建筑結(jié)構(gòu)賞析——悉尼歌劇院

1、悉尼歌劇院拱結(jié)構(gòu)的完美之作摘 要：從建設(shè)澳洲悉尼歌劇院的背景出發(fā)，紹了設(shè)計(jì)師情況、建造過程，并分析了歌劇院的建筑結(jié)構(gòu)，以及整體結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，總結(jié)歸納了對悉尼歌劇院的認(rèn)識(shí)。關(guān)鍵詞：悉尼歌劇院；拱結(jié)構(gòu)；拱肋結(jié)構(gòu)悉尼歌劇院（Sydney Opera House），位于澳大利亞新南威爾士州的首府悉尼市貝尼朗岬角。這座綜合性的藝術(shù)中心，在現(xiàn)代建筑史上被認(rèn)為是巨型雕塑式的典型作品，也是澳大利亞的象征性標(biāo)志。悉尼歌劇院于1973年正式落成，在2007年6月28日被聯(lián)合國教科文組織列入世界文化遺產(chǎn)名錄。1 悉尼歌劇院建造背景1.2 建設(shè)歌劇院的起因上世紀(jì)1950年代，澳大利亞悉尼交響樂團(tuán)的常任指揮和樂團(tuán)總監(jiān)尤金古

2、森斯( EugeneGoossens)，他注意到悉尼這座迅速繁榮和發(fā)展的城市缺少演出高雅音樂的場所，因而提議在悉尼建造一個(gè)專供交響樂團(tuán)使用的音樂廳。而工黨的領(lǐng)袖、當(dāng)時(shí)的首相J.卡希爾（J.Cahill）想藉此機(jī)會(huì)改變工黨的面貌，借助一座漂亮的音樂中心使悉尼超過它的對手墨爾本。最后兩人達(dá)成一致。1954年9月， 卡西爾總理召集會(huì)議任命了一個(gè)委員會(huì)來幫助政府建立一個(gè)歌劇院, 并最終選定在悉尼市的貝尼郎岬島角( Bennelong Point ) 作為歌劇院建設(shè)用地。1.2 悉尼歌劇院項(xiàng)目概況悉尼歌劇院于1959年3月在澳大利亞新南威爾士州首府悉尼市貝尼郎岬島角破土動(dòng)工， 歌劇院三面環(huán)水，其西邊是H

3、arbour Bridge，南邊是市植物園與政府大廈。整個(gè)建筑花費(fèi)1.2億美元與14年的時(shí)間，于1973年10月落成。劇院占地1.84公頃，總建筑面積88258平方米，坐落在距海平面19米高的花崗巖臺(tái)階上，長183米，寬118米，高67米。建筑造型猶如一組揚(yáng)帆出海的船隊(duì)，也像一枚枚屹立在海難上的潔白大貝殼，為悉尼的標(biāo)志。2建筑設(shè)計(jì)師情況喬恩伍重( Jorn Utzon)1918年生于丹麥，他的父親是一個(gè)擁有造船廠的很有才華的船舶建筑（naval architect）。家里的很多成員都是優(yōu)秀的水手，小時(shí)候，他曾經(jīng)渴望成為一個(gè)水手。18歲上中學(xué)時(shí)，他開始在父親的造船廠幫忙，畫些圖紙和制作模型，朝著

4、船舶建筑師方向訓(xùn)練。但是那年暑假，他在祖父母家里遇到了兩個(gè)藝術(shù)家，建議他去學(xué)藝術(shù)，而且他的堂叔父還是皇家藝術(shù)學(xué)院的雕塑家和教授，于是他喜歡上了雕塑，但是最終他還是選擇了建筑專業(yè)，在哥本哈根的皇家藝術(shù)學(xué)院上學(xué)，不久便顯示出他在建筑設(shè)計(jì)方面的天賦。1942年他從藝術(shù)學(xué)院畢業(yè)，這時(shí)第二次世界大戰(zhàn)也開始了，和很多的建筑師一樣，他流亡到中立國瑞典，在斯德哥爾摩的一個(gè)事務(wù)所里工作。二戰(zhàn)后他去了芬蘭，在阿爾瓦阿爾托那里工作。他從上學(xué)時(shí)就很崇拜阿斯普朗德（Gunnar Asplund ）和賴特（Frank Lloyd Wright），受到他們的巨大影響。接下來的十年里，伍重開始周游世界，曾去過摩洛哥、墨西哥、

