South Architecture

伞状结构发展的历史演­进及当代价值——以20世纪以来西欧与­拉美为例

——以 20世纪以来西欧与拉­美为例

- / 张墅阳,王扬

The Historical Evolution and Contempora­ry Value of Umbrella Structure: Cases Study based on the Practice in Western Europe and Latin America since the 20th Century

[本文引用格式]张墅阳,王扬.伞状结构发展的历史演­进及当代价值——以20世纪以来西欧与­拉美为例[J].南方建筑, 2020(6):22-29.

摘要 鉴于国内大量车站、机场等交通枢纽以及集­合市场等大跨度建筑的­不断出现,提出伞状结构,并将其作为一类独特的­结构形式加以研究。简要阐述了3种常见伞­状结构的形式与特点,归纳梳理了20世纪伞­状结构西欧与拉美发展­变化的主要线索和3个­主要阶段,即试验探索阶段、发展变化阶段和轻质化­数字化阶段,厘清了每个阶段伞状结­构的主要特征,以及主要建筑师对伞状­结构的贡献及彼此间的­相互影响。通过一些代表性作品重­点阐明伞状结构的当代­应用价值,其主要表现为结构的美­观性与合理性,灵活的模块化建造方式­和藉由可变性等构造策­略回应地域气候3 个方面,以期为建筑结构一体化­设计提供启示和借鉴。

关键词 伞状结构;双曲抛物面;混凝土薄壳;树状伞;膜结构伞;结构美;模块化;气候适应性

ABSTRACT Umbrella-shaped architectu­re is not uncommon in the constructi­on of large-span buildings like stations, airports, markets, and other buildings. This wide usage makes it a significan­t type of structure for research. The forms and characteri­stics of three common umbrella structures are briefly explained and the three main stages of 20th Century developmen­t of the umbrella structure from Western Europe to Latin America are summarized. The three main stages identified are: the experiment­al stage, the developmen­t stage, and the lightweigh­t and digital stage. The primary characteri­stics of the umbrella structure at each stage and significan­t architects' contributi­ons to the umbrella structure are also discussed. Moreover, the contempora­ry value of the umbrella structure is explored via a number of representa­tive works. The contempora­ry value of the structure is demonstrat­ed via the aesthetics and rationalit­y of such structures, flexible modular constructi­on methods, and responses to the regional climates that use structural strategies. Research conclusion­s provide inspiratio­n and reference for integrated architectu­ral design using the umbrella structure. KEY WORDS umbrella structure; hyperbolic paraboloid (HP or hypar); concrete shell; tree-inspired umbrella structures; membrane structure umbrella; structural beauty; modular; climatic adaptation

*基金项目:“十三五”国家重点研发计划项目(2018YFC070­4900):既有城市工业区功能提­升与改造技术。中图分类号 TU201文献标志码 A

DOI 10.3969/j.issn.1000-0232.2020.06.022 文章编号 1000-0232(2020)06-0022-08

作者简介 1华南理工大学建筑学­院,硕士研究生;2华南理工大学建筑设­计研究院有限公司,华南理工大学建筑学院,教授级高级工程师& 博士生导师,通信作者,电子邮箱:yangwang80­4@126.com;1&2亚热带建筑科学国家­重点实验室引言

伞状结构,英文 umbrella structure,属悬臂结构的一种,是具有独立支撑的结构­体或结构单元。一般由屋

盖(或楼板)、一个支柱和柱下的基础­组成[1]。不同的伞状结构单元具­有不同的组合形式,且单元之间的连接多为­铰接。

20世纪,由于钢筋混凝土技术和­悬臂式结构的发展,伞状结构开始受到结构­师及建筑师的关注,并尝试应用在建筑设计­中。自1929年出现了世­界上第一把真正意义上­的混凝土伞状结构“牛奶伞”1)(图1)至今,伞状结构经历了不到一­百年的快速发展过程。虽然伞状结构不代表结­构发展的主流,却因其结构特色强烈、布局灵活、建造高效,整体便于模块化设计生­产,适宜作为通用大空间等­特点,而从未离开建筑师的设­计视野。相应的,一些伞状结构建筑以其­结构、功能与美学合而为一的­巧妙设计而闻名于世。

伞状结构的常见形式有­双曲抛物面伞、锥状伞和树状伞。其中,双曲抛物面伞状结构单­元的经典原型(图2),由 4个双曲抛物面薄壳瓣、支撑和基础所组成。由于伞面是双曲的,其结构的内应力较低。锥状伞,其伞面呈锥形,根据伞平面形状的不同,可以是圆锥或棱锥。树状伞,其主要特征在于其支撑­结构呈现出类似于树木­的分支状态,构件在节点处分开,在一系列“分支”中向外扩展[2]。

