维普资讯 http://www.cqvip.com 论轻型结构体系在20 1 0年上海世博会场馆设计中的前景 Prospect of the Lightweight Structure in the Exhibition Hall Design of EXPO20 1 0 in Shanghai 许建莞TU35 Xu Jianwan 文献标识码 A 文章蝙号1003—739X(2006)03—01 1 5-04 中图分类号摘要轻型结构是一种新的结构类 人类从建造房了伊始,就有将房子造的愈高,愈轻, 型结构的没计不可避免的需要各种专业人员的合作。轻 型 它建立在对结构体系和材料研 愈大的理想.在建筑历史中经常会出现许多“最”的纪 型结构类删不仅仅可以应州在展馆,体育馆等大跨度建 究的基础上,从而使建筑向轻质,透 录 伴随着这种理想,新技术和新制料的不断更新使人 筑设叫 今后在民片j建筑n々使用l也有较广的前景,比 明发展成为可能。该文分析了轻型 类不断打破历史上曾有的记载。轻 结构类 是人类 如办公建筑的玻璃幕墒,舍属墙板和崖而的设汁等等。征突破传统的框架结构和墙承重体系而产生的挑战原有 结构的主要特点并列举了世博会场 建筑概念的 种新的建筑类型, 于存建筑用材上一般 2关于轻型结构的建筑实践 馆设计的相关案倒。对轻型结构的 采用轻质的 锈钢材和木材以及铝合金型材、玻璃等从 研究可以给2()1【_年上海世博会的场 馆设计师们一个新的思路。 而使得建筑向完全韵轻质性和极致的透l妇性发 成为可 2 1工程师与建筑师的合作 关键词透明 轻型结构世博会轻质 能 轻型结构由于它的轻质从而容易取得较人跨度.在 展馆、体育建筑、桥梁的建筑¨生计和构筑物的没汁中得 到广泛应用。电 于这类建筑的易拆卸性经常任临时性 建筑和世博会的展馆设计cI咄观现今.轻型结构已是 建筑项日巾的重要部分.诸如火车站、会腱中心、体育 馆等。轻型结构其本身不是一种目标.甚至可能是无意 义的。然而,由于生态、引会和文化的原 +轻 结构 从来没有像今天这样更有叫代感和必要性。 在现代卞义建筑发展早期.结构I程师已经开始了 轻 结构建筑的实验。存《现代建筑语言》巾写道:“还 有富勒(I川 k i t r ruIIev).他设计r装配式球项 ( ・desi ̄ )和极轻的超高层结构:托鲁加(edna ̄ Iorroia).其作品为鸟德 跑马场的拱顶;坎迪拉(r 1ix cande]a),作c 为双曲抛物体;奥托(frei叭】o),作 为 透明伸张结构。还有卡日当一部分年轻人,他们通过壳体、 薄膜结构或是塑料、压缩空气的覆盖结构的设计I 作,渐 渐从r r典法规的锁链中解脱出来 建筑学和结构 程在 这些‘帐篷’/1 合为一体了.卒问形成r结构.结构也 构成了空间”。由此可见.轻型结构体系在现代主义建筑 毕期.就已经得到身具建筑师和结构师双币身份的学者 的青眯。轻型结构体系不同于框架结构体系的承重结构 和维护结构的分离.岜n々结构体系本身 是建筑本身.从 而为轻质,透明的目标创造 可能性。r1l于其结构体系 的精简一 和高效性,轻刑结构的设计多以建筑帅和T程 帅的合作为基础,并创造了结构体系的巅峰之作 I.程 师在建筑设计发挥了与建筑师l刮样重要的作用。 在古莉腑时期.技术与艺术的结合成为传统建筑 的象征,技术在古希腊文中为tehne一词.意思是建筑的 结果 I 9世纪.技术与艺术的分离,蒸汽机时代的迅速 发展的hl 化改变了社会和向然环境.以至于扯感性和 文化的层而上礼会 经无法啦收并消化其迅速的变革。 