淺析日本代代木體育館建筑結(jié)構(gòu)

1、淺析日本代代木體育館建筑結(jié)構(gòu)摘要本文簡(jiǎn)要回顧了日本代代木體育館時(shí)代背景、創(chuàng)作理念及概況，重點(diǎn)討論了代代木體育館結(jié)構(gòu)形式的優(yōu)勢(shì)和特點(diǎn)，以及建筑結(jié)構(gòu)和建筑造型的完美結(jié)合。關(guān)鍵詞 代代木體育館 建筑造型 建筑結(jié)構(gòu) 代代木體育館是亞洲第一位普利茲克建筑獎(jiǎng)得主、日本建筑師丹下健三的作品。它是丹下健三結(jié)構(gòu)表現(xiàn)主義時(shí)期的頂峰之作，具有原始的想像力，達(dá)到了材料、功能、結(jié)構(gòu)、比例乃至歷史觀的高度統(tǒng)一，被稱為20世紀(jì)世界最美的建筑之一。日本現(xiàn)代建筑甚至以此為界，劃分為前后兩個(gè)歷史時(shí)期。1 時(shí)代背景1964年，日本獲得東京奧運(yùn)會(huì)舉辦權(quán)，日本政府決定借舉辦奧運(yùn)會(huì)之機(jī)讓大家重新認(rèn)識(shí)日本。和所有奧運(yùn)會(huì)的主辦國(guó)一樣，日本舉

2、國(guó)為之歡欣鼓舞。因?yàn)檫@是奧林匹克第一次在非西方國(guó)家舉辦，如何在奧運(yùn)建筑的設(shè)計(jì)上體現(xiàn)東方精神就成了大家關(guān)注的焦點(diǎn)。丹下健三作為當(dāng)時(shí)日本最有實(shí)力地建筑大師，他眾望所歸的被委托設(shè)計(jì)第18屆奧運(yùn)會(huì)的主場(chǎng)代代木體育館。20世紀(jì)60年代，建筑界新的思潮風(fēng)起云涌，現(xiàn)代主義、后現(xiàn)代主義的呼聲非常強(qiáng)烈。對(duì)于丹下來(lái)說(shuō)，一個(gè)大的的轉(zhuǎn)機(jī)是從1960年前后逐漸開(kāi)始的，在研究新的工業(yè)化社會(huì)將給日本帶來(lái)什么的時(shí)候，他發(fā)現(xiàn)建筑環(huán)境和城市環(huán)境都開(kāi)始急劇地變化，在這個(gè)時(shí)候，丹下考慮的是建筑如何與之適應(yīng)。代代木體育館鎖定在丹下提出的“都市軸”高速環(huán)狀的交通網(wǎng)上。代代木體育館為亞洲第一個(gè)奧運(yùn)場(chǎng)館，注定了其為承前啟后的建筑，既要彰顯日

3、本傳統(tǒng)的建筑風(fēng)格，又要展現(xiàn)日本新的建筑理念。2 創(chuàng)作理念丹下認(rèn)為：“雖然建筑的形態(tài)、空間及外觀要符合必要的邏輯性，但建筑還應(yīng)該蘊(yùn)涵直指人心的力量。這一時(shí)代所謂的創(chuàng)造力就是將科技與人性完美結(jié)合。而傳統(tǒng)元素在建筑設(shè)計(jì)中擔(dān)任的角色應(yīng)該像化學(xué)反應(yīng)中的催化劑，它能加速反應(yīng)，卻在最終的結(jié)果里不見(jiàn)蹤影”1這一最基本的理念便是丹下在建筑實(shí)踐中始終堅(jiān)持的信條。代代木體育館是當(dāng)代仿生建筑的杰出代表，這一個(gè)由瞬間的海浪漩渦而引發(fā)靈感的設(shè)計(jì)，其類似海螺的獨(dú)特造型給人很強(qiáng)的視覺(jué)沖擊。建筑由兩座場(chǎng)館組成，大的橢圓形為游泳館，小的圓形為籃球館。兩座館都用懸鏈形的鋼屋面懸掛在混凝土梁構(gòu)成的角上，狀似蝸牛。建筑采用懸索結(jié)構(gòu)，用

