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结构表达的要素——通透

发布于:2020-11-23 09:37:23 来自:建筑结构/钢结构工程 [复制转发]
作者:周健 胡实 彭超

通透 (Transparent)


01 定义
“通透”的常用义为通彻、明白,也用于形容翡翠珠玉等没有杂质,干净透明,但与“透明”不同,“通透”的前提是一定要有物体,而不能是本身什么都没有。
因此对于建筑的“通透”,同理,首先要有一个体量或空间。其次,我们的视线可以透过这个体量或空间的围合,看进去或看过去。就好比,一座伞状的凉亭,基本上不存在围合空间,我们无法称之为通透;而即使厚重如帕提农神庙这样的建筑,当我们透过宏伟的柱廊看到里面的主庙时,“通透”这一词会“一闪念”浮现在我们的脑海。因此,“通透”跟建筑外皮的围合是密不可分的。

 “非通透”与“通透”风格的建筑案例

从建筑学角度来说,“通透”的运用要根据外部条件的需求来选择。一座博物馆,里面的藏品都需要阳光的遮蔽,“通透”便不是最佳的建筑手法;而一座植物园阳光房,建筑师则恨不得所有的结构感觉都消隐其重量。加州科学院博物馆就是一个极好的例子,两侧的展品区被覆土屋面和实墙立面包围,而中间的生态区则尽可能的把阳光引入室内。

加州科学院博物馆

加州科学院博物馆屋顶
从结构角度来说,“通透”对于结构最直接的要求就是消隐,而消隐意味着需要释放掉一部分“需要光照”空间的结构刚度,再通过别的手段将这部分牺牲补回来。对工程师最大的挑战就是在满足建筑师的设想下如何分配力流,如何让建筑师开心的接受通透产生的代价,使得一个建筑“看上去”比较轻松而不吃力。


02 如何实现建筑的“通透”性
纯净、简洁的结构体系
NA住宅House这座600平方米的透明住宅是藤本壮介为东京一个安静街区中的一对年轻夫妇而设计,与绝大多数日本高密度居民区里能看到的典型混凝土墙形成反差,采用完全开放的姿态拥抱街道。而这一打破传统观念的反差感,更加凸显出公寓的“通透”感。

NA 住宅 House
为了实现藤本壮介所要表达的“栖居于树上”的概念,宽敞的室内由21块独立的楼板组成。每片楼板如同一个小单元位,于不同的高度。由于每个小单元的尺度不大,其围合结构采用了一整片玻璃幕墙,直接镶嵌与细框框的单元体之中。虽然整体建筑看起来极具漂浮感,但丝毫不影响其结构的合理性。

藤本壮介所要表达的栖居于树上的概念

整个建筑采用细柱,轻质隔断,轻质楼板,极尽可能将结构所承受的地震力降到最低。在一些柱间位置设置拉杆增加结构的抗侧刚度,由于构件的尺寸都很小,所以极大弱化了结构的支撑概念,加强了整个建筑通透的感觉。

NA 住宅 House
烈日车站所展现出的“通透“感完全来源于其充满了整个建筑的序列感极强的结构杆件,而这些结构杆件既是主体受力结构,也是幕墙框,风格高度统一,透明的玻璃镶嵌与其中,如同把一座精美的建筑骨骼完整的展现出来。

烈日车站
为了达到这种纯净的通透感,卡拉特拉瓦需要把这座“巨大雨棚”的结构设计的非常精妙,整个建筑采用合理的拱形作为主形态,在高大空间中采用单方向的密肋构件减小构件尺寸以及形成规则的秩序。不同曲率拱形之间的联系形成不可展曲面,增加了整个结构的刚度。

烈日车站

体量与虚实的“反差感”
波尔多法院不同于其他“通透”建筑的轻盈,但也会给人以一种“通透感”。而这种通透感来源于体量虚实的强烈反差,精细化结构构件组成的雨棚下,是七座体量厚重饱满的报告厅,报告厅的底部被4组分叉柱撑起,形成了一组悬浮在半空的巨物。

波尔多法院
整个建筑的公共区,各层平面清晰可见,如同在观看老式机械表内部的发条一样,罗杰斯把法院的运作流程诚实的展现在人们面前。

法院的运作流程如同在观看老式机械表内部的发条一样诚实的展现在人们面前
对于一个高大空间来说,通透对于结构要求可能是尽可能少的竖向构件以及轻盈的玻璃幕墙,这两个要素在波尔多法院中都有着较好的体现,纤细的摇摆柱+拉杆组成的抗侧体系,张弦梁+轻质屋面以及精致的节点加强了“通透”的观感。

