形成韵律美,以虚体的方式再次得到强调。

整栋建筑除去混凝土材料之外,还辅之以木材、红砖、芒草等颇能引发「乡村」联想的建筑或装饰语言。值得一提的是,首层的红砖地铺恰落在顶部拱与拱夹缝的投影面,让「光芒」的存在在地面得到回应;而二层顶部则运用一整张发光膜覆盖顶面,形成均匀的光环境。

04 时间的印痕

除去「乡村会客厅」主体建筑外,原戏台和卫生站及建筑围合而成的广场均有改造动作。原卫生站延续了拱元素,并择一门洞放大,强化其存在;戏台则延续其功能与基础面貌,成为村落的「戏剧中心」和「生活剧场」。广场处,建筑师以时间为线索,埋下设计者对田岗村的深情:12枚邮票般的草皮代表着12个生肖。每年,一个新图腾将在此生长。袈蓝建筑希望在轮回流转的岁月里陪伴田岗村,让设计不止于空间维度,而是融入时间,进入生活,从含章未曜至云程发轫。


项目图纸

△手绘图

△总平面图

△一层平面图

△二层平面图

△剖面图

△分析图

△分析图

△分析图

 项目说明 

项目名称:田岗乡村会客厅

项目地址:河北省保定市易县田岗村

项目类型:建筑设计,室内设计

项目状态:已建成

业主:圆歌集团

设计团队

主持建筑师:邹迎晞

项目建筑师:刘建生、金楠

室内设计师团队:夏福强、何敏、曹真真、钱国兴、刘婷婷、李倩茜、冯炎、郭萌佳、李辉

景观设计师团队:李贝贝、张俊超、刘爽、梁景琪、石青青

软装设计团队:束坤、谷悦诚

设计周期:2020年2月-8月

施工周期:2020年9月-2021年4月

场地面积:1610.02 平方米

建筑面积:1110.01平方米

室内面积:871.49 平方米

施工单位:中外建华诚工程技术集团有限公司

机构工程师:北京中和建城建筑工程设计有限公司-卢理杰团队

摄影师:直译建筑摄影

建材及厂家

1. 竹木—上海摩索新型装饰材料有限公司

2. 真石漆:立邦涂料(中国)有限公司

3. 锈石板:河北·易县新源石材有限公司


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悉尼歌剧院的屋顶居然不是薄壳结构?? //m.stpapt.com/archcollege/2018/10/42216.html //m.stpapt.com/archcollege/2018/10/42216.html#comments 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。

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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:

  1. 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。

  2. 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:

  1. 建筑师弃用,壳的主要结构会被隐藏起来

  2. 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

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把混凝土做得像蛋壳一样的技术,60年后出现了新突破 //m.stpapt.com/archcollege/2017/11/37835.html //m.stpapt.com/archcollege/2017/11/37835.html#comments Sun, 05 Nov 2017 06:25:16 +0000 0 (4).jpg

事实上,自混凝土推广以后,薄壳结构在 1950 年代以后就没怎么变过。

你也许曾见过一种类似贝壳的建筑结构。它叫做“薄壳结构”,流畅的曲面线条和大跨度的空间结构常常比普通的直线建筑要来得吸引人。

谈到薄壳混凝土结构,建筑行业一般会追溯到公元 2 世纪的罗马万神殿。它直径 43 米的半球形穹顶用火山灰制成,从底部至顶部逐渐变薄,最薄的壳顶也有 1.2 米的厚度。巨大的跨度纪录一直维持了近 2000 年。

此后,薄壳结构伴随着钢筋混凝土的大量使用而推广开来,并在 1950 年代达到鼎盛时期。

最著名的莫过于西班牙建筑师 Felix Candela 于 1958 年完工的霍奇米洛克餐厅(Los Manantiales Restaurant)。几重飞舞飘逸的双曲线抛面没有外部支撑,造型独特优美。


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霍奇米洛克餐厅

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重修后的霍奇米洛克餐厅

但薄壳结构远不如清水的直线结构普及。它最大的缺陷在于,因为复杂工艺,过于依赖工人的经验和技术,以及对建筑材料的浪费——浇筑混凝土曲面时,需要大量不可重复利用的定制木结构和泡沫做支撑。造价的 60% 耗费在施工成本上。

这种情况从薄壳结构最巅峰的 1950-1960 年代开始就没有改变。现在,创新的数字设计和制造方法成了突破口。

最近,一群来自苏黎世联邦理工学院的研究人员在实验室内花了 6 个月时间,建造了一个超薄的双曲面混凝土薄壳结构原型。


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这个测试结构高 7.5 米,表面积 160 平方米。尽管只是测试版,但完整版会被用作瑞士高级豪华公寓 HiLo 的屋顶。

它解决了建筑材料浪费的问题:取代原本木结构的是钢丝绳网,它由可快速拆卸安装、可重复使用的脚手架撑起。


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钢丝绳网内不仅包裹了一张织物编成的网,还包含隔温层,房顶外面还会覆盖一层薄膜光伏电池,可减少能源损耗。

但这几层结构并不增加太多重量。整张钢网重 500 千克,织物重 300 千克。共 800 千克材料就能负担 20 吨湿混凝土的重量,支撑力巨大。


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当研究员将这种轻型结构和智能的建造系统结合在一起后,它也变得很薄——平均厚度只有 5 厘米,主要受力的支撑表面为 12 厘米,其余边缘部分仅 3 厘米。这能省下不少混凝土材料。


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“我们已经证明,使用轻巧、灵活的模板可以建立一个激动人心的薄壳混凝土结构。不会浪费大量的材料”,研究小组的教授 Philippe Block说。

他们在薄壳结构上推动的进步还提供了一种实现全新设计的解决方案。大跨度空间使得屋顶在施工时,地面空间还可以同时供另一组工人施工,以此缩短工期。

但事实上,研究小组只是解决了部分问题,还是没有办法摆脱对熟练工人的依赖。在浇筑钢丝绳网上铺薄薄的一层混凝土需要经验。正确混合混凝土,让它不至于过干或过稀也需要经验。


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“薄壳界”,不少大师都拥有一支专门的施工队伍。Candela 就在墨西哥建立了一间建筑公司 Wing Roof,落地了 700 多个设计项目。


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Felix Candela

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题图、文内图来自:futurity、Archdaily



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