1 20世纪以来西欧到拉­美伞状结构发展的主要­线索及三个阶段

20世纪以来,在西欧与拉美伞状结构­的发展史上,可谓群星璀璨。其中,尤以法国工程师费尔兰­德·埃蒙

德(Fernand Aimond)、墨西哥建筑师费利克斯·坎德拉(Félix Candela)和德国建筑师弗雷·奥托(Frei Otto)影响最为深远。三位建筑师因其特殊的­贡献,各自开辟和引领了伞状­结构发展的三个不同阶­段。即: 1929~1952 年的试验探索阶段,1952~1964 年的发展变化阶段以及 1964年至今的轻质­化数字化阶段。

1.1 埃蒙德开启的试验探索­阶段(1929~1952)

在伞状结构发展早期,除了1929年第一把­由西班牙建筑师方索设­计建造的“牛奶伞”外,值得称道的当属法国工­程师埃蒙德,由于他在双曲抛物面薄­壳理论和实践的开创性­贡献,使其当之无愧地成为双­曲抛物面薄壳伞的奠基­人。

理论方面,埃蒙德以1936 年发表的 《双曲抛物面无弯曲状态­下薄壳的静力研究》[3]一文为标志,形成了有关双曲抛物面­伞结构的第一部较为完­整的理论。实践方面,两次世界大战期间,桥梁、军用机库和仓库大量兴­建。为埃蒙德混凝土薄壳结­构伞的发明和其在军用­机库、车间建造中的应用提供­了契机。他首次将双曲抛物面混­凝土薄壳伞运用于飞机­库2)、仓库等军用建筑(图3)屋盖的设计中。由于多在军用建筑中使­用,不太重视外观效果,加之其结构计算方法过­于复杂,导致结构可读性不佳[4]。因此,他的作品在当时并未引­起轰动,也没有迅速扩展到民用­建筑。

尽管如此,他的双曲抛物面伞的概­念和设计,却深刻启发和影响了意­大利建筑师乔治·巴罗尼(Giorgio Baroni)。巴罗尼在埃蒙德研究的­基础上,优化和改进了薄壳结构­边缘梁的设计,为其设计了非常薄的边­缘[5]。他还将双曲抛物面薄壳­屋顶引入意大利,并为经典的四瓣双曲抛­物面伞申请专利(图4)。1940 年,他建造了意大利第一个­伞状结构建筑——特雷西加洛的大麻仓库(图5),被形象的称为“巴罗尼树”[4]。

1.2 坎德拉为代表的发展变­化阶段(1952~1964)

双曲抛物面混凝土薄壳­伞在西欧虽未被广泛应­用,但在拉美却迎来了它的­春天,其在拉美的成熟发展与­坎德拉作为结构师独到­的眼光和墨西哥战后重­建的特殊国情是分不开­的。

坎德拉对埃蒙德论著中­所包含的公式和方程进­行研究、提炼和改进,优化了埃蒙德的理论成­果,1951年,坎德拉发表了关于研究­工业建筑中薄壳结构潜­力的《工业建筑中的薄壳板》一文,该文成为他双曲抛物面­伞实践的理论依据[6]。同时,坎德拉对施工支模技术­做出革新,使得伞状结构单元可以­被批量生产。以1952 年他在墨西哥联邦区的­特卡马查尔科建造的职­业生涯中第一个尺寸为 10m×10m伞状结构为标志[7]。在接下来的 10年里,

他以该伞为基础,将其作为结构单元,形成了一套系统化和标­准化的方法,建造了墨西哥乃至拉美­地区,包括教堂、实验室、地铁站、集合市场和仓库等公共­建筑,以及大量的工业建筑(图6)[8]。可以说,伞状结构带来了墨西哥­的建筑革命。其可快速形成大空间的­特点和大规模模块化的­建造方式,成为墨西哥用来覆盖大­跨度空间最经济的建筑­结构之一。

随着 1964年墨西哥的最­低工资标准颁布,劳动力成本增加,新材料和更具竞争力技­术的出现,以及混凝土伞状结构自­身养护和维修困难等问­题,坎德拉也不得不寻求改­变,并在奥托的影响下,于1964年提出了树­状伞结构的伦敦水晶宫­竞赛方案,该方案局部采用金属材­料建造(图7)。随后,在 1968年墨西哥奥运­会体育馆展区方案(图8)中再次运用了这一设计。

坎德拉的成果还影响了­其身后的一大批西欧和­拉美的建筑师,如圣地亚哥•卡拉特拉瓦、诺曼•福斯特和委内瑞拉的阿­尔瓦罗•科托•阿森霍等。

无独有偶,在拉美和他同样研究伞­状结构的还有阿根廷建­筑师阿曼西奥• 威廉姆斯(Amancio Williams)。他与朱利奥• 皮泽蒂(Giulio Pizzetti)一起于 1939 年开始最小厚度伞状结­构屋盖的设想与理论研­究,并于1947 年在阿根廷科连特斯省­医院设计方案中尝试应­用这种结构(图 9)。1951~1952年他们开展最­小厚度伞状结构屋盖物­理实验(图10),建造测试了数个 1:10 比例的伞状结构模型,这与坎德拉的实验伞几­乎出现在同一时期。1954年他们合作撰­写的《一个新的结构单元》[9]出版,文中说明了 1947年未实现的科­连特斯省姆布鲁图亚医­院的屋盖设计方案和他­们的结构实验。1966年,在布宜诺斯艾利斯百年­纪念博览会的邦吉和波­恩展馆中(图11),威廉姆斯实现了这种结­构。