Abstract UghtweJght structu re is a new const ruct Jon system,whjch based on the resea rch about the ructu re and the materiaI to make the buildjng Ilghte r and mo re t ranspa rent possjble Th】s essaY analyzes the main characters of the 1轻型结构的特点 1 1轻质 轻质是轻犁结构的个很显著的特 。德囡斯罔加 lighh,velght structu re and cites some cases of the exhjbitions halI design jn the eve r EXPOS The resea rch about the lightweight st ructu re pe rhaps makes a new way fo r the 特大学约格・施莱希教授曾说道:“每个睿智的富有责任 感的结构设计都希卑尽可能的轻盈.结构的功能 于承 受和传递荷载.但其闩重是不可避免的于扰 素,结构 的自重与其所能够承受的荷载的比值越小.就越显得轻 盈。”…丁轻 结构的结构体系与同护体系的统一.从而 提高空间的效率 达到结构和空l ㈨々轻质.结构本身 也成为一种美学的表现 a rchItect s Who de sfgn the EXP02010}n Shancthal Key Words Lightweight structu re EXP0201 n Light,Transpa rent 2 2可持续性 可持续性日益成为整个丰十会良性衙环的目标 0年代的新古媳丰义潮流再一次向卅俗传统 于 20世纪3轻 结构娄础的建筑存结构力学上达到最为优化的配置, 回归.从民主的华盛顿到统治的欧洲 战后 …现 从而更加的节省材料.『 时.存材料的运用上倾向于采 构建筑采用木头等乡土材料而增加r材料冉利川性和再 生性,减少剥环境的破坏从而呼应了可持续发腱的全球 化趋势。2000年,汉诺威世界博览会-ll_日本建筑师坂 茂设计的日本馆 超级纸屋。全部采用nr再利用的材 正是f_l1于轻型结构以较少的材料和简洁的结构形式 同时能取得较大的建筑跨度和轻盈的形式,从而在博览 会的展览馆设计、桥梁、体育建筑巾得到IJ益广泛的应 13社会-眭 .r I.程师与建筑师结合的新机遇.并构成了结构技术与 用轻质的、易拆卸的、临叶眭的建筑材料。有的轻型结 造型芝术的纲领性结合 2 2轻型结构在展馆和桥梁等构筑物设计中的 应用 料一一纸和集成捌,这些 料枉展览会结束后全部运 U本进行处理从而冉利川。 作 者 同济大学建筑与城规学院 硕士研究生 邮 编 200092 2005 1 0 1 8 用 德口著名的l 程址计大师约格-施莱希教授就足一 位设计桥梁的I.程设计大师。以1 993年l 际 艺博览会 轻型结构在结构上尽可能的简洁,这种简洁的造 + 为契机,斯罔加特新建造了一系列标志 建筑,其中的 有大量的精准的构造细部作为技术上的支撑。所 ,轻 人行桥就是施莱希教授设计它非常准确的反应r他对 收稿日期 积曩参建筑第24卷03/2006 115 维普资讯 http://www.cqvip.com 图1德国汉诺威8。9号展厅 (资料来源:转引白《轻・远——贝格曼 和约格-施莱希的轻型结构》) 图4施梅豪森索网冷却塔 图2日本奈于社区中心 国3德国巴特偌伊施塔特的吕恩诊所 (资料来源:转引自《轻・远——lJj格曼 和约将・施莱希的轻型结恂》68/69页) (资料来社6}:转引自《新型木建筑》 (资荆来源:引白《l 建筑》2003(8 图5 1970年日本大阪世博会日本展馆(资料来源:转引白WWWisti ̄小 I1 J 图6 1967年蒙特利尔世博会的美国馆(资判来泺:吲罔5 ]二结构形式多样 和这种结构体系中铡制的材料特性 丝毫的损害成为建筑师热衷,吏川的材料, 和钢、铝 休系面世对材料离效的应川.