[分享]大巧若拙--巨柱

发表于2019-05-21    703人浏览    1人跟帖    筑龙币+50  复制链接  只看楼主

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伤浅笑

作者:杨笑天
建筑(architecture)一词来自希腊语"apxtrektuw"(建筑师),原意为”巨大的工艺”。
“巨大”本身即是一种美。正如每个站在金字塔面前的人,都会被这个宏大的构筑物所震撼,哪怕它只是一个简单的几何体。
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▲ 古埃及金字塔
胡夫金字塔,高146.5米,底边长230米
保持了3000多年世界最高建筑的记录 
同样的还有位于英格兰的 “巨石阵”,它是最著名的史前文化遗产之一。圆形石阵共有四层按同心圆排列的巨石,最大的石头有7米高,重量超过44吨。
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▲ 巨石阵 Stonehenge 
石柱顶上放着条形的楣石,像“简支梁”一样搁在石柱上。有着5000多年历史的“巨石阵”,算得上最古老的“梁柱结构”。
古典的柱子 
对于真正意义的建筑,古代埃及、希腊、罗马的神殿也建造成梁柱结构形式。受制于建筑材料(石材)的强度,梁的跨度很小,柱子又粗又密。
帕特农神庙历经两千多年的沧桑,神庙主体损毁严重,但巍然屹立的柱廊仍彰显着雄伟。
“柱子高度为底径的4-6倍,柱间距约为柱径的1.2至1.5倍…”粗大的柱列有着非常强烈的表现力,被视为威望、权力、富贵的象征。
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▲  雅典卫城帕特农神庙 Parthenon
帕特农神庙的多立克柱式(Doric Order),是古典建筑最早的三种柱式之一。多立克柱式一般没有柱础,柱身刻有比较锐利的沟槽,柱头没有装饰,为简单而刚挺的倒立圆锥台。为了平衡视觉效果,柱身上下略有弧度,称之为“卷杀”。
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▲  多立克柱式(Doric Order)
多立克柱式简洁古朴,刚健雄浑。维特鲁威在他的《建筑十书》里,把多立克柱式称之为“男性柱式”。

伊瑞克提翁神殿(Erechtheum)则采用了爱奥尼式(Ionic Order)柱廊。柱身优雅挺拔、柱头精致柔美。维特鲁威把爱奥尼式称为“女性柱式”。
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▲  瑞克提翁神殿 Erechtheum 爱奥尼柱廊
爱奥尼柱式有一个柔美线条的柱础,柱身比较纤细,有较深的半圆形沟槽,柱头有装饰带和圆形涡卷。在古希腊乃至后世的大量建筑中,爱奥尼柱式是最大量的存在。
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与梁相比,柱子与人的距离更近,更容易被触摸、观察。因此,自古以来建筑师更在意柱子给人的感受,对柱式、造型做了许多尝试,特征最为显著的是柱身处理和柱头装饰花纹。
 
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▲  古典柱廊的装饰柱头
 
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▲  繁复雕饰的柱身
  
 
随着工程材料的发展和设计技术的提高,我们不再依赖粗重而密布的石柱支承荷载,对柱子的设计出现了三种分化。
一是追求柱子断面纤细。我们在“柱--纤细之极”一文中有详细介绍。细柱设计的关键是稳定问题,胜在轻巧。结构上的实现方法包括轻荷载、密布、不抗侧等等。
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▲ JohnsonWax Headquarters (1939), 赖特

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▲ 波尔多体育馆(2015),赫尔佐格和德梅隆

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▲ 海之车站 Marine Station Naoshima
建筑:SANAA;结构:佐佐木睦郎

二是追求柱子数量少,即将柱子“凝聚”成少而粗的巨柱,设计的关键是强度问题。巨柱胜在气势,类似史前的巨石阵和古典的柱廊,“重剑无锋,大巧若拙”。
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▲  都灵工人文化宫,1959,奈尔维

三是分叉柱、树形柱,即将柱子“离散”成多个分枝,我们在“像树一样生长--树形柱”一文中有详细介绍。树柱设计的关键是拓扑问题。
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▲  上海浦东机场T2航站楼,华东建筑设计总院
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▲  堡尚茨利户外餐厅(模型),1988年

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▲  法国Margaux酒庄,2015Foster+Partners.