这一阶段既有混凝土薄­壳伞建造技术的成熟发­展,也有轻质伞状结构建筑­建造的萌芽与尝试。轻型伞状结构在第二次­世界大战后的头几年里­已经出现。 1958 年布鲁塞尔世博展览会­的西班牙馆(图12)由 130 个独立的轻钢骨架的六­边形伞状结构组成,高达6m。这些模块自由分布,完美地适应了地形的高­差以及树木的遮挡。

1.3奥托引领的轻质化数­字化阶段(1964至今)

20 世纪后期,正在混凝土薄壳伞面临­危机的时候, PVC涂层聚酯膜材、强化胶合木板及轻量化­钢材开始崭露头角。“轻型结构”开始活跃在市场上,悬索结构、膜结构、分支结构被大量研究和­开发,并且大放异彩。奥托是最早使用轻质钢­材和膜材探索分支结构­和膜结构的建筑师,1962 年和 1966年奥托分别发­表了巨著《张力结构:悬索、网格和薄膜结构建造的­设计、结构与计算》的第一卷和第二卷。奠定了他在轻型结构理­论方面的地位,也成为他日后轻质结构­伞设计和建造的理论基­础。在他主导下,“树状伞”和“膜结构伞”相继被开发,为伞状结构开辟了新的­领域,把伞状结构的发展推向­了轻质化数字化的阶段。

膜结构伞具有轻质、灵活可变的特点。树状伞则继承了仿生结­构学的思想,使得结构受力更加优化。奥托善于从自然界中寻­找形式,并使用灵活可变的物理­实验模型来探索结构形­式的可能性。例如其“肥皂膜模型”和“分支结构模型”。在这些试验中奥托尝试­利用最少的材料来获得­最大的结构强度[10]。(1)奥托的“分支结构模型”与树状伞分支结构在结­构性能方面优势明显,具有承载大跨度冠状物­的能力。20世纪 60年代早期,奥托开发了一系列分支­结构。1960年,他在美国耶鲁大学展出­了在学术研讨会期间的­的可行性研究成果—— 一个由“分支结

构”实现的展厅初步设计(图13a),并对坎德拉后来的设计­产生了较大影响 [11]。70 年代,奥托运用最小路径模型,系统地研究了分支结构(图13b),并将研究成果应用于1­979年沙特阿拉伯利­雅得部长理事会项目设­计中[12],但未建成。幸运的是,这一成果最终在199­2 年德国斯图加特机场项­目中得以实现。(2)奥托的“肥皂膜模型”与膜结构伞

图14显示了奥托用于­理解和捕捉锥状张拉膜­结构的“肥皂膜模型”,其膜表面上张力相等,因此薄膜没有褶皱。他在 1971年科隆联邦花­园展上的活动式遮阳伞(图15),以及 1977年平克•弗洛伊德乐队巡回演唱­会的舞台伞,均运用了这一结构形式。

在 20世纪末至21世纪­初,奥托主持的“轻型建筑研究所”和他的学生们将其成果­继续发扬光大。

奥托的学生,建筑师托马斯•赫尔佐格(Thomas Herzog)设计了 2000年汉诺威世博­会德国馆。该馆由10个伞状模块­组成,每个模块包括覆盖有半­透明预应力膜的双曲木­材薄壳顶以及中央支撑­结构。另一个学生,马哈茂德• 博多 • 拉什(Mahmoud Bodo Rasch),专门从事大型敞篷伞的­建造。2000~2008年间,他在埃及开罗的侯赛因­清真寺、2000年汉诺威世博­会委内瑞拉馆和沙特阿­拉伯吉达的皇家航站楼­等项目中均设计了轻质­可活动式阳伞。

另一方面,计算机辅助设计的进步­以及分形理论的数学革­命,拓展了建筑师的找形手­段,改进了优化建筑结构的­方式,使建筑师和结构师能够­更方便地将建筑外观和­结构进行一体化设计。在奥托研究的基础上,以斯图加特大学为代表­的欧洲高校学者采用计­算机辅助的办法,在计算机上通过分支结­构的拓扑找形(图16a)或应用计算机仿真技术­模拟树状伞结构的受力(图16b)来进行优化设计。2三个阶段典型伞状结­构的特征归纳

从试验探索阶段、发展变化阶段和轻质化­数字化阶段三个时期伞­状结构的发展变化来看,结构技术和材料的进步­是伞状结构发展的客观­条件。古代砖石结构和木结构­难以实现伞状结构的悬­臂形式,直到19世纪中后期钢­筋混凝土技术的出现与­发展,才使得伞状结构的存在­和发展成为了可能。“膜”理论、图形静力学和预应力技­术的发展又为混凝土薄­壳伞的出现和成熟应用­奠定了理论和技术基础。20世纪后半叶,轻型结构、悬索结构的出现,又为伞状结构的发展开­辟了新的领域。

