大跨度建筑分開(kāi)屋頂工程實(shí)例分析

大跨度建筑分開(kāi)屋頂工程實(shí)例分析

屋頂是建筑的五個(gè)立面，是建筑造型特征的重要組成部分。對(duì)于大型建筑來(lái)說(shuō)，屋頂在技術(shù)和藝術(shù)上的創(chuàng)新和形成影響著整個(gè)建筑的形象，也影響著整個(gè)城市和地區(qū)的形象。具有開(kāi)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(jì)趨“真”、趨“善”過(guò)程中的又一進(jìn)步;同時(shí)其形的設(shè)計(jì)是體現(xiàn)精神內(nèi)涵、人文情懷、時(shí)代個(gè)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(shí)相互作用的結(jié)果。從20世紀(jì)80年代末至今,大跨度建筑開(kāi)合屋頂工程在國(guó)內(nèi)外已得到快速發(fā)展,在未來(lái)的大跨度建筑屋頂工程中,開(kāi)合屋頂工程將成為主力軍。本文從建筑設(shè)計(jì)和美學(xué)的角度探討大跨度建筑開(kāi)合屋頂形式設(shè)計(jì)的方法和切入點(diǎn),在理論上尋求開(kāi)合屋頂形式設(shè)計(jì)可行且美觀的方案。1建筑形式設(shè)計(jì)中美學(xué)的上升建筑設(shè)計(jì)是一個(gè)理性的邏輯過(guò)程,是在“堅(jiān)固、適用、美觀”建筑三要素統(tǒng)攝下對(duì)建筑功能、形式、技術(shù)、環(huán)境和經(jīng)濟(jì)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(jì)作為建筑設(shè)計(jì)中重要的組成部分,還存在著自身獨(dú)立的變化,這種變化是美學(xué)形態(tài)的直觀反映,是建筑形式設(shè)計(jì)過(guò)程中理性美學(xué)上升的必經(jīng)之路。當(dāng)這種變化無(wú)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(shí)候,建筑最終的形式也就確立了。大跨度建筑設(shè)計(jì)作為建筑設(shè)計(jì)的一個(gè)方向,由于其自身體量大、公共性強(qiáng)、結(jié)構(gòu)特殊等的建筑特性,因此其形式的設(shè)計(jì)也存在一定的特殊性,便是大跨度建筑的屋頂,尤其是后來(lái)出現(xiàn)的開(kāi)合屋頂。2影響大型多段建筑的開(kāi)口形式設(shè)計(jì)的兩個(gè)行為2.1大跨度建筑屋頂設(shè)計(jì)的理論基礎(chǔ):社會(huì)現(xiàn)實(shí)的真實(shí)表達(dá)(1)建筑形象。大跨度建筑的綜合性和社會(huì)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(dá)卻大多是通過(guò)屋頂?shù)乃囆g(shù)形象來(lái)實(shí)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(chǎng)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(shí)也是社會(huì)和時(shí)代的真實(shí)表達(dá),對(duì)人的精神有很大的影響。從古羅馬斗獸場(chǎng)到今天的大跨度建筑,無(wú)論是在視覺(jué)形象還是在代表的地域性特征方面,其屋頂經(jīng)歷了一個(gè)“無(wú)→有→二維變化→三維變化”的演繹過(guò)程,在這個(gè)過(guò)程中每一個(gè)環(huán)節(jié)都是各種可能性的衍生,最終生成了不同屋頂?shù)男巍ｋS著20世紀(jì)80~90年代國(guó)外具有開(kāi)合屋頂建筑的出現(xiàn),其屋頂?shù)脑O(shè)計(jì)已轉(zhuǎn)入“三維變化”中,尤其是大跨度建筑的屋頂設(shè)計(jì)和創(chuàng)作。(2)以人為本。大跨度建筑始終是社會(huì)活動(dòng)的一個(gè)很重要的中心,所以在特定時(shí)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(dòng)內(nèi)容會(huì)不同程度地影響到社會(huì)活動(dòng)的進(jìn)行和高密度人群中每個(gè)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(kāi)合屋頂?shù)男问皆O(shè)計(jì)應(yīng)考慮到開(kāi)合面積的大小和屋頂開(kāi)合部位對(duì)應(yīng)的內(nèi)部空間位置,進(jìn)而實(shí)現(xiàn)在公共性強(qiáng)的場(chǎng)所對(duì)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(fù)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(duì)物的規(guī)律的逐步探索開(kāi)拓,建筑結(jié)構(gòu)也在向復(fù)雜和多樣發(fā)展,從力學(xué)原理運(yùn)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(kāi)合屋頂形式的拓展提供了可能性,同時(shí)這些結(jié)構(gòu)在具體工程中的實(shí)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(kāi)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(chǎng)、日本大分體育場(chǎng)、南通體育場(chǎng)、上海旗忠網(wǎng)球中心和浙江黃龍?bào)w育中心網(wǎng)球館等具有不同結(jié)構(gòu)的開(kāi)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(jìn)的結(jié)構(gòu)條件包括先前的支撐,才能實(shí)現(xiàn)后來(lái)大跨度建筑開(kāi)合屋頂不同形式的設(shè)計(jì)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(dá),而且也是結(jié)構(gòu)選擇的重要依據(jù)。對(duì)于建筑形象和氣質(zhì)來(lái)說(shuō),材料表達(dá)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(duì)于結(jié)構(gòu)選擇來(lái)說(shuō),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(qiáng)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(jì)亦如此,甚至其要求遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)一般建筑,尤其是開(kāi)合屋頂,由于它自身是一個(gè)可活動(dòng)體系,在動(dòng)態(tài)中為了使結(jié)構(gòu)達(dá)到靜定狀態(tài),同時(shí)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(jī)材料等新型材料的廣泛使用,開(kāi)合屋頂?shù)男问揭沧兊酶S富、新穎。3頂板形狀設(shè)計(jì)3.1結(jié)構(gòu)參數(shù)和個(gè)人信息意象往往是建筑師在創(chuàng)作時(shí)靈感的來(lái)源,有時(shí)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(kāi)啟和閉合動(dòng)作的實(shí)物,例如眼睛、翅膀、花瓣、貝殼和雨傘等(圖1~6)。這些實(shí)物自身的美以及開(kāi)合方式都有各自不同的特點(diǎn),把這些實(shí)物中與設(shè)計(jì)相關(guān)的那部分用簡(jiǎn)單的邏輯關(guān)系提取出來(lái)便是意象抽象。大跨度建筑開(kāi)合屋頂?shù)男问皆O(shè)計(jì)可從這些具體的實(shí)物上獲得,通過(guò)保留實(shí)物的開(kāi)合方式和開(kāi)合特點(diǎn),依據(jù)建筑功能的布局和平面形狀,將具體實(shí)物抽象化,賦以合適的結(jié)構(gòu)選型,而后嫁接到開(kāi)合屋頂形式的設(shè)計(jì)中。3.2形式設(shè)計(jì)的前置條件有動(dòng)作說(shuō)明就有力作用的效果,進(jìn)而也就不難衍生出“開(kāi)合”的方式,進(jìn)一步也就有了開(kāi)合屋頂形式設(shè)計(jì)的先前條件。簡(jiǎn)單的動(dòng)作有折、疊、推、拉、轉(zhuǎn)、扭等(圖7~11),將這些簡(jiǎn)單的動(dòng)作通過(guò)不同大小的力或不同方向的力作用在物體上,便會(huì)使這些物體產(chǎn)生不同形式的開(kāi)合,對(duì)于大跨度建筑開(kāi)合屋頂而言,將這些動(dòng)作抽象到具體的設(shè)計(jì)當(dāng)中也會(huì)是開(kāi)合屋頂形式設(shè)計(jì)的途徑。3.3幾何綜合體的邏輯關(guān)系最簡(jiǎn)單的幾何體有方、圓、角、扇、方體、柱體和錐體等(圖12,13),當(dāng)這些幾何體通過(guò)一定的邏輯關(guān)系組織起來(lái),便能形成整體性很強(qiáng)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€(gè)或多個(gè)幾何體最終組合的結(jié)果。對(duì)于大跨度建筑開(kāi)合屋頂?shù)男问皆O(shè)計(jì)而言,同樣可首先由幾何體切入,根據(jù)整個(gè)建筑的功能劃分和建筑師的設(shè)計(jì)理念,將幾何體通過(guò)“加開(kāi)減合”或“加合減開(kāi)”的邏輯關(guān)系進(jìn)行組織、抽象而獲得。4形式與功能的關(guān)系在實(shí)際的工程中除了開(kāi)合屋頂形式的概念設(shè)計(jì)外,還要涉及到具體的構(gòu)造設(shè)計(jì),這些構(gòu)造是建筑達(dá)到“善”的重要構(gòu)成元素,是絕對(duì)不可忽略的,其中包括屋頂排水、氣流疏導(dǎo)、采光、遮陽(yáng)、防火、動(dòng)力源和日常修復(fù)等(圖14)。由于大跨度建筑在設(shè)計(jì)過(guò)程中形式與功能的先后關(guān)系表現(xiàn)得不過(guò)分強(qiáng)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(jì)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(jì)確定構(gòu)造。5