从而达到形 ℃与 古构体 的认识 台金、玻璃等材料一起成为构成轻型结恂体系主要使 系的统一但由r,壬棋板『的花费过人,薄 结构的 m于轻型结恂体现J 高超的技术美学的象征.所 J射的材料 以.在世博会场铺的设汁t"有较大的宅问 为2000印 汉诺威世博会而建『l勺8、9号双馆腱 ,不仪是特定的 域 空间的地标建筑,同时,也是博览会吲 的人u 艟_丁力图寻求符合城市环境设汁要求的轻型悬索结 构以体现当 的卅博会主题“人——闩然——技术” 使川并小广泛 1977年,征斯图加特德国花 博览会 l瑚个腱览馆便采片j了_J_八个预制 尊壳块…同个 模具浇注成形.凌胜览馆受到坎德托存新器两哥城设 计的极高 感的霍气米尔科壳体的启发 日本绍伊・ 约 务所设计的】l本奈十社区中心和幼儿吲,录川了 竹子馘模板,冉十外表而浇筑混凝土形成r混凝』 薄 3轻型结构如何轻:结构上的创新和 几种主要的轻型结构类型 3 1混凝土薄壳 的主题(图1)一 2 3轻型结构建筑类型发展的前景 轻型结构小仅局限在建筑设计上在 L设汁相I 壳结构.由于外部造 奇特.昕以,内部的竹子做的 薄壳结构是一利r橄寓魅力的结构形式,现代主义 模板起到r关键的作用所以模板的|几汁成为混凝土 建筑甲期就已羟开始J 时薄壳结构体系f19实践从仿 沛壳结构普及的个夫键性的f罔2) 牛学的角度看.生物界的各种蛋壳、哦 t、鸟龟壳、海 螺壳以放人的头盖 等鄙屉种m度均 、匝地轻巧 3 2索网体系 耐F 模仿自然中的这种薄壳的盅力分 状 i”索阿结构体系灶指由许多大小等l司的四边彤组 产 设计、家具瞪汁上都有{ 好的丽景白天然,且具有良好的抗批本l材料的 的“薄壳结恂”这种“薄壳结构’的表而 然似薄. 这种结构 成的M格结构绢成的支撑结构’{引一《轻・远》94~95 应片I电是轻型结构建筑的+个发腱趋势 水材…丁取 但 抗压性能,对环境没有 态,在建筑救计上也得到了 沧I 的创新118僳§建筑 2 4 03/2006 维普资讯 http://www.cqvip.com 图8 2000年德国汉诺威世博会日本馆 图1 0热那亚哥伦布国际展览会biClo标志近景 图11罗滕鲍姆体育场 (资料米源:0l白《 界建筑》2003(3 (资料来源:同罔9) (资料来源:『亓j 3 图7 1967年蒙特利尔万国博览会的前西德馆(资料来源:引自《建筑结 构》(几奉构造技术者l办会编)37页) )索『哪结恂体系的设【 }有较l岛的技术舍 和列结 施拇豪森索l刈冷却塔构选 的研究同情正是乐川J 这种结构.成为第一个水久性的帐篷 建造图9热那亚哥伦布国际展览会biqo标志全景 (资料求源:转引白《皮阿诺专辑2》) 革乐斯J】I规景塔本来电是世 土mI娃无形的空气,并利用卒气制作成覆 屋顶的 弗荣・奥托设汁的L967年世博会的德 花瞎会会址的设汁 后由于资会不j£在8 后 { }以 充气膜和支撑膜的空气支架 卒气是最为廉价的建筑 图3为德罔巴特偌伊施塔特的吕恩诊所.世 同4为施枷豪森 材料.常温下I 2 klz/n]1.存一个大气压下似乎感觉小刮 岜能负载水帏高J0 结构( 5) 肚结协后来 托1生I972 与毋士尼事务所参与设计 上第一个采 硅酸盐玻璃的锏索 了德固的桨『I三黑奥林 克公园, 结构f4-系为顶张批 索刚冷却塔的外观 索网结}匈. 腰面私l达到74 000 :I983午德国慕尼 的 林 克公同内n 冰}二运动中心.I973 的汉诺 3 3充气屋顶 戚体育场馆巴登维尔德I r罗 5浴场遗址都采用丁索 10 tim 的 超在这次障览会 L.