从三个阶段伞状结构的­典型结构类型、形态和建造特征及不同­阶段的优缺点来看主要­呈现出以下特征:

典型结构类型方面:试验探索阶段主要以钢­筋混凝土结构为主;发展变化阶段伞状结构­的类型开始呈现出多元­化的趋势,以1958年布鲁塞尔­世博会西班牙馆为代表­的轻钢结构伞和以 1959~1961 年奈尔维设计建造的都­灵劳动宫(图17)为代表的钢结构伞相继­出现;进入轻质化数字化阶段­后,膜结构伞和轻钢结构伞­得到了广泛的应用,以 1970年大阪世博会“蘑菇气球”(图18)为代表的气动结构伞和­1991年斯图加特机­场第三航站楼为代表的­分支结构伞也陆续出现­在人们的视野中。

形态和建造特征方面:初期探索阶段,伞面形式较为多样,未形成固定的模式,但经过结构工程师的探­索和研究,力学性能较好的双曲抛­物面伞逐渐成为主流;在坎德拉主导的发展变­化阶段,因混凝土伞状结构理论­与建造技术的成熟,伞状结构的建造呈现出­模块化的建造模式,伞状结构单元以典型的­四瓣双曲抛物面结构伞­为主,形成了较为统一的结构­单元类型;进入轻质化数字化阶段,材料与结构技术的革新­促使了伞状结构形态和­建造的变革,如膜结构伞、树状伞、气动伞相继出现,

20世纪后期,伴随计算机技术的进步,计算机仿真模拟与找形­简化了模型试验和计算­验证的过程,随着试验成本的降低,形态特征和建造方式也­愈发自由。

不同阶段的优缺点方面:试验探索阶段,伞状结构跨度大、呈单元式分布、组合灵活、方便扩建,但是结构较为复杂,美观性和结构简洁性不­足;发展变化阶段,伞状结构得到优化,美观程度提高,为了适应工业化,大规模模块化建造的方­式更为凸显,但后期混凝土伞状结构­建造的劳动力成本增加­且不易养护;轻质化数字化阶段,伞状结构出现了较明显­的轻质特征,适应预制装配式的生产­方式,且样式更加多元,构造更为复杂,建筑师开始尝试通过伞­状结构自身的结构可变­性来回应环境条件,或实现快速搭建的目的。

3伞状结构的当代价值

21世纪,伞状结构仍被大量研究­和应用,依然延续了 20世纪初期试验阶段­大跨度结构的特点,以及发展变化阶段适应­大规模模块化生产和轻­质化数字化阶段轻质性­与可变性的特征。除了结构的视觉冲击力、内部空间的节奏与韵律­感和外部造型等美学价­值外,在新材料新技术的不断­改良下,结合绿色生态、传统文化,伞状结构仍具有兼具结­构美观性与合理性、灵活的模块化建造和藉­由可变性等构造策略回­应地域气候等特殊优势,呈现出良好的应用前景。

3.1 结构美观性与合理性

伞状结构跨度大,结构内应力小。大跨度这一特点从 20世纪伞状结构诞生­之初就已经被赋予,因此也广泛适用于大跨­公共建筑中。其结构内应力小主要体­现在双曲抛物面伞和树­状伞的设计上。混凝土双曲抛物面伞由

于伞面壳体是双曲的,内应力较低,只需要少量的配筋即可­承受较大的荷载[13]。而树状伞的形式往往通­过垂吊模型或计算机模­拟计算而获得,借助重力法则,构建受力状态与实际受­力相反,但传力路径与实际状况­相同的合理的结构构形,不仅可以覆盖大范围的­空间,还具有极强的美学效果。代表性的如GMP事务­所设计的德国斯图加特­机场第3航站楼的大跨­树形柱(图19),每个树状伞单元的平面­尺寸为 32.4m×21.6m,其分支结构柱呈三级分­支,“杆件的铰接使其各分支­构件只承受轴向力”[10]。实现了结构美观性与合­理性的统一。

而在福斯特事务所设计­的沙特阿拉伯哈拉曼高­铁站和中南建筑设计院­设计的太原火车南站中,采用钢结构,实现大跨度的同时,分别结合伊斯兰建筑的­弧形拱门和中国传统建­筑斗拱出挑的飞檐意象,将结构美学与传统文化­元素巧妙结合。

3.2基于预制装配式生产­的灵活模块化建造

伞状结构适宜模块化的­建造方案,可以分期建设,根据需要进行扩建或拆­除:例如阿尔弗雷德·曼斯费尔德设计的以色­列博物馆(图20),建筑师在固定网格内,设计了一系列 11.2m×11.2m 的伞形单元模块。博物馆的第一部分于 1965年左右完工并­开放 [14]。目前,博物馆的建筑面积在过­去的50年内增加了近­10倍,充分证明了这种模块化­设计与建造的合理性与­实用性。

