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结构和建筑:相遇、同行又分开——说一只教学楼

豆瓣

作者:远古超萌武士

Volta Schulhaus,Basel,建阿筑师:Miller&Maranta,结构师:Juerg Conzett

这是一座外表看起来普普通通的教学楼,5层高,走近了还会看见地下有个体育馆。水泥外墙和金属窗框带有强烈的工业感,略显冰冷,但却是一个类比周边,照顾氛围的好例子。这个楼就是Volta Schulhaus,在大Basel北部的工业区,可以说是Miller & Maranta最为人所知的作品。

立面上下结构不对位

但对于我个人而言,这个立面存在着反常之处。上下层的柱子并不对位,这是反常规的做法,或者是特殊结构的表达。但可以确定的是这预示了内部空间的变化,需要深入的阅读。

【城市考虑】

Miller&Maranta首先碰到的问题是建筑体量。从城市的角度,建筑要连接东北的工业建筑和西南典型的Basel联排住宅。所以关键是占住基地的东南角,并延续北面工业用房的体量。M&M在这使用了一个非常简单的方形体量。

基地尺寸有40米*35米。这就等于放弃了做一个进深15-20米的普通教学楼。为了照顾内部的采光,M&M在体量中间开了四个采光井。

40米*35米的基地

M&M最终确定的建筑体量

平立剖基本信息

标准层平面

首层平面

剖面

【结构的介入】

教室和体育馆的关系是一个讨论的重点。前者小空间,可以做小跨度;后者大空间,一定要大跨度。简单的解决方法是把两者分开做,各自做结构。

教室体育馆分开布置。例子:Botta在Chiasso的中学

或者像Leutschenbach一样,大空间在上,小空间在下。通常的解决方案是“下面柱网上面大跨”,这也正是Christian Kerez早期模型所显示的。但是后来由于不可知的原因,CK和Joseph Schwartz用牛刀宰鸡,通体巨构,玻璃也逃到了结构之内(随之带来了一系列保温层和结构交接的问题)。在我看来,这有过度表达结构的嫌疑。

教室在下,体育馆在上。例子:Kerez的Leutschenbach学校

但在M&M这个案子里,基地下面有个大坑,原来是放储油罐的,很自然的会想到把体育馆做在这,但结构上就意味着大空间在下,小空间在上,增加技术难度。M&M可以选择上下全做大跨度结构,上面的教室可以自由布置,但M&M要坚持“结构和空间互动”的原则,一定要上面小空间结构,下面大空间结构。更严格的原则是“结构要限定空间”。

教室在上,体育馆在下。本案

【建筑与结构互动】

由于上面两条苛刻的原则,限定体育馆的两堵墙变成了上面仅有的支撑。上面的教室被一品品可以悬挑的墙所限定,这些墙贯穿4层,高15米,长40米,跨28米,挑12米。但由于采光井的存在,楼板要开洞;由于走廊的存在,墙要被通高打断。这些都增加了结构难度。但M&M和Juerg Conzett讨论了开洞的位置,以协调楼板里预应力钢筋微妙的通道,以及构件的平衡。最终通过“墙梁体系”实现了双方的构想。我们完全可以想象这其中建筑师和工程师的合作会密切到何种程度。

墙体的打断,不同难度结构解决方案对比

完整的墙和楼板

楼板开洞(采光井)

墙体断开(走廊)

外力分析

Structure as Space中的外力分析

墙体内力分析

墙体在建筑中位置

墙体尺寸

墙体拉压趋势

主要拉力走向即预应力钢筋位置

楼板内力分析

楼板位置

墙体在楼板上的投影

楼板配筋位置

【结构和建筑的独立工作】

在这之后,M&M要考虑建筑内外的氛围:这要通过材料,开窗尺寸去实现;接下来要考虑如何在建造上实现上述做法:外挂的混凝土饰面,夹在中间的保温层,窗框和保温的交接等等。而Conzett要考虑的问题是具体的混凝土标号,配筋的位置和尺寸,预应力钢筋的先张后张等等。

在墙体布置完成的瞬间,结构和建筑的工作其实就分开了。这之后当然还有当然还会尺寸上的协调以及伴随而来的各种反复,但“建筑方案设计”和“结构概念设计”上的互动就结束了。

【知识上在何处分开】

实现这种高水准的合作,无疑需要建筑结构双方都互懂对方的知识,但问题是懂到何处,如何确定知识分开的临界点?作为建筑学学生,我只能说清在结构的路上要走到何处:弄懂“结构的布置”离不开“构件间外力”,和“构件内力”的分析,这一切的最终目的是清楚力流走向,然后“设计力流”,和结构方面的思考方式挂钩。有了力流的走向就可以“划分构件”,比如做墙就知道预应力筋的走向,做桁架就可以知道拉压杆的布置。

在刚才所有描述结构的关键词中,没提到的恰恰是最常见的是“结构体系”:梁柱、拱、悬索,这些是“面向知识分类”的话语。而如果“面向解决问题”,需要的是知道力如何走,如何在力流上给材料。把这些总结成关键词就是“力流设计”和“构件划分”。

【力流设计与构件划分】

关于“力流设计”,在瑞士学校会有相关的建筑学课程,由工程师开设:ETH的研究生结构设计课1&2,由Joseph Schwartz主讲。USI的结构课5&6,由Monotti主讲。但值得注意的是这都是“设计课”,要“设计”,要“分析案例”;不是计算课,学简支梁配筋计算,或是砖柱的失稳验算。瑞士的系统好,但国内的建筑学结构教学也同样有所作为,比如华东高校的建筑系一直有着参加结构设计大赛的传统。

在这种教学体系下走出的瑞士明星建筑师,多半都有良好的结构素质:Miller,Kerez不胜枚举。但值得注意的是这种素质体现在从结构的角度修改建筑设计,而非与结构师有深度的共同语言。所以某种程度上讲,知道“实现同等荷载,木要比钢重量轻”,或者考一个结构二注并非瑞士明星建筑师的必须。

关于“构件划分”,至今并无任何课程可以打通这个关节,可能只能通过设计中的反复锤炼。

【建筑师的结构意识】

到头来,“力流设计”和“构件划分”是要解决如何设计结构的问题,这是建筑师的结构意识的重要组成部分。比如墙受弯的传统原理,在新的时代里,瑞士建筑师们用混凝土做了多次精彩的演绎。

墙受弯原理解释

Juerg Conzett 在 《Structure as Space》中对该原理的解释

该原理最简单的情况

案例一:墙的水平变形

原理层面的变形

实例:一墙之宅

相关文章:

案例二:墙的水平移动

原理层面的变形

实例:Voltra Schulhaus

案例三:墙的竖直移动

原理层面的变形

实例:Chur某办公楼

案例四:墙的空间移动

原理层面的变形

实例:Kerez自宅

结构意识另外一个重要方面是“表达”。诚实或者不诚实,这是建筑师的个人选择。诗意或者不诗意,这是建筑师的个人素养。说清楚这种极其个人化、案例化的事情,不是这篇短文的目的。


3条评论
vasquez 2017-06-10 20:21:17 回复 0

隔行如隔山,同行业的事更需要搭接一波

焰寳 2017-06-06 18:34:13 回复 0

可能水平跟不上,我觉得我听不懂,哦,看不懂

洛魂 2016-04-09 12:24:18 回复 0

不错不错

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作者:远古超萌武士

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