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奥翔:建筑变轻盈是一种趋势

  建筑变轻盈不仅限于现代建筑这个短暂的时期,其实在更长的历史里,建筑越来越轻也是一个趋势,那背后有什么原因嘛?确实有!有办法达到嘛?确实有!

  大约可以从想(Think)与做(Do)的两个维度上看这个问题

  从想(Think)上讲大概有三点:

  1.计算方法的变化

  2.计算能力的变化

  3.范式(Facade)的束缚

  从做(Do)上讲大概有三点

  4.材料的进步

  5.精度的进步

  6.分工的融合

  1.计算方法的变化

  a. 经验阶段

  古代工匠在建造活动中,其实已然发展出很多结构形式,也造就了很多古代宏伟的建筑物,比如简支梁柱、桁架,比如推力屋盖。古希腊的阿基米德的那个杠杆支点就是对于当时的力学经验的一个概括。但是力学跟很多学科一样,从古希腊到现代建筑运动之前的所有时代都没有什么重要进展,始终是基于经验的认识,依靠经验与感觉,比如15世纪的范式大全-阿尔伯蒂(Alberti)在一本关于拱桥的著作里说:“拱券的净跨应该大于4倍并小于6倍桥墩的宽度,桥墩宽度应为桥高1/4,石券厚度应不小于跨度的1/10。”诸如此类的法则或者经验可能是符合力学原理的,但缺少力学分析与计算,而是某种规范化的经验。这种感性经验得出的结构与构造,一般截面偏大、用料偏多、安全系数很高,这也是为什么我们今天还能够看到这些古迹的原因之一。

  b. 数学分析阶段

  达芬奇、伽利略、胡克、牛顿,渐渐地走向了用数学的方法分析力的道路。其中17世纪后半叶的牛顿与莱布尼兹几乎同时发明的微积分为往后的分析提供了更强大的数学工具,为数学分析提供了可能。

  再往后就是那一大波大牛与理论。

  波诺里(John Bernoulli)——虚假位移理论

  波诺里(Jacob Bernoulli)——平截面假定

  欧拉(Euler)——弹性曲线理论、压杆的稳定理论

  拉格朗日(Lagranze)——广义坐标

  到这个阶段,人类有可能对结构进行更精确的计算,从而减小结构冗余的安全系数。

  2.计算能力的变化

  数学工具的进步让我们能够计算平衡的方程,从静定结构变成可以精确计算的结构了,才出现这种三铰拱桥,很轻盈。

  

 

  索尔吉纳托贝尔大桥(Salginatobel Bridge),1929,Robert Maillart

  计算机的出现,让人类计算迭代的能力突飞猛进,出现了有限元计算,才能够更轻。

  3.范式(Facade)的束缚

  设计房子是一个经验知识,不是先验知识,学习的过程必然需要依托前人的经验,然而所谓革新的设计又需要突破前人的经验,而有些规范化的经验变成了传统,这种传统范式往往会束缚工程与建筑的进步。

  尽管听过很多道理,但是当我们扪心自问:我们被范式束缚了嘛?却依然过不好人生,这问题的答案就是这么讽刺。

  比如石上纯也的桌子就是突破了对于桌子这个物体的范式。

  

 

  水晶宫在当时突破了当时对于房子的范式,然而现在我们看见全玻璃幕墙就不会感觉奇怪。

  4.材料的进步

  建筑变轻的脚步也伴随着材料变强的过程

  材料的进步是向着更强更薄更透的方向发展的,从最开始的不能抗拉的石材、能抗拉但保质期不长的木材,到后来的生铁也就是铸铁、钢铁,再到混凝土、钢筋混凝土、预应力混凝土。

  回归到结构的角度,石上纯也的KAIT工坊也算是预应力的一种

  本质上讲就是把垂直与水平荷载分开在不同的柱子上承担,这样柱子只受轴向力,不承担弯矩,就能减小界面尺寸,达到比羽毛还轻的效果。

  5.精度的进步

  对于材料加工精度以及装配精度的进步使得人类可以进一步压缩安全系数,减小截面尺寸。

  就像KAIT工坊的玻璃幕墙,5m高一整块的玻璃不可能靠自身承重,那玻璃的上边缘一定有幕墙的构造,然而精度的进步使得它能在很小的高度里解决这个问题,也就轻了起来。

  6.分工的融合

  这是我最感兴趣的,也是最难达到的。

  现在建筑的复杂程度已经到了依靠个人力量不足以穷尽建造所需要的一切知识的地步,随之而来的就是专业的分工,因此在专业分工之后的配合就成了一个制约设计弹性的重要因素。

  比如钱强设计的无锡美新微纳传感厂区办公研发大楼,照片上看起来很轻,因为房子的幕墙是做过优化的,机电藏在了楼板里。

  石上纯也也把机电藏在了KAIT工坊屋顶,屋顶在内部又往后退,通过构造加强了轻薄的感觉。

  大约综上所述也就六点原因,也就是说可能从这六点进行突破。

  建筑师能做的就是对范式、分工融合的处理。前者需要扪心自问的自省;后者需要跨学科的知识、良好的沟通、以及许多经验与教训。

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