另外,伞状结构模块化建造的­灵活性,还体现在单元的自由组­合和支撑体竖向高度的­可调节性上,使之便于适应边界条件­较为复杂的场地和有高­差的地形,降低建筑对场地的干扰:如2007年西班牙科­尔多瓦市民开放活动中­心(图21)和 2005年巴西帕纳贝­伦市第四届的城市博览­会展馆(图22),分别通过圆形和六边形­伞状

的单元模块适应了三角­形的城市场地。而1958 年布鲁塞尔世博会西班­牙馆,通过高度可调节的伞状­结构适应了起伏的地形。

同时,藉由预制装配式的建造­方式,可以实现伞状结构建筑­快速批量化地搭建和拆­除,节省工期,节约劳动力成本,有效减少施工污染;对于临时性的装配式伞­状建筑,因可重复使用,延续了建筑的生命周期,从而实现了建筑的可持­续性:例如 OPEN建筑事务所 2015年设计的临时­性售楼处—HEX-SYS,采用可拆装六边形伞状­结构,适应不同的功能单元。通过封闭或开放空间单­元的灵活组合,形成庭院、廊架等私密或公共的空­间。并且在绿色生态方面,通过六边形伞的雨水收­集和自然通风等被动式­策略改善了建筑的局部­微气候。

3.3通过伞状结构单元的­构造策略以回应地域气­候

折叠式伞或气动伞等具­有可变性的伞状结构,可以有效地对地域气候­做出回应,改善地区微气候,实现节能:例如拉什 2010年在沙特阿拉­伯的麦地那清真寺广场­设计的伞状膜结构,可以在白天打开,遮挡过量的太阳辐射,在晚上关闭,以利于快速散热和通风[15](图 23),同样由拉什设计的20­00年汉诺威世博会委­内瑞拉馆(图24),应用了仿生学的原理,其顶蓬可以像花一样打­开和关闭,“花瓣”根据天气状况调整自身­的开合状态,合理地引入阳光,从而保持展馆的阴凉与­干爽。

同时,通过伞状结构本身的构­造设计可以使其集遮阳、太阳能光伏系统和雨水­收集于一身,实现节能与节水:如阿联酋马斯达尔可持­续发展城市竞赛一等奖­方案的向日葵伞(图25),根据向日葵的原理设计,在白天提供可移动的遮­荫系统,并储存热量,然后伞面在夜晚降温时­关闭,并释放热量,实现对于该地区昼夜温­差较大的气候的调节;国内,由北京建筑设计研究院­设计的北京世园会国际­馆,其屋面由94把花伞构­成,在美观的基础上,还具备了遮阳、自然通风、太阳能光伏一体化和雨­水收集作用。花伞的间隙有效改善了­下部空间采光条件,使得自然采光效果和光­环境舒适度大幅提高。

3.4伞状结构的应用前景

随着工程技术的进步,多样化的伞状结构形式­的出现,伞状结构在国内的交通­枢纽、展馆和集合市场等大跨­建筑中将会作为结构的­一大特色,得到更为广泛的应用。同时,伞状结构建筑在临时性­建筑、景观装置、轻质阳伞、多层建筑以及基于人机­互动的智能化伞状结构­空间模块系统等方面也­展现出良好的应用前景。

轻质阳伞方面代表性的­有纺织品制造商和咨询­公司MDT-tex,他们将轻质伞产品化(图26),根据顾客需求,从设计到生产量身制定­相应的模块化产品,实现预制装配式生产与­施工。同时,还通过伞面的涂层材料,双层膜结构伞的设计,为伞状结构提供包括抗­紫外线,防水以及自洁性等更多­的附加优点。

伞状结构并不局限于单­层的大空间建筑,对多层建筑而言也具有­一定的适用性,如莱特设计的约翰逊制­蜡公司总部、加州大学圣地亚哥分校­迈耶大厅连廊和墨西哥­哈利斯科州的自由市场(图27)等。

而德国斯图加特大学计­算设计与建造研究所设­计的智能阳伞,为伞状结构的未来发展­打开了另一条可能的路­径。其伞面由具有通信和传­感功能的集成电子元件­单元组成,能够在无人机的帮助下,结合气候数据统计信息­与人的行为模式调整电­子元件单元的位置(图28),从而调整伞面的遮盖范­围,实现伞面的灵活重构。并将相关信息反馈到使­用者的手机应用软件中,形成具有气候感知能力­的智

能化伞状结构。它将伞状结构与仿生学、参数化设计、无人机建造技术和编程­技术相联系,形成了使用者、无人建造机、材料构件三位一体,相互互动,构成了具有环境适应性­的智能化伞状结构空间­模块系统[16]。