波尔多法院
波尔多法院使用轻盈钢结构的同时,采用了厚重的混凝土、以及木材的实面形成强烈的反差感,透过“通透”的玻璃幕墙让你能看到内部“完全不通透”的巨构,巨构与主结构完全脱离,你会尝试猜测里面的结构,这种脱离的看不透的感受也加强了通透的体验。

材料的发展与突破

乔布斯剧院
乔布斯剧院屋顶直径约47m,承重结构为玻璃,由于玻璃为脆性材料,较低的冗余度使其并不适合作为受力结构,但其带来的极致的通透又是建筑师所向往,“美在合理的近旁”,采用FRP作为屋顶材料,自重仅80t,折合每平米平均重46kg,仅相当于约6mm厚的钢板。如此惊人的减重效果,才使得屋面承重于周边结构玻璃成为可能,造就了令人惊叹的空间效果。

乔布斯剧院

周围环境的映衬
在所有的案例中,葛西临海公园展望台把建筑的“通透”表现的最为诗意。葛西临海公园位于东京湾以北,是一处以“植物、水、人和谐相处”为主题的生态海滨公园。由于想争取更多的海岸线,整个公园呈扁长形布置,其进深方向的距离并不大,游客可以很轻松的走到海滩。作为一座生态公园的展望台,如何同时具备“标志性”和“与周边环境融合”这两种相互矛盾的特性是巨大的挑战。而建筑师谷口吉生用巧妙的地景设计与“通透”的玻璃盒子给出了答案。

葛西临海公园
进入公园的入口,会看到一条笔直而宽阔的大道,利用周围的地势做成了缓缓的上坡,以道路为中轴线,两旁是低矮却茂密的植物,尽头便是一座纯粹、通透的玻璃盒子——公园的展望台。不断向前走,展望台渐渐清晰,会发现这条大道没有停止,而是在建筑立面上开了一个方形的门洞,一直通向远方的蓝天。

葛西临海公园展望台
而建筑内部,通过透彻的玻璃幕墙,清晰可见——楼梯与坡道分置门洞两侧,环绕着混凝土核心筒——让旅客很容易就想象出一会儿将登上展望台的行进路线。当旅客穿过一片向日葵花田,来到门洞洞口时,已经是整个区域地势的最高点,突然一阵清凉的海风迎面吹来,展现在眼前的是整片湿地和海滩。这时,你可以选择满心欢喜的跑向海滩,也可以走上展望台,通过这360度无死角的通透幕墙欣赏周围的景色。

葛西临海公园展望台
如果你走进展望台,就会惊讶与整个建筑不但拥有极致通透的幕墙,而且一颗柱子都没有。主结构退界在幕墙之后,并且没有和幕墙细柱对比的结构柱,而是平面体块的抗侧单元。通过分段的水平支撑解决幕墙立柱抗风问题。竖向由于立柱间距较小同时分段支撑的存在,强度和稳定得到了保证,从而获得了很小的构件截面,也实现了较好的通透效果。

葛西临海公园展望台

在建筑的角部设置了轻型的桁架结构以提高结构的抗扭能力,这样也保证了中间最重要的观景部分能维持一个较小的截面。
整个公园除了展望台外,其他的建筑和小品景观也都由谷口吉生所设计。其中包括海洋游乐园、海边码头、桥塔等等。而这些建筑如同展望台一样,仿佛都具有同样的灵魂,呼应着蓝天、大海、风以及植物。

