大跨度建筑分開屋頂工程實例分析

大跨度建筑分開屋頂工程實例分析

屋頂是建筑的五個立面，是建筑造型特征的重要組成部分。對于大型建筑來說，屋頂在技術(shù)和藝術(shù)上的創(chuàng)新和形成影響著整個建筑的形象，也影響著整個城市和地區(qū)的形象。具有開合屋頂?shù)拇罂缍冉ㄖδ軛l件優(yōu)越、節(jié)能環(huán)保,是建筑設(shè)計趨“真”、趨“善”過程中的又一進步;同時其形的設(shè)計是體現(xiàn)精神內(nèi)涵、人文情懷、時代個性的方式,最終形的生成是建筑技術(shù)與建筑藝術(shù)高度統(tǒng)一的結(jié)果,也是理念與現(xiàn)實相互作用的結(jié)果。從20世紀80年代末至今,大跨度建筑開合屋頂工程在國內(nèi)外已得到快速發(fā)展,在未來的大跨度建筑屋頂工程中,開合屋頂工程將成為主力軍。本文從建筑設(shè)計和美學的角度探討大跨度建筑開合屋頂形式設(shè)計的方法和切入點,在理論上尋求開合屋頂形式設(shè)計可行且美觀的方案。1建筑形式設(shè)計中美學的上升建筑設(shè)計是一個理性的邏輯過程,是在“堅固、適用、美觀”建筑三要素統(tǒng)攝下對建筑功能、形式、技術(shù)、環(huán)境和經(jīng)濟等方面最有理、有利且能夠使其和諧共生的創(chuàng)作,而往往在建筑的形式上表現(xiàn)得最為突出。建筑形式設(shè)計作為建筑設(shè)計中重要的組成部分,還存在著自身獨立的變化,這種變化是美學形態(tài)的直觀反映,是建筑形式設(shè)計過程中理性美學上升的必經(jīng)之路。當這種變化無限接近于能最大限度容納結(jié)構(gòu)條件、抽象寓意、人文理念、環(huán)境空間和藝術(shù)形象等方面諸多可能性的時候,建筑最終的形式也就確立了。大跨度建筑設(shè)計作為建筑設(shè)計的一個方向,由于其自身體量大、公共性強、結(jié)構(gòu)特殊等的建筑特性,因此其形式的設(shè)計也存在一定的特殊性,便是大跨度建筑的屋頂,尤其是后來出現(xiàn)的開合屋頂。2影響大型多段建筑的開口形式設(shè)計的兩個行為2.1大跨度建筑屋頂設(shè)計的理論基礎(chǔ):社會現(xiàn)實的真實表達(1)建筑形象。大跨度建筑的綜合性和社會公共性決定了其藝術(shù)形象的重要性,而此類建筑藝術(shù)形象的表達卻大多是通過屋頂?shù)乃囆g(shù)形象來實現(xiàn)的。就建筑的藝術(shù)形象而言,其中精神性格是內(nèi)容,物質(zhì)形態(tài)是形式,形式反映著內(nèi)容。所以大跨度建筑屋頂?shù)男问奖厝怀休d著其場所的生態(tài)環(huán)境、人文環(huán)境、城市環(huán)境的可持續(xù)性,同時也是社會和時代的真實表達,對人的精神有很大的影響。從古羅馬斗獸場到今天的大跨度建筑,無論是在視覺形象還是在代表的地域性特征方面,其屋頂經(jīng)歷了一個“無→有→二維變化→三維變化”的演繹過程,在這個過程中每一個環(huán)節(jié)都是各種可能性的衍生,最終生成了不同屋頂?shù)男?。隨著20世紀80~90年代國外具有開合屋頂建筑的出現(xiàn),其屋頂?shù)脑O(shè)計已轉(zhuǎn)入“三維變化”中,尤其是大跨度建筑的屋頂設(shè)計和創(chuàng)作。(2)以人為本。大跨度建筑始終是社會活動的一個很重要的中心,所以在特定時間和空間內(nèi)人流非常集中,在這種情況下,不同的氣候條件和活動內(nèi)容會不同程度地影響到社會活動的進行和高密度人群中每個人的舒適性、安全性。隨著以人為本理念的提出,為創(chuàng)造滿足人們更高要求的生活空間和環(huán)境空間,大跨度建筑開合屋頂?shù)男问皆O(shè)計應考慮到開合面積的大小和屋頂開合部位對應的內(nèi)部空間位置,進而實現(xiàn)在公共性強的場所對以人為本理念的踐行以及人與自然和諧的空間環(huán)境。2.2結(jié)構(gòu)組合作為大跨度建筑復合屋頂形式的基礎(chǔ)(1)結(jié)構(gòu)條件。結(jié)構(gòu)條件是影響大跨度建筑屋頂造型的重要因素,在不同人類文明背景下,結(jié)構(gòu)直接限制了大跨度建筑屋頂?shù)男问?。