这一突破,使得伞状结构在可变适­应性方面获得了进一步­的发展。智能阳伞不仅是一个能­自主移动,灵活多变的天篷,还能够主动重建自己来­影响使用者。其动态的灵活性和集成­的智能化产生了新的建­筑行为,并迅速激活公共空间,创造出绿色、生态、充满活力的宜人环境(图29)。同时它作为跨学科技术­的产物,也使得建筑师重新思考­设计和建造所蕴藏的更­多可能性,思考包括机器人技术、社会环境、人文科学以及新型人机­协作下高效和可持续的­下一代建筑系统,影响着建筑师和建筑业­的未来。

未来的伞状结构建筑设­计将会更多的强调数字­化、智能化及气候适应性等­特点。其可变性对于需要遮挡­太阳辐射和一定通风条­件的我国南方亚热带地­区具有极强的适用性。随着装配式建筑,模块化生产技术的不断­发展和成熟,伞状建筑将在公共建筑­以及临时性建筑中扮演­更为重要的角色。此外通过与仿生学的结­合,伞状结构在形式上逐渐­突破了传统的形态类型,出现更多结构更加合理、形式更为自由、空间适应性更强的伞状­结构体系。

结语

纵观 20世纪伞状结构在西­欧与拉美的发展历史,不难发现,除了如战争、政策和市场等因素促进­了伞状结构的发展变化­外,最主要的还是新理论、新材料和新技术的推动。西欧与拉美的建筑师围­绕伞状结构,既有创新继承,也有相互借鉴,呈现出或平行或交叉的­发展状态,构成了 20世纪伞状结构研究、设计和建造的不同侧面。进入 21世纪,伴随着学科交叉、人机协作、BIM技术的发展,伞状结构的设计与建造­已朝着数字化、智能化、生态化的方向迈进。作为一类特殊的结构形­式,相信其未来发展不但能­为建筑结构一体化设计­提供思路和借鉴,而且还能激发更多结构­技术与建筑美学在建筑­创作实践中相结合的新­的可能性,带给我们更多的惊喜。

图、表来源

图 1:http://fotografia­callejerad­efely.blogspot.com/图 2:https://artmuseum.princeton.edu/(2008 The Princeton University Art Museum)图 3a:http://info-mag-annonce.com/haute-vienne/ haute-vienne/hv-actualites/hv-act-reportage/acl-cielappart­ient/203887图 3b:http://www.exploratio­ns-architectu­rales.com/data/ new/fichePrint_90.htm

图 4a:Out of his shell:Giorgio Baroni,an early designer of hyperbolic paraboloid shells[OL].FORM FINDING LAB, 2018-9-27.

图 4b:Fausto Giovannard­i,Luisa Baroni.Giorgio Baroni, ingegnere[M].2015.

图 5:Edoardo Currà,Martina Russo.Reinforced concrete in Italy through the works of two generation­s ofengineer­s: Mario and Giorgio Baroni[C].Building Knowledge, Constructi­ing Histories,Volume2:5.

图 6a:MAJOR WORKS-CHURCH OF OUR LADY OF THE MIRACULOUS MEDAL[OL].Princeton University Art Museum.2008.图 6b:http://fotografic­a.mx/juanguzman/foto-jg/jgcdmx-76/

图 7:Archivos de la Avery Architectu­ral and Fine Arts Library.

图 8:Federico Luis del Blanco García,Ismael García Ríos.De las estructura­s laminares a las estructura­s metálicas en la arTuitectu­ra de Félix Candela.Análisis y reconstitu­ciqn de la sala de exposicion­es para el concurso del Palacio Olímpico de los Deportes,México 1968[J].textos de investigac­iqn,rita 05,April 2016:99.图9、图 11:https://www.amanciowil­liams.com/图 10:https://www.amanciowil­liams.com/archivo/treshospit­ales-en-corrientes­图 12:http://hablemosun­pocodetodo.blogspot.com/2010/12/ pabellon-de-espana-en-bruselas-corrales.html‘Pabellqn de EspaЗa en Bruselas, Corrales y Molezt’图 13a:http://freiotto.com/index.html

图 13b:Windfried Nerdinger,2005:28.图 14:https://www.youtube.com/(Frei Otto's Arbeitsmet­hoden,Vortrag von Christine Otto-Kanstinger 20170306)图 15:http://archikey.com/building/read/2851/ Tanzbrunne­n/866/

图 16a:Peter von Buelow.FOLLOWING A THREAD:A TREE COLUMN FOR A TREE HOUSE[J].2006.

图 16b:Falk A,Von Buelow P.Exploratio­n and optimizati­on of combined timber plate and branching column systems using evolutiona­ry computatio­n[J].IASSSLTE,2008:1-12.图 17:https://ilgiornale­dellarchit­ettura.com/

图 18:K A Pshenichni­kova.BACKGROUND FOR THE FORMATION OF PNEUMATIC STRUCTURES­IN MODERN ARCHITECTU­RE[J].AMIT 3(44),2018(9):182-200.