4、數(shù)根自然下垂的鋼索牽引主體結(jié)構(gòu)的各個(gè)部位，從而托起了這座總面積達(dá)兩萬(wàn)多平米的超大型建筑，成為建筑藝術(shù)的經(jīng)典作品。這種大膽而新穎的結(jié)構(gòu)形式，在當(dāng)時(shí)很罕見(jiàn)，因而建成后引起了不小的轟動(dòng)。3 概況分析 整個(gè)代代木占地91公頃，由一個(gè)主館（游泳館）和一個(gè)附館（籃球館）及辦公與輔助設(shè)施組成。主館建筑面積25396， 15000座席，其跨度126m×120m，2是用于游泳與跳水比賽的，結(jié)上冰又可以進(jìn)行滑冰比賽，游泳池還有一個(gè)隱藏起來(lái)的活動(dòng)蓋子，蓋上蓋子，可以在上面舉行柔道之類的比賽。它的平面是由。兩個(gè)月牙凹口對(duì)四口疊在一起組成的，形成一個(gè)圓形的觀眾席和當(dāng)中的游泳池，圓形的兩端伸出兩個(gè)方向

5、相反的尖角，那里正好是寬闊的觀眾出入口。屋頂采用懸索結(jié)構(gòu)，這樣，在外觀上整個(gè)屋頂就是個(gè)兩瓣的貝殼了。附館在主館的西南面，建筑面積5591 ，可以容納4000名觀眾。用于舉行籃球或拳擊比賽。它是個(gè)直徑70米的圓，它的入口也突出在圓的外面。據(jù)說(shuō)，從它的室內(nèi)看這個(gè)扭曲得厲害的屋面，似乎有些像一個(gè)正在發(fā)力的運(yùn)動(dòng)員的身體姿態(tài)。主附館是通過(guò)地下部分取得聯(lián)系的。附屬建筑面積3217 ，包括管理用房、餐廳、辦公室、公共輔助設(shè)施及運(yùn)動(dòng)員的練習(xí)場(chǎng)地和一個(gè)50×12m的室內(nèi)游泳池，中間的空地形成中心廣場(chǎng)。4 結(jié)構(gòu)選擇代代木體育館采用高張力纜索為主體的懸索屋頂結(jié)構(gòu)，創(chuàng)造出帶有緊張感和靈動(dòng)感的大型內(nèi)部空間。其

6、特異的外部形狀加之裝飾性的表現(xiàn)，可以追溯到作為日本古代原型的神社形式和豎穴式住居，具有原始的想像力。4.1 主館主館的屋面結(jié)構(gòu)是利用一對(duì)主鋼索在主結(jié)構(gòu)兩根塔柱之間進(jìn)行張拉的懸索橋狀的中央結(jié)構(gòu)，并利用此結(jié)構(gòu)與看臺(tái)后端之間懸掛的懸吊構(gòu)件組成曲面結(jié)構(gòu)。這兩根主鋼索在跨中以紡錘狀展開(kāi)，形成了自然采光和人工照明的空間。各主索分別由37根直徑為52mm和直徑為34.5mm的鋼絞線組成。主索的兩端錨固在混凝土中。屋面懸吊構(gòu)件為截面工字型的鋼構(gòu)件，存在彎曲剛度，是半剛性懸掛結(jié)構(gòu)。3選用本結(jié)構(gòu)體系，主要目的是為了結(jié)構(gòu)的合理性。此結(jié)構(gòu)作為張拉結(jié)構(gòu)擁有支撐屋面荷載的能力、對(duì)不均勻荷載有補(bǔ)強(qiáng)加勁功能、創(chuàng)造出建筑上非常

7、合理的曲面形式等三方面作用。另外，考慮到造價(jià)、工期、地基以及縮小空間容量，產(chǎn)生良好的音響效果等方面，最終采用張拉結(jié)構(gòu)。主館的結(jié)構(gòu)是由以下三個(gè)系列組成的：（1）主索和看臺(tái)外圍之間構(gòu)成懸吊曲面；（2）利用主鋼索、塔柱、錨固塊和抗壓構(gòu)件形成類似懸索橋的平衡體系，成為支撐屋面主荷載的中心結(jié)構(gòu)；（3）屋面張拉和看臺(tái)重量的平衡而形成外圍結(jié)構(gòu)。工程規(guī)模：主跨度為126m,橫向索跨度為44m,橫截面最大跨度為120m,主索最高點(diǎn)為地上27.523m,主索的中央撓度為9.653m。3在側(cè)跨內(nèi)主索接近平行線，主跨度內(nèi)為了得到頂部采光和人工照明用的空間，采用紡錘形展開(kāi)。這種屋頂形式在屋脊所有邊上產(chǎn)生的拉力與纜索之間