隨著物質(zhì)文明的不斷提高和人們對物的規(guī)律的逐步探索開拓,建筑結(jié)構(gòu)也在向復雜和多樣發(fā)展,從力學原理運用到建筑中到今天,諸如穹頂結(jié)構(gòu)、拱券結(jié)構(gòu)、鋼架結(jié)構(gòu)、桁架結(jié)構(gòu)、膜結(jié)構(gòu)、懸索結(jié)構(gòu)和網(wǎng)架結(jié)構(gòu)等結(jié)構(gòu)的相繼產(chǎn)生,為大跨度建筑開合屋頂形式的拓展提供了可能性,同時這些結(jié)構(gòu)在具體工程中的實踐也引領(lǐng)出了多種結(jié)構(gòu)組合的可能,這種可能使得大跨度建筑開合屋頂形式向多變與多元又深入了一步。亞利桑那州菲尼克斯棒球場、日本大分體育場、南通體育場、上海旗忠網(wǎng)球中心和浙江黃龍體育中心網(wǎng)球館等具有不同結(jié)構(gòu)的開合屋頂建筑,也向外界展示了不同的屋頂形式和屋頂氣質(zhì)。只有合理、先進的結(jié)構(gòu)條件包括先前的支撐,才能實現(xiàn)后來大跨度建筑開合屋頂不同形式的設(shè)計和生成。(2)材料選擇。材料不僅是建筑形象和氣質(zhì)最直觀的表達,而且也是結(jié)構(gòu)選擇的重要依據(jù)。對于建筑形象和氣質(zhì)來說,材料表達著建筑整體或建筑構(gòu)件的尺度、比例、色彩、韻律、形體和光影等;對于結(jié)構(gòu)選擇來說,材料自身的一些性能,包括自身重量、抗壓能力、抗彎能力、抗剪能力、剛度、強度和可塑性等都是重要依據(jù)。大跨度建筑屋頂?shù)脑O(shè)計亦如此,甚至其要求遠遠超過一般建筑,尤其是開合屋頂,由于它自身是一個可活動體系,在動態(tài)中為了使結(jié)構(gòu)達到靜定狀態(tài),同時屋頂?shù)男蜗筮€要優(yōu)質(zhì),所以材料選擇可能是多種不同性質(zhì)的材料搭配使用。隨著鋼材、輕膜、有機材料等新型材料的廣泛使用,開合屋頂?shù)男问揭沧兊酶S富、新穎。3頂板形狀設(shè)計3.1結(jié)構(gòu)參數(shù)和個人信息意象往往是建筑師在創(chuàng)作時靈感的來源,有時候也是追求某種美好愿望的體現(xiàn)。大自然中存在很多具有開啟和閉合動作的實物,例如眼睛、翅膀、花瓣、貝殼和雨傘等(圖1~6)。這些實物自身的美以及開合方式都有各自不同的特點,把這些實物中與設(shè)計相關(guān)的那部分用簡單的邏輯關(guān)系提取出來便是意象抽象。大跨度建筑開合屋頂?shù)男问皆O(shè)計可從這些具體的實物上獲得,通過保留實物的開合方式和開合特點,依據(jù)建筑功能的布局和平面形狀,將具體實物抽象化,賦以合適的結(jié)構(gòu)選型,而后嫁接到開合屋頂形式的設(shè)計中。3.2形式設(shè)計的前置條件有動作說明就有力作用的效果,進而也就不難衍生出“開合”的方式,進一步也就有了開合屋頂形式設(shè)計的先前條件。簡單的動作有折、疊、推、拉、轉(zhuǎn)、扭等(圖7~11),將這些簡單的動作通過不同大小的力或不同方向的力作用在物體上,便會使這些物體產(chǎn)生不同形式的開合,對于大跨度建筑開合屋頂而言,將這些動作抽象到具體的設(shè)計當中也會是開合屋頂形式設(shè)計的途徑。3.3幾何綜合體的邏輯關(guān)系最簡單的幾何體有方、圓、角、扇、方體、柱體和錐體等(圖12,13),當這些幾何體通過一定的邏輯關(guān)系組織起來,便能形成整體性很強的幾何綜合體。這種邏輯關(guān)系包括加法和減法,屋頂?shù)恼队氨闶菃蝹€或多個幾何體最終組合的結(jié)果。對于大跨度建筑開合屋頂?shù)男问皆O(shè)計而言,同樣可首先由幾何體切入,根據(jù)整個建筑的功能劃分和建筑師的設(shè)計理念,將幾何體通過“加開減合”或“加合減開”的邏輯關(guān)系進行組織、抽象而獲得。4形式與功能的關(guān)系在實際的工程中除了開合屋頂形式的概念設(shè)計外,還要涉及到具體的構(gòu)造設(shè)計,這些構(gòu)造是建筑達到“善”的重要構(gòu)成元素,是絕對不可忽略的,其中包括屋頂排水、氣流疏導、采光、遮陽、防火、動力源和日常修復等(圖14)。由于大跨度建筑在設(shè)計過程中形式與功能的先后關(guān)系表現(xiàn)得不過分強烈,所以構(gòu)造需確定形式與功能兩者的先后關(guān)系。在先確定功能的前提下,形式的設(shè)計要根據(jù)功能性質(zhì)和布局確定構(gòu)造;在先確定形式的前提下,功能要根據(jù)形式設(shè)計確定構(gòu)造。5