現代的房子為什麼很少建成圓柱型的?
「為什麼房子不建成圓柱形呢?」
「為什麼房子要建成圓柱形呢?」
知道了選擇圓柱形的利與弊,也就知道了不選擇圓柱形的弊與利。一體兩面。
我不愛寫一句話的標準答案,覺得我跑題的請隨意點「沒有幫助」按鈕。
假設我們突然跟 Doctor Who 或者機器貓做了朋友,假設我們可以搭乘他們的 TARDIS 或者時光機,興沖沖的回到文明最開始的時候,去採訪採訪我們的祖先們。
我們問祖先們,「為什麼房子不建成圓柱形?」
祖先們一臉懵逼,「啥?房子還能建成別的形狀?」
我們看了看四周,美洲大荒漠,好像有不少野牛,我們祖先就住在一個個小土包里。
看來,這一屆祖先不行。我們再換個地方。
從時光機上下來,我們又問,「為什麼房子不建成圓柱形?」
祖先們面露菜色,「啊?我們只會這個圓柱形啊。我們倒是也試過別的,但是不太好壘,容易塌…」
我們又看了看四周,好一派地中海風光,祖先們正在很辛苦的壘石頭塔。
美洲歐洲都去了,再來亞洲看看。
從時光機上下來,我們又問,「為什麼房子不建成圓柱形?」
祖先們笑容憨厚,「咦?還有別的形狀?那怎麼用木條編呢?」
我們再看了看四周,蒙古大草原上祖先們正在收拾行裝,逐水草而居。
再換一個,時光機再次啟動。
「為什麼房子不建成圓柱形?」
祖先們一個雪球砸到我們腦門上,「不建成圓的還能建成方的?方的怎麼壘屋頂?你想砸死我們?」
看來祖先們都不行,竟然只會造圓形的房子。
為什麼呢?其實原因也好理解。
一方面,大自然是沒有方形的,大自然也沒有直線,祖先們去哪裡想到竟然還會有直線組成的方形這種形狀呢?房子是個神聖的地方,祖先們參照日月星辰,看上去全都是圓的;想要房子結實,祖先們看看手裡的雞蛋,看看河裡的鵝卵石,都是活生生的例子;想要房子不被風吹壞,不被雪壓塌,森林裡的參天大樹看上去不怕風雪,沒見過方的樹榦,也沒見過方的樹冠。
另一方面,祖先們手頭只有泥土、石頭、木頭、雪這些天然材料,雖然他們可能不明白其中的科學道理,但是從大量的嘗試和失敗中,他們還是明白了,這些天然材料的抗彎性能非常有限,想要做出一個屋頂來,只有拱頂一條路。當然他們可能並不知道拱頂利用抗壓性能的原理,但是或早或晚,世界各地的祖先們都琢磨出來了拱頂。要想成功的建造拱頂,拱腳的側向力平衡就非常關鍵,而圓形是最完美最合理的形狀,因為從各個方向的拱腳到拱頂的水平距離都是一樣的。
如果我們回到時光機上繼續我們的時光之旅,圍觀一下人類文明史上那些決定性的時刻,那一定少不了這一站。就在這座斜塔上,伽利略做了那個著名的自由落體實驗。
某種意義上,這是實踐科學的起點,從此人類不再是懵懵懂懂跌跌撞撞的摸著石頭過河了。我們學會了研究科學的方法,我們知道了研究科學的意義,有了這個好的開端,離我們真的造出跨越江河的橋樑已經是指日可待了。如果我們細心觀察的話,這座永留史冊的比薩斜塔就是一個標準的圓柱體。
我們的時光之旅里自然也少不了殘酷血腥的戰爭和隨之而來的波瀾壯闊的文化遷徙。在中國福建,我們可以看到遷徙而來的客家人正在建造他們的宗族堡壘。
「您好,能談一下您這個房子為什麼建成圓柱型嗎?」
「好的,主要是我們一個大家族都住在一起,外面戰亂四起,有槍就是草頭王,還有倭寇什麼的,亂世嘛,安全第一。我們這個堡壘就是個龜殼陣,全方位無死角。」
我們的時光之旅也一定少不了人類科學技術的發展。隨著工程力學的發展,人們明白了應力,明白了強度,這才讓很多大規模的工業化生產成為可能。
比如,如果我們不知道如何分析容器的環嚮應力,那我們怎麼才能造出工廠里的各種壓力容器呢?