8、的上空形成了一條寬闊裂縫。丹下為了削弱裂縫感，設(shè)計(jì)成建筑天窗，日光通過(guò)這一系列天窗深入體育館室內(nèi)。在主體結(jié)構(gòu)的兩端，則通過(guò)延伸部分屋頂一直到纜索地面的基礎(chǔ)來(lái)創(chuàng)造大方、美觀的入口；同時(shí)，屋脊所形成的開(kāi)口裂縫及其上的天窗部件在高塔柱處完全結(jié)束。屋面板為4.5mm厚的鋼板，安裝在懸吊鋼構(gòu)件間設(shè)置的間距為1.5m的輕型鋼檁條上。4.2 附館附館位于基地正西面，并采用與游泳館同樣的結(jié)構(gòu)原則，但它所完成的工作形式與游泳館有很大差別。小體育館的屋頂從一根位于東面觀眾席后方、單獨(dú)的混凝土高塔柱上成褶皺狀懸掛。塔柱支撐著一根主要的懸掛構(gòu)件呈螺旋狀向下，一直延伸到地面錨固；這根懸掛構(gòu)件準(zhǔn)確軌跡的確定是通過(guò)一個(gè)旋轉(zhuǎn)

9、的以塔柱為原點(diǎn)投射的鋼桿陣列。小體育館屋頂張拉構(gòu)件通過(guò)這根主索懸掛，并沿舉起的混凝土基礎(chǔ)外邊緣以有秩序的間隔插入。籃球館的內(nèi)部空間則通過(guò)木材色調(diào)帶給人溫暖感，但內(nèi)部空間占主導(dǎo)性的是其反向漏斗形態(tài)，這種空間形式似乎是用一種漩渦運(yùn)動(dòng)向上拉升空間，直至天窗得以釋放，天窗連續(xù)地位于塔柱和主索之間。從結(jié)構(gòu)角度看，這兩座體育館用支索替代屋頂剛性構(gòu)件是一種妥協(xié)和折中的辦法，需要靠屋頂不充分的曲面形式予以補(bǔ)償，不充分曲面在屋頂?shù)姆纸缣幪貏e明顯。因此有人指出，這兩座體育館的所有結(jié)構(gòu)是半剛性結(jié)構(gòu)而不是純粹的張力形式；當(dāng)然，在這里對(duì)純粹性的不滿必須向建筑表現(xiàn)力讓步。兩座體育館驚人的美麗并在各個(gè)部分都富于表現(xiàn)力。這兩

10、座體育館所有主要的連接構(gòu)件都被清楚地設(shè)計(jì)、表達(dá)。此外，所有的結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)是條理清晰、明確的。5 結(jié)構(gòu)分析 代代木體育館運(yùn)用懸索結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)是由柔性拉索及其邊緣構(gòu)件所形成的承重結(jié)構(gòu)。因?yàn)樗髦饕惺茌S向拉力，可以最大限度的利用鋼材的強(qiáng)度，如果再配以高強(qiáng)輕質(zhì)的材料，可以大大減輕結(jié)構(gòu)自重，跨越很大的跨度。4懸索結(jié)構(gòu)的組成：索網(wǎng)-多股鋼絞線、鋼絲繩；邊緣構(gòu)件-梁、拱或桁架；支承結(jié)構(gòu)-鋼筋混凝土立柱，框架結(jié)構(gòu)。丹下很樂(lè)于使用簡(jiǎn)潔的構(gòu)成手法創(chuàng)造豐富得驚人的表現(xiàn)力，下面這三張簡(jiǎn)單的草圖可以清楚地說(shuō)明代代木體育館主館的結(jié)構(gòu)構(gòu)成：首先是一個(gè)類似懸索橋的系統(tǒng)，它是吊起整個(gè)巨大屋面的主要構(gòu)件，它決定了結(jié)構(gòu)的尺度，它的安