5、美國、中國、日本、印度、澳大利亞等地，訪問過梁思成先生。這個(gè)經(jīng)歷成為他一生的創(chuàng)作源泉?；氐礁绫竟?，1950年他成立了自己的事務(wù)所。1955年9月澳大利亞新南威爾士州政府宣布在全世界范圍內(nèi)舉行設(shè)計(jì)競賽，征集歌劇院的方案，當(dāng)年38歲的丹麥年輕建筑師喬恩伍重參加了競賽，在全世界233份建筑設(shè)計(jì)方案中，他做的殼形方案被當(dāng)時(shí)的評審委員會(huì)成員艾羅薩里南( Eero Saarinen) 所欣賞并采用。然而，工程受到了來自各個(gè)方面的阻撓。有一大批人反對這一激進(jìn)的設(shè)計(jì)觀念，而伍重則成了政治性權(quán)力游戲的犧牲品。盡管伍重最初的設(shè)計(jì)創(chuàng)意大部分都是通過模型展示出來的，仍有人抱怨說，設(shè)計(jì)與圖紙有出入。最終，這位建筑師

6、在1966年離開了悉尼，一去不返。伍重在1992年接受采訪時(shí)坦言，他并沒有放棄，而是迫于政治性的明爭暗斗，以及取消了同他簽訂的合同，從工程中退出的。未完成的內(nèi)部設(shè)計(jì)工作被轉(zhuǎn)給了其他人。如今，自1973年建成以來,悉尼歌劇院已成了世界上最火爆的藝術(shù)表演中心，被公認(rèn)為是20世紀(jì)最偉大建筑之一， 而他的設(shè)計(jì)師丹麥建筑師喬恩伍重， 戴上了2003年度普利茲克建筑獎(jiǎng)的桂冠，躋身于古往今來最偉大的天才之列。2008年11月29日，偉大的丹麥建筑師喬恩伍重（Jorn Utzon）安然地在睡眠中辭世，享年90歲。3悉尼歌劇院結(jié)構(gòu)體系分析3.1 悉尼歌劇院的平面布置歌劇院有一個(gè)音樂廳(2700座)，一個(gè)歌劇院(

7、1550座)，一個(gè)話劇院(550座)，一個(gè)兼放電影用的室內(nèi)小劇場，一個(gè)大展覽廳,以及錄音兼排練室、餐廳及各種輔助用房( 圖1)。圖1悉尼歌劇院的各層平面布置圖3.2 歌劇院結(jié)構(gòu)類型3.2.1結(jié)構(gòu)方案伍重與阿魯普決定采用預(yù)制混凝土拱券來設(shè)計(jì)屋頂結(jié)構(gòu)。具體說，構(gòu)成歌劇院屋頂?shù)拇蟠笮⌒〉娜切螝て紡那虻臍っ娓钊?圖2)，使每條拱券具有相同的曲率半徑，解決施工上的模板難圖2從球面中切取曲面體，曲面體的正投影與取出后的體塊題。經(jīng)過細(xì)致研究，伍重與工程師們確定球的半徑為76.3m，這些三角形的球面殼片可以劃分成許多細(xì)肋，這些肋類似于中國竹子折扇的扉骨，再用鋼繩索將他們固結(jié)成一片。同時(shí)，這些肋還可以分成小

8、段，用鋼筋混凝土在地面上預(yù)制，再吊裝拼合，組成歌劇院屋頂。3.2.2拱肋結(jié)構(gòu)組合體悉尼歌劇院在外觀整體上看，有由十對殼體組成的3組白色殼狀屋頂，兩個(gè)劇院占用兩組大的殼體，另外一組小殼體為餐廳，其中歌劇廳、音樂廳與休息廳并排而立，各由四塊巨大的殼狀屋頂覆蓋，這些殼狀屋頂依次排列，前三個(gè)一個(gè)蓋著一個(gè)，面向海灣依抱，最后一個(gè)則背向海灣侍立?？梢哉J(rèn)為，單個(gè)殼體之間的組合是其屋頂?shù)幕窘M成成分。與巨大的殼形屋頂相協(xié)調(diào)的是底部高達(dá)19m的基座，這為屋頂結(jié)構(gòu)提供了一個(gè)有效地抗側(cè)推力的手段(圖3)。在扇形肋拱間形成的空的部位的結(jié)構(gòu)組合上，采用梁板式結(jié)構(gòu)體系，以拱肋的主體結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)，于拱肋上搭梁，并且因交接處應(yīng)