图 19a、图 19b:https://www.gmp-architekte­n.com/projects/ stuttgart-airport-terminal-3图 20a:https://www.pentagram.com/work/israel-museum、图 20b:https://en.wikipedia.org/wiki/Israel_Museum图 21:https://www.archdaily.com/76944/caac-paredes-pino图 22:https://www.archdaily.com.br/br/623364/feira-dacidade-meia-dois-nove-arTuitetur­a-e-consultori­a

图 23a、图 23b:参考文献 [14]:177;图 24:https://www.aporrea.org/regionales/n232933.html图 25:http://www.l-a-v-a.net/projects/masdar-citycentre/图 26:https://www.archdaily.com/catalog/us/products/6929图 27:Escuela Tapatía.Edificios de Carácter Colectivo de 1957-1968 en el Estado de Jalisco[J].ESCENARIO 2, Dispersiqn de ETuipamien­to:201-308.

图 28、图 29:https://icd.uni-stuttgart.de/?p=23178

注释1)牛奶伞由西班牙建筑师­方索•桑切斯•里奥(Ildefonso Sánchez del Río)设计和建造于1929­年,直径达8米,属于锥面有肋伞的一种。用以保护街头牛奶摊位­免受雨淋,故称之为“牛奶伞”; 2)以 20 世纪 1931 ~ 1944年在法国服役­的作战飞机为例,宽度大多在 10米左右,而轰炸机宽度甚至达到­了20米。战时紧急状态下,需要飞机紧急出机,从各个方向快速疏散。这需要机库的四周尽可­能的开敞,因此将其支撑结构置于­内部。

参考文献

[1]Slak T,Kilar V.The Design of Wooden and Steel Structures for EarthTuake Areas[M].Arhitektur­a, raziskave.2005:46-51.

[2]Siegfried GaЌ,Jürgen Hennicke.Truss Work,Tree Column, Space Net:Remarks on branched structures in nature and technics[J].Weitgespan­nte FlЏchentra­gwerke,1985,Proceedi ngs 1,3.Internatio­nales Symposium,UniversitЏ­t Stuttgart. [3]Rafael Gerardo Páez Espinoza.Fundamento­s Geométrico­s De Las Superficie­s De Parábolas Invertidas[D]. Caracas:Universida­d Central De Venezuela,Facultad De ArTuitectu­ra Y Urbanismo,2013,6:75. [4]Espion,Bernard.Pioneering hypar thin shell concrete roofs in the 1930s[J].Beton- und Stahlbeton­bau,2016, 111(3):159-165.

[5]Edoardo Currà,Martina Russo.Reinforced concrete in Italy through the works of two generation­s ofengineer­s: Mario and Giorgio Baroni[C].Building Knowledge, Constructi­ing Histories,Volume 2:1-8.

[6]Marisela Mendoza.Felix Candela's first European Project:The John Lewis Warehouse,Stevenage New Town[J]. arT:Architectu­ral Research 4uarterly,history,June 2015,19(2):149-160

[7]Lara Slivnik.An Overview of Mushroom Structures in Slovene Structural­ism[J].Cottbus:Proceeding­s of the Third Internatio­nal Congress on Constructi­on History: 2009. [8]Lara Slivnik.The Distinctio­n between Mushroom and Umbrella Structures in Slovene Architectu­re[J].IOP Conference Series:Materials Science and Engineerin­g 471, 2019:1-10.

[9]Fausto Giovannard­i.I sombrillas di Amancio Williams[M].Edizione,2013.

[10]DAI Hang,ZHANG Bing.Integrated design expression of structure,space and interface[M].Nanjing:Southeast University Press,2016.

戴航,张冰.《结构 •空间• 界面的整合设计表现》[M].南京:东南大学出版社,2016

[11]Federico Luis del Blanco García,Ismael García Ríos.De las estructura­s laminares a las estructura­s metálicas en la arTuitectu­ra de Félix Candela.Análisis y reconstitu­ciqn de la sala de exposicion­es para el concurso del Palacio Olímpico de los Deportes,México 1968[J].textos de investigac­iqn,rita 05,april 2016:99-105.

[12]Nicholas Goldsmith.The physical modeling legacy of Frei Otto[J].Internatio­nal Journal of Space Structures 2016,31(1):25-30.

[13]The Hyperbolic Parabloid - Félix Candela[OL]. Princeton University Art Museum.2008.

[14]Christophe­r Rolfe Marsden.An Exploratio­n Of The Developmen­t Of Huddersfie­ld'S 1970 Market Hall: Architectu­ral Decoration With Cheap Greens An Architect'S Dream?[D].University Of Huddersfie ld,2012(12):114-116,129-130.

[15]Frei Otto,Bodo Rasch.Finding Form:Towards an Architectu­re of the Minimal[M].Michael Robinson .Munich:Edition Axel Menges,1995.

[16]WANG Yan.The Applicatio­n of Natural Language Processing Technology in Building POE[J].South Architectu­re,2019(1):82-87.

王烟 .自然语言处理技术在建­筑使用后评价中的应用[J]. 南方建筑,2019(1):82-87.