11、全也決定了整個(gè)結(jié)構(gòu)的安全。然后，兩邊各有一個(gè)半圓形的鋼筋混凝土剛性環(huán)被從主纜上伸出的眾多鋼纜吊離地面，與地面形成一個(gè)傾角，整個(gè)體育館的基本形態(tài)就是這樣。當(dāng)然實(shí)際的樣子要復(fù)雜一些，主要的變化在于，丹下先生沒(méi)有把主纜的錨錠放在中軸線了，而是順時(shí)針轉(zhuǎn)了一個(gè)角度，并且兩邊吊起的也不是半圓，而是各在端部伸出一個(gè)尖角直通主纜的錨錠，這樣才形成了最終的像是兩個(gè)錯(cuò)開(kāi)的半圓的樣子。另外，在眾多吊索的中央可能增加了一道圈梁，以制造出現(xiàn)在這樣的屋面曲線。但這些變化都不改變這個(gè)體育館基本的結(jié)構(gòu)構(gòu)成。5大概也正是通過(guò)這些變化，再加上大尺度的效果，傳力如此清晰而簡(jiǎn)潔的結(jié)構(gòu)體系展現(xiàn)出來(lái)的卻是豐富無(wú)窮的表現(xiàn)效果。旁邊的小體育

12、館的結(jié)構(gòu)構(gòu)成更加簡(jiǎn)單，與大體育館相比，更有張力，更具有創(chuàng)造性?？偟膩?lái)講它就像是一個(gè)人在用力的拽起一個(gè)圓環(huán)。但與下面的圖中表現(xiàn)的樣子不同的是，丹下先生在背后的錨索上又做出了有趣的變化。背索沒(méi)有直接連到主塔上，而是從后面繞出來(lái)，在主塔身前繞了一圈之后連到了塔尖上。傳力路徑?jīng)]有大的變化，但建筑效果卻突然生動(dòng)了起來(lái)。采用高張力纜索為主體的懸索屋頂結(jié)構(gòu)，創(chuàng)造出帶有緊張感、力動(dòng)感的大型內(nèi)部空間。懸索結(jié)構(gòu)由受拉索、邊緣構(gòu)件和下部支承構(gòu)件所組成。拉索按一定的規(guī)律布置可形成各種不同的體系，邊緣構(gòu)件和下部支承構(gòu)件的布置則必須與拉索的形式相協(xié)調(diào)，有效地承受或傳遞拉索的拉力。 拉索一般采用由高強(qiáng)鋼絲組成的鋼絞線、鋼絲

13、繩或鋼絲束，邊緣構(gòu)件和下部支承構(gòu)件則常常為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。代代木體育館屬于單向懸索結(jié)構(gòu)，它的特點(diǎn)是軸向拉伸抵抗外荷作用，能充分利用鋼材強(qiáng)度，施工方便，費(fèi)用低，便于建筑造型。丹下創(chuàng)造出一個(gè)新奇跡，在運(yùn)用懸索結(jié)構(gòu)時(shí)巧妙的將兩個(gè)單向懸索結(jié)合在一起，而在承受拉力最大的兩大斜坡的交界處把兩個(gè)承重鋼索分開(kāi)，以便減輕鋼索的負(fù)荷，減少鋼架的拉力，而室內(nèi)，卻沒(méi)有一根支撐物，房頂形成一個(gè)圓形，就像固定在柱子上的一塊布。6 結(jié)語(yǔ)代代木體育館是上世紀(jì)60年代現(xiàn)代建筑技術(shù)進(jìn)步的象征。柔性設(shè)計(jì)當(dāng)時(shí)被視為最復(fù)雜的設(shè)計(jì)，其復(fù)雜在于大跨度、大空間，讓場(chǎng)館及其他設(shè)施都被統(tǒng)一在這個(gè)用高張力纜索為主體的懸索屋頂結(jié)構(gòu)之下，他擺脫了當(dāng)時(shí)勒·柯布西耶推崇的柱式建筑，被譽(yù)為劃時(shí)代的建筑。這種帶有鮮明民族風(fēng)格的懸索結(jié)構(gòu)凹曲屋頂，其構(gòu)思原型來(lái)自日本紋章圖案“巴”。該圖案將向心、離心、流動(dòng)等運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)統(tǒng)一于一體，象征著循環(huán)往復(fù)的運(yùn)轉(zhuǎn)。