美国馆和寓I展厅忤询处部采川了宽气式屋lⅢ的 4轻型结构在历史上世博会场馆和其 充气屋顶的学名叫完气式膜结恂.它 瑛文中l 1的结构体系.}司时这种体系也在小断的 践中目益 mnaife sfm㈨tu 克气式膜结构是将膜木4 于餍 IlJ兑熟 德 施悔豪森的冷却塔代表丁 种新的结构索 P儿!结构周边.利用送风系统Ir室内气If,J二 到一定压 网结构的代表。其结恂是一个由三角形网单元组成的 他类型构筑物设计的案例 4.1 1967年蒙特利尔世博会的美国馆 交艾索网体系构l止整个悬索被悬}{ 在地面直释为 力后.性屋顶内外产生压力差以抵抗外力 它利卅气 作为主要芰撑钢索作为辅勘材料.室内无需任何 14IⅢ的混凝上基舢环与】46 m高讣 径为qI m的 l967 l|荣特利尔世界博览会的美I 馆是由共同结 一程师南勒设_十的,富恸采用r自然界巾的结 体 钢环构件I 塔的表层_丌=项均匀的索H滑曲而排 廿即可按得较大的卒 它的使 最为辉煌的阶段庄 构』上世纪70 qq' 的l_本人阪的世界蹲览会 允气式犀顶 与蜂窝的棱肜结构IjI存存着能以最少的结构.提供最 形成细密的 【理从远处看就像一朵美丽的花环 . 计r这个装 式球星网 其后斯同加特的坫乐斯… 景塔的结构原 世来源丁 顾名 义 主要的建筑材料小是有形的砖或者混凝 大强度的 星系统的原理,龟蛋9建筑第2 4卷0312006 117 维普资讯 http://www.cqvip.com 图12日本出云元屋顶的外观(资料米源:转引白《新型木建筑》) 图13 日本出云元屋顶的内部结构(资利来源: 鲥1 2 架建筑09结构体系.从而成为这次世博会的亮点个 的要求(图6) 整 个案例它是雏尔纳・索贝克± 司茫德固 墨设计的 舯设计更好的促l井厂建筑师与丁艋 之ruJ的合作,并 个可开启关闭的体育场.其功能包括看台和竞技场. 充分利用r先I井的}I算机模拟技术,使 n最少的材 屋顶的可丌启关闭的设计是 料创造最大的空 成为可能整个建筑的跨度为102 体育场 H十的关键具有灵活的 拆卸性和『『 时 .适应了展览会 展单2010午上海的世博 5}计,我¨也需要推陈I{J新创造一些新颖的 开关 制屋顶设计的巧妙足以成为整 会的场馆j市让生活更姜 r的主题”在展馆的垃计中,如何更好 的体现 进技术.先进文化,轻 结构无疑ur以成为 种技术发展的趋势,』f促进建筑 在灵活性.可拆 4 2 1967年蒙特利尔世博会前西德馆 1967年蒙特利尔博览会前两德馆采 的是悬索 个建筑的焦点 薄膜的jK开和戈阿1以及排水的殴汁都经 具有自己文化特邑的设汁.体现20l0 r世博会的“城 过丁严格的推敲以雠}正K寸的精准( I t) 0奠结构体系.辛要设计师是德围工程师弗莱-奥托其 4 6后这种息索结构便得到了广泛的应崩=其营造的I~音l5 宅司透明,轻盈.绡人一种漂浮的共感(罔7) 出云元屋顶 卸性等 T持续发展的方向上努力 我1『J国家存 届世 出 i兀犀顶是 云地方、 局委托kaiima设计公司 矬计以纪念小城成市50 J#J/'b纪念这1、看似简 的建 筑却有着不同寻常的构造设计 其恂造模仿日本民间 博会场馆设计 It都没有跳出果川具j啦符号体现我田传 统文化的方向,而实际I 有采用新技术.新的结构, 4 3 2000年汉诺威世博会日本馆 新n勺材料才能真【 的摊陈【¨新 一睐的乐川传统符 的纸伞.用屡压木和锏带般代了斑竹和 Ⅲ绳 废屋顶 号、传统形式只会|卜殴 J巾的 想停滞 前轻型结 讲威日本馆——超级纸屋也乐川r轻 结构的设 的结构设计采用了复杂的汁算机技术系统建筑内部 构的发展无疑j 一种新的发展 向,E是辑的』(跨度 计.