接下来我们针对第二种方式--巨柱,选择了几个案例作简要的介绍。
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 ▲  都灵工人文化宫,1959,奈尔维
结构大师奈尔维被赞誉为“混凝土诗人”,他的作品大胆而富有想象力,意大利都灵工人文化宫Palazzo delLavoro(1959年)是他的代表作之一。
巨大的柱子和放射状钢梁组成一把把撑开的伞。每把“雨伞”是一个独立的单元,撑起十分开阔的内部空间(柱距38m x38m),这决定了悬臂柱的受力方式。
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我们前文提到,巨柱承载力的关键是强度问题,而不是稳定问题。因此,柱身设计更加自由,截面不局限于方形和圆形,可以塑造出各种特色截面。
都灵工人文化宫柱子下部的断面为十字形,上部为渐变收小为圆形,给人以一种粗犷、挺拔的感觉。
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此外,奈尔维设计的旧金山圣母大教堂、里约热内卢现代艺术馆等结构中,同样采用了粗犷的巨柱形式。设计感体现在柱截面和柱身的变化上,渐变、切割、收分……。
将整个建筑的荷载汇聚在少数的几根柱子之上。巨柱作为一种建筑表现形式,给人以强烈的视觉冲击。
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▲  Stabilimento balneare Kursaal, Ostia, 1950

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▲  Cathedral of St.Mary of the Assumption, 1971
 
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▲  里约热内卢现代艺术馆, 1952

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将竖向构件“凝聚”,减少对视线的遮挡,形成开阔的空间,最典型的案例如东京国际会议中心。
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▲  东京国际会议中心,1996
建筑设计:Rafael Vinoly Architects K.K.
工程设计:结构设计集团SDG渡边邦夫
 
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▲  东京国际会议中心传力机制
207m长的船形屋顶结构,主要由两根巨大的梭形柱支承,巨柱之间距离124m。巨柱与第4和7层(混凝土框架结构) 楼面钢梁铰接连接。
大柱子为双层钢管制作,内灌混凝土。因为柱截面很大,雨水管和电气管都有条件藏在其中。
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▲  巨形柱的截面变化
东京国际会议中心的巨形柱,在+27.5米标高截面最大,上下两端线性收缩。巨柱柱脚设计为铰接,只承受轴向力,因此截面可以收小。
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卡拉特拉瓦在1988年设计的Wohlen高中一处建筑空间的中心,设计了一根梭形的钢柱。钢柱似乎以一已之力支承了整个屋顶,成为视觉的焦点。
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▲  Wohlen高中集会大厅,1983-1988年
与东京国际会议中心类似,Wohlen高中两端收小的柱头表明,柱子端部弯矩被释放,呈铰接的摇摆柱受力状态。 关于“摇摆柱”的详细介绍,可参考小i的文章“摇摆的柱子 。
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在另一些案例中,巨柱不采用收小的铰接柱头,而是采用扩大的刚接柱头。扩大的柱头一方面提高了柱子的刚度,另一方面间接地减小了梁的跨度。
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▲  米拉格罗萨教堂,坎德拉
 
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 ▲  Mumbai Airport 
 
当巨柱的体量特别大时,把柱子网格化、格构化,以编织的形式消解实体的厚重感也是一种设计方式。
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▲  布鲁克菲尔德广场展示厅/2013
Brookfield Place Entry Pavilion
布鲁克菲尔德广场的展厅面,两棵网格状的钢结构柱支承着屋面,周围是通透的悬挂式幕墙,从街道上就可以看到展厅内两棵巨大的“铁树”。
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“铁树”呈椭圆形,采用富有韵律感的菱形网格。网格的两个径向分别是内外两层圆管,它们互不相交。
 
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▲  “春茧”深圳湾体育中心
编织形式的柱子与屋盖结构相融合
 编织形巨柱的受力不再是单纯了一根构件,其受力更接近于空间网格结构。关于“编织柱”的详细介绍,可参考小i的文章“建筑中盛开的铁树银花” 。
  
超高层中的巨柱 
超高层建筑中的巨柱与前文所说的巨柱有所不同。因为超高层的柱子需要承受巨大的竖向力和水平力,柱子尺寸自然比较大。以上海中心为例,巨柱尺寸达到5.3米x3.7米;武汉绿地中心的巨柱达4.7米x3.15米。
对于采用巨型框架/巨型桁架的高层建筑,巨柱同样可以看作是竖向构件的“凝聚”,是一种比较高效的结构体系。
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▲  上海环球金融中心的结构体系
巨型桁架+核芯筒+伸臂桁架
以上海环球金融中心为例,建筑高度为 492m ,地上 101 层 , 采用了外围巨型桁架筒+内部钢筋混凝土的筒中筒结构 。下面的平面图显示,位于建筑四角的巨柱为异形断面,最大截面面积达22.8平方米。
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▲  上海环球金融中心平面:四角黑色为巨柱
 
关于柱子的形式,iStructure系列文章对细柱、巨柱、树形柱、编织柱、摇摆柱做了详细的介绍,希望对读者能有所启发,欢迎大家留言讨论。
“对于高技派的钢架、钢索之类的有限建筑语汇的热衷。或者只满足于横平竖直梁柱体系都是值得质疑的。我们所探寻的结构,既非强加的形态,亦非笨拙的骨架。”——巴尔蒙德
参考资料:
1. 建筑结构的奥秘,川口卫著,王小盾、陈志华译
2. 结构.空间.界面的整合设计及表现,戴航, 张冰著
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来源:结构    微信公众号    iStructure
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 发表于2019-05-21  | 只看该作者      

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