9、力的圖3頂組合示意圖集中，在結(jié)構(gòu)交接處的部位梁截面較厚，從而形成了這樣的一個(gè)傳力體系，來自屋面板的壓力傳遞給梁，再傳遞給作為主體結(jié)構(gòu)的拱肋，最后傳至大石座基礎(chǔ)(圖4、圖5)。圖4屋頂連接部位結(jié)構(gòu)圖圖5頂連接部位受力分析圖3.2.3拱肋結(jié)構(gòu)單體方案拱肋單體采用預(yù)制的Y形與T形截面鋼筋混凝土落地三鉸拱肋的結(jié)構(gòu)方案，挺立的拱肋由大到小順序成對并列拼接呈殼狀，就位成型后用后張法施加預(yù)應(yīng)力，使之形成整體， 又能防止受拉開裂。由于殼體的造型從下而上逐漸張開，肋拱的斷面從下至上分成數(shù)個(gè)Y形斷面，高大的殼頂，肋更長，段更多，張開越大，而矮小的殼頂則肋短，段少，張開小，只重復(fù)大殼的下面部分的結(jié)構(gòu)( 圖6)。圖6

10、殼形外殼（實(shí)際為拱）生成透視圖3.3 歌劇院總體結(jié)構(gòu)特點(diǎn)歌劇院總體上屬于拱的大跨度結(jié)構(gòu)體系，而非表面上所顯示的殼結(jié)構(gòu)體系，且這一拱結(jié)構(gòu)體系有如下幾個(gè)特點(diǎn):1) 小的圓脊和大的拱肋；2) 現(xiàn)場預(yù)制加強(qiáng)型鋼筋混凝土；3) 共有2194個(gè)預(yù)制鋼筋混凝土切片作為它的屋頂；4) 共使用了350km長的鋼繩索來固定這些混凝土切片；5) 歌劇院重達(dá)161100t，由深入海平面25m以下的580根混凝土橋墩支撐；6) 歌劇院屋頂自身重27230t，每一個(gè)混凝土切片自身重達(dá)15.5t，混凝土自身的重量減小了屋頂拱向外的推力，同時(shí)，屋頂由32根2.5平方米見方的混凝土柱支撐，共同抵抗側(cè)推力。4 設(shè)計(jì)理念和效果悉尼

11、歌劇院座落在悉尼港灣，三面臨水，環(huán)境開闊，以特色的建筑設(shè)計(jì)聞名于世，它的外形像三個(gè)三角形翹首于河邊，屋頂是就像一組潔白的雕塑，如同海邊礁石上巨大的貝殼，又像是一組迎風(fēng)揚(yáng)帆的船隊(duì)，與海灣中的片片白帆相互掩映，富有詩意，充滿浪漫的色彩，因而有“翹首遐觀的恬靜修女”之美稱，這是每一個(gè)去過悉尼歌劇院或者見過悉尼歌劇院照片的人都會(huì)有的聯(lián)想。僅從建筑師自身的角度來看，伍重的想法十分獨(dú)到，這一想法便是“第五立面”，即在滿足東、南、西、北四個(gè)立面需要漂亮的基礎(chǔ)上，還應(yīng)當(dāng)有一個(gè)從上面看下來也十分優(yōu)美的“第五立面”(圖7)。于是伍重按照這一理念設(shè)計(jì)了殼形的屋頂與巨大的基座，在設(shè)計(jì)之初，伍重是考慮了屋頂?shù)慕Y(jié)構(gòu)問題，

12、按照其原始想法，屋頂厚度當(dāng)在100 mm 500mm之間，在班尼朗岬這個(gè)三面環(huán)海的狹長基地上，通過薄殼結(jié)構(gòu)形成的貝殼或者帆狀的屋頂表達(dá)了建筑師對于這一基地的特殊理解與感受力，盡管后來由于結(jié)構(gòu)上的原因，將殼結(jié)構(gòu)改為拱體結(jié)構(gòu)，但依然表達(dá)了設(shè)計(jì)將形式與結(jié)構(gòu)相統(tǒng)一的設(shè)計(jì)理念。圖7悉尼院鳥瞰現(xiàn)今，悉尼歌劇院成為了澳洲的地標(biāo)，每年在悉尼歌劇院舉行的表演大約3000場，約二百萬觀眾前往共襄盛舉，是全界最大的表演藝術(shù)中心之一。她不僅是悉尼藝術(shù)文化的殿堂，更是悉尼的靈魂，清晨、黃昏或星空，不論徒步緩行或出海遨游，悉尼歌劇院隨時(shí)為游客展現(xiàn)不同多樣的迷人風(fēng)采。5 建造過程工程于1959年3月開工， 計(jì)劃分三個(gè)階段建

