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“整张桥1.0”：一座“软”桥，建筑师对“张拉整体结构”的新尝试

发布于：2022-10-19 09:00:19 来自：建筑结构/钢结构工程 [复制转发]

由王明贤策展的建筑艺术展“山中桥·山中房·山中园”于2021年2月3日在北京山中天艺术中心开展，3月7日闭幕。展览聚焦“完整的建筑师——能思考的工匠和能动手的思想家”，其中的参展建筑师陆翔/陸工作室、众建筑和王宝珍均有在北京大学建筑学研究中心求学的经历。在展览中，建筑师陆翔的参展单元——“山中桥”特意在现场营建了一座“整张桥”：一方面以张拉整体结构原型（Tensegrity），呼应山中天艺术中心建筑楼板、台阶在剖面上因错动带来的空缝——虚空的连续；同时，这一建筑师直接参与的营建行动也可看作是当年北大建筑学研究中心教学特色的延续。“群岛”跟踪记录了这座“山中桥”的搭建全过程，并采访了参与设计和搭建的陸工作室的建筑师们。

以下文字为陆翔的自述。

图1.整张桥1.0立面图

这次展览中搭建的名叫“整张桥”的构筑物/装置的源起，是第一次来“山中天”看展场的时候对建筑的感受：楼板、台阶在剖面上错动带来的空缝，使得视线可以斜向穿透建筑，有些像在山中仰视看天，亦可感到整个建筑的空间通过这些空隙被连接在一起——虚空的连续。而这种“虚空的连续”的感受，让我立时想起了斯内尔森（Kenneth Snelson，1927-2016）创作的雕塑：“针塔”（Needle Tower，1968）。在这个雕塑里，细的受拉的连续的钢丝，把粗的受压的不连续的圆管连接在一起，而整个30m高的结构就“轻轻地放在”大地上。我觉得可以用这个结构原型在展厅里搭建一座桥，一方面回应董豫赣老师所设计的这座建筑，另一方面可以为展览提供在高度上变化的视角。

图2. 雕塑Needle Tower（针塔），肯尼斯斯内尔森，1968

在结构设计领域，这一结构原型被称之为张拉整体结构（Tensegrity），这个名字是这一结构概念的发明人富勒（Richard Buckminster Fuller，1895-1983 ）起的，他将“张拉”（tensile）和“整体”（integrity）两个词缩合，创造了一个新词。富勒说这一概念的产生受到了大自然的启发，他认为宇宙的运行是按照张拉一致性原理进行的，即万有引力是一个平衡的张力网，而各个星球是这个网中相互独立的受压体，大自然符合“间断压连续拉”的规律。对此富勒有一个充满诗意的动人描述“张拉海洋中的孤岛”（Small islands of compression in a sea of tension）。而斯内尔森是富勒的一个学生，他自己是个艺术生，1948年夏天在黑山学院听过富勒的课，在富勒的结构概念的启发下，做出了一个雕塑作品“Snelson'sX”拿给富勒看，这一般被认为是最初的张拉整体结构实体。斯内尔森一生创作了很多基于张拉整体结构的雕塑作品，而他则用“浮动的压力”（FloatingCompression）概括他的作品理念。

图3. 富勒展示他设计的张拉整体球结构

图4. 雕塑Snelson's X，肯尼斯斯内尔森，1948

图5. 年轻的斯内尔森坐在张拉整体塔上（TensegrityTower）

我们的结构策略是以桥两侧的栏杆做为结构高度，以桥面将两侧的结构连接在一起，而这3个面要成为一体的张拉整体结构。这一结构策略与乌镇粮仓之上的“双曲线桥”很相似，不过双曲线桥用的是空间桁架结构。由于张拉整体结构的杆件几何关系令人费解，用计算机软件进行张拉整体结构的受力分析也非常复杂，我们的工作其实是以制作模型这种直接、直观的方式展开的：从一开始最简单的“3杆9索”（3木杆9橡皮筋）单元；逐渐尝试在X、Y、Z、3个空间方向上扩展结构单元的可能方式，以形成可以容纳人的身体的空间（斯内尔森的雕塑，人总是站在外部观看的）；到第一个局部的1：5草模，并进行加载和破坏实验；直至最终的1：5模型。在这一过程中，要特别感谢结构工程师刘粟的工作，他和我们一起理解、推进结构形态，推敲节点的设计，并进行了结构的计算验证。刘粟给这个桥的结构形式起名叫“格构式弧形拉索桥”，尽管拗口，不过对于我理解这个结构还是很有助益的。

整张桥1.0 展览现场

在展览现场，我们展出了我们的设计过程：关键的草图，过程中的草模，一个完整的1：5模型，1：1制作的节点，模型制作过程的图像。过程的展示不仅是让观者建立理解，还可以直观地辅助现场搭建。全部用于现场建造桥的物料在展览开幕前陈列在展厅，包括受压的杆件——铝管、受拉的杆件——钢丝、张紧拉杆的五金——花篮螺栓、钢丝连接的五金件、桥面的材料——重竹、用于基础的自锁式预制混凝土块、桥的支座节点等等。桥的现场搭建在展览开幕之后开始：每天下午14：00~18：00，工人师傅和陸工作室的一位建筑师以及志愿者们在展览现场完成搭建。

整张桥1.0 展览现场

还有一点值得注意。“整张桥1.0”是一个“软的桥”，也就是说，当人在其上行走时，桥面会依据人的位置，发生微微的变形。因为张拉整体结构中，一方面结构刚度由预应力提供，另一方面，荷载位置的改变，会使得拉力、压力的传递重新分配，杆件通过位置的变化来适应这种力的变化。我猜想这就是斯内尔森称之为“浮动的压力”的原因吧。