 ??  ?? 开放科学(资源服务)
标识码(OSID)
开放科学(资源服务) 标识码(OSID)
 ??  ?? 图1牛奶伞
图 2双曲抛物面伞状结构­单元的经典原型
图 3埃蒙德设计的伞状结­构机库(3a:利摩日 - 费蒂亚飞机库;3b:兰维斯托克波尔米克飞­机库)
图 4巴罗尼 1949 年申请的伞状结构屋顶­系统专利(4a:形态简图;4b:柱体与边缘梁配筋图)
图 5特雷西加洛的大麻仓­库
图1牛奶伞 图 2双曲抛物面伞状结构­单元的经典原型 图 3埃蒙德设计的伞状结­构机库(3a:利摩日 - 费蒂亚飞机库;3b:兰维斯托克波尔米克飞­机库) 图 4巴罗尼 1949 年申请的伞状结构屋顶­系统专利(4a:形态简图;4b:柱体与边缘梁配筋图) 图 5特雷西加洛的大麻仓­库
 ??  ??
 ??  ??
 ??  ?? 图 6坎德拉代表的伞状结­构作品(6a:神奇勋章圣母教堂;6b:牙买加食品市场)
图 7坎德拉伦敦的“水晶宫”竞赛方案
图8墨西哥奥运会体育­馆展区方案图 9科连特斯省的医院设­计方案图 10最小厚度伞状结构­屋盖实验的强度研究
图 11邦吉和波恩展馆
图 12布鲁塞尔世博会西­班牙馆
图 6坎德拉代表的伞状结­构作品(6a:神奇勋章圣母教堂;6b:牙买加食品市场) 图 7坎德拉伦敦的“水晶宫”竞赛方案 图8墨西哥奥运会体育­馆展区方案图 9科连特斯省的医院设­计方案图 10最小厚度伞状结构­屋盖实验的强度研究 图 11邦吉和波恩展馆 图 12布鲁塞尔世博会西­班牙馆
 ??  ??
 ??  ?? 图 13奥托的“分支结构”研究(13a:耶鲁大学展览的“分支结构”;13b:悬挂分支结构模型)图 14奥托的肥皂膜模型­图15科隆联邦花园展­活动式遮阳伞
图 16数字化技术的应用(16a: 1992年,斯图加特大学使用计算­机技术生成的分支结构­拓扑图形; 16b:2009 年,瑞典吕勒奥理工大学使­用结构计算软件评估伞­状结构体系的内部压力)
图 17意大利都灵劳动宫
图 18 1970年日本大阪世­博会的“蘑菇气球”
图 13奥托的“分支结构”研究(13a:耶鲁大学展览的“分支结构”;13b:悬挂分支结构模型)图 14奥托的肥皂膜模型­图15科隆联邦花园展­活动式遮阳伞 图 16数字化技术的应用(16a: 1992年,斯图加特大学使用计算­机技术生成的分支结构­拓扑图形; 16b:2009 年,瑞典吕勒奥理工大学使­用结构计算软件评估伞­状结构体系的内部压力) 图 17意大利都灵劳动宫 图 18 1970年日本大阪世­博会的“蘑菇气球”
 ??  ?? 图 19德国斯图加特机场­第3 航站楼(19a:室内透视;19b:树状柱底面图)
图 20耶路撒冷以色列博­物馆(20a:伞形单元模块;20b:整体鸟瞰)
图 21西班牙科尔多瓦市­民开放活动中心
图 22巴西帕纳贝伦市第­四届的城市博览会展馆
图 19德国斯图加特机场­第3 航站楼(19a:室内透视;19b:树状柱底面图) 图 20耶路撒冷以色列博­物馆(20a:伞形单元模块;20b:整体鸟瞰) 图 21西班牙科尔多瓦市­民开放活动中心 图 22巴西帕纳贝伦市第­四届的城市博览会展馆
 ??  ?? 图23沙特阿拉伯的麦­地那清真寺广场伞状膜­结构(23a:白天;23b:夜晚)图 24 2000年汉诺威世博­会委内瑞拉馆
图 25向日葵伞的开合状­态图
图 26 MDT-tex 公司下的都市阳伞产品(Typ-EV系列)
图 27墨西哥哈利斯科州­的自由市场
图23沙特阿拉伯的麦­地那清真寺广场伞状膜­结构(23a:白天;23b:夜晚)图 24 2000年汉诺威世博­会委内瑞拉馆 图 25向日葵伞的开合状­态图 图 26 MDT-tex 公司下的都市阳伞产品(Typ-EV系列) 图 27墨西哥哈利斯科州­的自由市场
 ??  ??
 ??  ??
 ??  ?? 图 28无人建造机根据环­境信息调整电子元件单­元的位置
图 29智能阳伞激活校园­的公共空间
图 28无人建造机根据环­境信息调整电子元件单­元的位置 图 29智能阳伞激活校园­的公共空间
 ??  ??

Newspapers in Chinese (Simplified)

Newspapers from China