建筑结构丨如何完成世界上最大的悬挑结构建筑——结构设计的高与远
驱使结构技术进步的动力通常来自两方面,一方面是结构研究本身的突破,另一方面是建筑师提出的千奇百怪设想,需要结...
驱使结构技术进步的动力通常来自两方面,一方面是结构研究本身的突破,另一方面是建筑师提出的千奇百怪的设想,需要结构工程师的合作。有趣的是,许多高水平的建筑师或工程师,会同时浸淫于这两个专业而融会贯通,他们往往成为时代的推动者,柏林艺术大学建筑学院院长Christoph Gengnagel就是其中的一员。
Christoph Gengnagel原本学的是结构专业,毕业之后,他做了8年的工程师,却逐渐为工作中缺乏设计感到困惑,终于决定再次回到校园,去攻读建筑——不是要改行,而是为了提高他的结构设计水平,闹明白建筑设计到底是怎么回事。毕业后,他再次回归结构工程师的身份,进入德国最有实力的结构事务所Bollinger+Grohmann工作,还在柏林艺术大学建筑学院教结构,甚至担任了学院的院长。
建筑设计:蓝天组
工程时间:2005-2011
釜山电影中心,位于釜山市一处沿海的新开发的区域,这里沿袭着典型亚洲式的大规模开发模式。2005年,由蓝天组的创始人Coop Himmelb(l)au主持设计的方案在竞标中获胜,他的设计采用巨大的悬挑,形成有遮蔽的公共空间。这一理念使方案得到业主的赏识,成功中标,于2011年建成使用。
中标时的效果图
在竞标之初,方案就已经确定以巨大的桁架结构实现悬挑,同时已经确定桁架结构需要由两个支点,而非通常的一个支点来进行支撑,支撑点位置的桁架高度相应更大一些。
悬挑结构的受力分析
它的结构形态,从开始一片片独立的桁架结构,发展为三维、复杂的空间桁架结构整体。
通过建模优化(左为优化前,右为优化后)
参考施工照片,我们可以发现,这一空间桁架耗费了大量的钢结构构件。
等待吊装的空间桁架
其中一个支点主要受压,另一个支点主要受拉,造成前低后翘的形变。
为了减少形变,我们在另一个尽端增加了一个受拉的杆件,使整个屋顶的形变减少了15%。
虽然建筑方案中原本没有这个杆件,但由于它能起到这么大的作用,而且本身也比较纤细,不会对建成效果造成太大影响,因而得以采用。
施工中的拉杆
这一部位也是由大量钢材组成的巨大钢结构完成的。
这时,我们不得不回到方案最初的阶段,了解建筑师当时要坚持的是什么,结果发现在方案阶段,螺旋体量的底部原本并非透明,而是一个实体。
修改后的方案效果图与投标效果图对比
通过施工现场的照片我们可以发现,计算机模拟的片状结构实际体量非常巨大。
巨大的片状结构
对于建筑师来说,他可能就是很简单地画了一个巨大的悬挑结构,但这意味着结构工程师需要投入大量的精力与地心引力作斗争。建筑师想要表现的是“轻盈”,但是这种轻盈是建立在消耗大量建材的基础上的,是通过“沉重”表现出来的。
结构工程师会提出这样的问题,建筑师的这个方案构想真的合理吗?为什么需要用如此巨大繁琐、难度极高、消耗大量材料的结构来实现它?这对于一个电影中心真的合适吗?在当今的时代和社会背景下,做这样的设计是否符合能耗的需求,对社区定位的需求?结构工程师应该在多大程度上对方案的效果进行支持,又如何找到合理的定位?这个问题可能超出了建筑设计和结构设计本身的范畴。
不论对于建筑师还是结构工程师来说,当图纸上的建筑真正在现实中站立起来的时候,都是非常激动的。对于这个如此复杂、高要求、消耗大量人力物力的建筑,它究竟是不是合适的设计,还要留待釜山的使用者来判定。
微信来源:《设计与研究》(D+R)(ID:DR-architect-notes)
本文原名《高与远——建筑学院院长所做的结构》,刊载于039期《设计与研究》(DR)。本文经DR授权发布。
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