03 建筑与结构的对谈
A胡实: 在建筑设计过程中,总有一些功能空间需要争取更多的光照,总有一些建筑理念需要打破外墙或屋顶带给人们的束缚。追求通透的过程是建筑师追求外立面消隐重量感的过程;也是结构工程师追求受力杆件极致的过程,而这一过程通常都离不开对玻璃幕墙体系的设计。它们或增大单片幕墙的面积、或追求外立面象素化的朦胧质感、或干脆采用新的材料把通透做到极致,追求“通透”的手段可谓是多种多样。
S彭超: 为追求立面的通透,首先面对的就是幕墙设计,结合结构边界条件以及经济性的要求,按照通透的程度划分,柔性幕墙到半刚性幕墙再到刚性幕墙依次递减,但最终还是选择适合的,当选定幕墙方案后,在材料方面的思考,例如采用玻璃肋;或者构件层面的思考,例如变截面、组合截面等或许会带来更通透的体验。
A胡实 人类实现建筑“通透”的过程就是科技不断进步的过程。从远古开始,很长一段时间,人类对于墙的理解,便是具有防御功能的围护结构。那个时候的墙越皆是越好,不需要通透,窗是小窗、门也是小门,这是因为原始的房屋结构多以夯土为主,结构形式不允许开大面积的洞口;后来人类发明了梁柱体系,并不是每一片墙都需要承重,立面洞口便可以开的稍微大一些,但这时梁柱的结构体系能选择的材料很少,石材与木材都无法提供更多的悬挑,即使门窗可以更加自由的布置,其填充物也因为不是透明材质,而无法称之为“通透”;随后,玻璃的发明把建筑的通透性提升到了前所未有的高度。中世纪,光对于教堂建筑的重要性不言而喻。为了争取更大面积的玻璃窗花,更多的阳光可以透进室内,建筑师把结构体系设计的尽量纤细,窗框也逐渐从原始的石材进化成了金属框;工业革命的到来宣布了钢结构作为一种成熟的建筑材料可以大批量的运用在建筑建造当中,水晶宫运用了当时最顶尖的建筑技术,仅由钢与玻璃两种材质建造,一举成为伦敦世博会最耀眼的建筑;19世纪初,现代建筑五原则由柯布西耶提出,“自由平面、自由立面”宣告着除了最基本的结构体系,一座房子可以做到完全通透;而今天,苹果总部告诉我们,玻璃也可以作为承重体系,意味着,一座建筑所有的”墙”都可以是透明的。
S彭超: 随着理论研究的突破以及实践的不断试错,技术进步给了建筑师实现通透提供多种选择,材料维度上说,从最初的砖、石,其材料属性限定了它们的结构形式,到后来的混凝土、钢结构以及索膜等轻型结构,可以尝试更多的结构形式以及通过多种材料的组合,带来通透的效果;建筑师对通透要求的不断提高、对轻盈结构的不断追求也反向促进新材料新技术的发展。

04 相关案例介绍

葛西臨海公園展望広場(1995)

建筑师:谷口吉生  

结构师:木村俊彦

东京国际会议中心Tokyo International Forum(1997)

建筑师: Rafael Vi?oly


波尔多法院Bordeaux Law Courts(1998)

建筑师: Richard RogersPartnership             

结构师: Ove Arup &Partners


大英博物馆中庭 British Museum Great Court (2000)

建筑师: Foster and Partners             

结构师: Buro HappoldConsulting Engineers


9PRADA青山店PRADA AOYAMA (2003)

建筑师: Herzog & DeMeuron Architekten      


GuilleminsTGV Railway Station

建筑师: Santiago CalatravaSA         

结构师: Bureau d'étudesGreisch  

   

NA住宅House NA(2012)

建筑师:Sou Fujimoto       


GC口腔科学博物馆GC Prostho Museum Research Center(2014)

建筑师:Kengo Kuma       

结构师:Jun Sato Structural Engineering


乔布斯剧院Steve Jobs Theater (2017)

建筑师: Foster and Partners             

结构师:Eckersley O'Callaghan & Arup


亚马逊生态球Amazon Spheres(2018)

建筑师:NBBJ           

结构师:Magnusson Klemencic Associates


05 设计要点小节

就像前面提到的,“通透”关注的是建筑的外立面,更确切的说是幕墙体系。而实现“通透”的基础便是如何把这层幕墙皮设计的有尽量少的遮挡物。幕墙板块尺度的大小,幕墙材质的选择,框料的精细程度都会影响到人们对是否“通透”的判断。
但“通透”并不适用于建筑内的每个空间,由于建筑功能的限制,“通透”有其特定的使用范围。这就要求就设计师适合且适度的表达“通透”。
适合
说到头来“通透”这一形容词是非常强调语境的,对于建筑来说,一个空间是否需要采光、透光决定了“通透”对于它的必要性;同样,“通透”的感觉也是对比产生的,对于建筑来说,一面密不透风的实墙旁边如果是一片格栅,这片格栅也会显得通透;一面节点精密的格栅旁边是一面玻璃幕墙,这篇玻璃幕墙也不会显得很通透。因此,还是要通过分析建筑的功能或意境,来判断一个空间是否要做到“通透”。
适度
而即使一个空间需要“通透”,也不意味着大家都要追求苹果店一样的极致。苹果店的幕墙可以支撑屋顶,固然证明了科技可以让材料发挥无限的潜力,但受力杆件其充满张力的美感;构造节点充满巧思的精致也都是一座优秀建筑需要表达的内容。适度的表现“通透”这一概念,才能更好的突出一座建筑的设计理念。
 

参与本课题调研和对谈的建筑师和结构师

建筑师:向上、韩韬、郜爽、胡实
结构师:周 健、王洪军、张耀康、杨笑天、李彦鹏、彭超

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只看楼主 我来说两句抢沙发
这个家伙什么也没有留下。。。

钢结构工程

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