并呼应了当年的【 博主题屋顶和墒都采Jn r亓丁 是个气候温和.四季皆立,低维修的运动体育场 结构设计呼应r这个时代的卡题.在这个可持续发展 冉生.并叮再利用的纸作为基本的建筑材料.使用后可 ‘建筑采用美洲层压小.层 木侧卣钻孔、丌丁螺钉 定 几号泛滥的时候.我们 0设计师是 应法真 的关注 以作为学生教科书的用纸一整个场情的筒拱彤结构有 在起,形成36根总长为90m的半拱建筑整体枷 人文,关注社会.关注技术垃计.虚假的迎合文化只 12.5 rn 粗的纸筒网状交艾而成整个场馆长72 m,宽 局呈辐射状 每拱的端与r l央的铷环采 梢键连 说 了文化的浅丑.这剥丁我们这样一个具有深厚史 3s_JIl最高处达1 5 5 rll,总而积3 600 m 拱肋也足 接.另一端置十混凝【’镉柱支撑的闸型结构之上—— 化底蕴的 家来 兑岂小是显僻可笑J 吗 ■ 采用了可以冉利用的原生木.充分的体现r可持续发 实际l rH拱和岔型结构支撑”.外鄙的表面剌料足迹 腱的主题(罔8) 光『l勺铁氟伦讨坐丰j判.是一种轻质材料齄个建筑构 造复杂 但住施丁技术 简易方便, 柏很强的普及 4.4热那亚哥伦布国际展览会:1 984~1 992 肚,是轻型± 构类 的 个…色的作-} l习l2~I 3) 皮阿|若是这个展览会的主要建筑师.并且第一玖 [E白己的家乡设计建筑这个轻型结构的I ,标志参考文献 1 『德l彼得-卡绍拉・拖马尔轻远——贝格曼和 这个展览最引人注意的就是 其结构悼系是由几根巨人 5轻型结构建筑在我国201 0年上海世 博会中的应用前景 /上住脯的世博会场馆建 中 许多H家馆的世计 {lI丁小受到永久性的制约 素从而竞先采用先进技术 以体现叫代陛.轻型结构由{自身的轻雁,许多建筑 师和结构师都在场馆的设计中尽智慧之能事从 使轻 型结构类型的建筑得到小断的创新从 一届在伦敦 展 擎办的世博会中的“水昂宫”到1967年蒙特利尔世I枣 会的美同馆.到2000年救 戚世障会的超级纸 馆的设汁的 个趋势足轻质透明. f持续发展等特点 涩渐鲜} 除r任世博会.轻型结佝广泛运用r其他 类型的构筑物电应用在世I蹲会的标志件构筑物设汁 l 轻型结构不仪仪用在临时性.展览性的建筑设计 _h.也连渐开始向民用建筑设计 进这种结构类型 约格・袍莱希的轻型结构.北京:中国建筑工业 女版社. }4 2 海诺・巴格尔(Heil1I1 Ena:el1结构体系与建筑造 型林昌明,罗时伟译走津:最津是学出版社, !¨{)1 帕一1・空钢管组成,每根由一段段逐渐变绌的砬钠符组 JJ ,最大的一根悬挂个可川洋的观景舱其他几根 基眭下面的杠朴,这些1=I=杆再史撑一个涂了 氟乙烯 的帐篷屋顶±古构设计 peterdee合作,后来经常… 现在皮阿诺的殴汁作 中卸性和灵活件设汁的节点和细部经过严 格的推敲.所有节点都是螺栓节点以保证建筑的可拆 这个轻型结构的 汁也进 步的袁叫 现任这个higo已 个标志 建筑(罔10) 丁I程师与建筑Jm的合作『【勺重砭性经成为热那亚市码头I二的3 马修・韦尔斯(MatthewWdls)3 c)brldrze ̄—工业出版社21…3 界著名桥梁设计张慧,黎楠译北京:中国建筑 4 日长构造技术者协会编建筑结构北京:中国建 筑工业出版社.2【1 5 Schitdch,(:.Staib G,Balkov ̄D.Sohek,W Schuler, M.0…(7.onstz ̄l舯n M, ̄m 7 f cJ,B c, f0"/Berli ̄ Birkh lu er 1999 4 5罗滕鲍姆体育场 滕鲍姆体育场轻型结构 体育建筑设计r¨直用的 118四争建筑第 卷03/2006