13、設(shè)， 第一階段是建造基座， 第二階段是建造屋頂部分，第三階段是安裝設(shè)備和內(nèi)部裝修。設(shè)計(jì)和施工同時(shí)進(jìn)行，在進(jìn)行基礎(chǔ)施工和基座的施工同時(shí)，伍重和阿若普分別在哥本哈根和倫敦設(shè)計(jì)屋頂?shù)臍んw，一直都沒有找到解決的方法。阿若普開始設(shè)計(jì)的是雙層的殼體，一層承重一層是外面的造型，但是困難重重。最后的解決方案還是由伍重自己想出來的，像傳說中的那樣，1961年9月某天，在他剝桔子的時(shí)候，忽然有了靈感，那個(gè)時(shí)候他每天都在思考屋殼的問題，像他說的，“我每天就像一個(gè)雕塑家那樣工作，每天都塑造那個(gè)形狀，還做了很多的模型。它來自模型的工作，而不能來自紙面草圖，你不可能在紙上做出它來，因?yàn)樵诩埳鲜菦]有生命的。”他的解決方法是

14、所有的屋面殼體都采用相同的球面曲率，從一個(gè)木頭球體模型的球面上割取出來。經(jīng)過仔細(xì)計(jì)算，這個(gè)球體的直徑是76.3 米。殼體又可以分成許多條拱肋，像中國的折扇一樣，拱肋共同組成殼體。拱肋又可以分成小段，在地面預(yù)制后吊到空中拼裝。1962年3月，他帶著這個(gè)屋頂方案到了悉尼，得到批準(zhǔn)，歷時(shí)5年的對于屋頂?shù)母鞣N嘗試終于有了結(jié)果。雖然如此，但是由于這是一個(gè)前所未有的挑戰(zhàn)，建設(shè)工作和設(shè)計(jì)工作依舊在艱難地進(jìn)行著，比預(yù)想的建設(shè)周期要長很多，也比預(yù)想的造價(jià)超出很多。終于由于經(jīng)濟(jì)和政治原因，悉尼的政府沒有耐心了，在經(jīng)過很多次的不愉快后，1966 年2 月，伍重遞交了辭職信離開澳大利亞，從此再?zèng)]有回來過。這時(shí)剛剛完成

15、歌劇院的屋頂部分，開始進(jìn)行表面瓷片的鋪裝。之后工作由三個(gè)當(dāng)?shù)氐慕ㄖ熦?fù)責(zé)完成。但是他的離開，并沒有加快工程的進(jìn)度，一直到七年后的1973年，歌劇院才宣布竣工。10月20日，歌劇院正式開幕。從開工到竣工總耗時(shí)15年，最終造價(jià)超過1.2億美元。6 總結(jié)悉尼歌劇院是一座帶著假面的建筑，它擁有殼形的外表皮，內(nèi)在的拱結(jié)構(gòu)。建筑方案設(shè)計(jì)經(jīng)歷了從最初優(yōu)美的殼形但卻無法實(shí)現(xiàn)的結(jié)構(gòu)到經(jīng)過幾年艱辛的探索最終采用拱結(jié)構(gòu)來表達(dá)建筑師的設(shè)計(jì)理念的過程，其過程之艱辛讓我明白了計(jì)劃與現(xiàn)實(shí)的落差，但是只要堅(jiān)持不懈，所有困難的事都會(huì)像建造悉尼歌劇院一樣，最終都將得到滿意的答案。同時(shí)，在查閱了悉尼歌劇院的照片之后，令我深深震撼的是她散發(fā)出的藝術(shù)氣息，無論線條、曲面、造型，還是在不同場景映襯下的悉尼歌劇院都顯得分外宏偉壯麗，她是人類在探索新型空間結(jié)構(gòu)及施工方式的道路上，一個(gè)美麗的里程碑！參考文獻(xiàn) 1 孫鳳岐. 悉尼歌劇院20世紀(jì)偉大又浪漫的