其實這個道理也很簡單,我們從很早時候就學會箍木桶了。之所以需要「箍」緊木桶,之所以一塊一塊木板拼起來的木桶並不漏水,原因就在於我們用環箍提供的環向拉力平衡了木桶裡面水的壓力。如果外面的環箍斷了或者鬆了,木桶就會漏水。也正因為如此,承擔著拉力的環箍不適合跨越稜角,否則容易被割斷,也容易應力集中,所以木桶的環箍這一圈最好沒有任何稜角。又一次,圓形成為了最完美最合理的解決方案。這也就是為什麼很少有方形的木桶。
同樣的道理,這也是為什麼氧氣瓶都是圓的,而不是方的。如果是方的,一定會是方形的那四條棱邊最先被撐破,相當於整個罐體有了四個非常薄弱的節點。而圓的壓力罐,沒有任何一個地方是明顯的弱點,幾乎是完美的均勻受力,所以不容易被高壓氣體撐破。
我們在時光機上看著如火如荼的工業化進程,各種各樣的工廠拔地而起,筒倉、煙囪、處理塔、高爐、輸送管道……這些東西全都是圓的,幾乎沒有方的。道理也是同樣。
比如水泥廠。
比如煉油廠。
比如化工廠。
比如污水處理廠。
比如核電站。
如果這些也算作廣義的「房子」的話,那麼絕大多數造水泥的「房子」、煉油的「房子」、發電的「房子」都是圓柱形的。在這些工業「房子」里,圓柱形才是主流。
我們的時光之旅也能欣賞到人類文化藝術的演進。在工業化興起之後,傳統的以磚石砌築為基礎的建築藝術再次受到了挑戰,各種藝術新思潮風起雲湧。
比如蘇俄建築師梅爾尼科夫 1927 年設計建造的自宅,整個建築像蜂巢一樣由同一種規格的六邊形構件砌築而成,只不過,窗戶位置的六邊形構件是空心鑲玻璃,牆體位置的六邊形構件則是實心填充。
再比如義大利都靈 1933 年建成的滑雪場度假酒店,這個圓柱體建築不需要樓梯,內部的走廊螺旋狀上升,從一層直達頂層,各個客房也是按照這個走勢螺旋狀排列。2006 年都靈冬奧會,這個建築還依然完美的履行著它作為渡假酒店的職責。
這個酒店跟賴特的名作古根海姆美術館其實有異曲同工之妙,同樣都是走廊螺旋式上升,形成從底層到頂層完整的流線。只不過古根海姆美術館是個倒過來的圓台,並不是一個標準的圓柱形。
還比如 1972 年建成的巴伐利亞汽車製造廠的辦公樓,又稱全球最大的四氣缸(英語中 cylinder 既有圓柱體的意思,也有氣缸的意思)。
「您好,能談一下咱這個汽車廠的辦公樓為什麼要修成圓柱形嗎?」
「我們 BMW 嘛,我們的產品再爛,只要有我們這個車標在上面,就有的是人搶著買。我們這個總部辦公樓,就是一個跟車標的呼應嘛。牌子!別~摸~我!我們以前造飛機嘛,藍天白雲四葉螺旋槳,所以我們總部也是四個圓柱體嘛。」
隨著工程技術的進步,我們又慢慢意識到了空氣動力學的存在。今天的空氣動力學,不僅僅影響著飛機和汽車的設計,不僅僅讓超跑們有各種各樣炫酷炸天的擾流器,不僅僅讓戰鬥機們有著各種各樣秒天秒地的氣動布局,同時也影響著建築結構的設計。
最簡單的解釋,風吹過圓柱體的時候非常平順,而吹到長方體上就不那麼平順了,如果這個長方體還有很多小突起,那就更不妙了。這也解釋了為什麼今天的大多數超高層建築,極少有方盒子造型的,哪怕不選擇圓滑曲面,最起碼也要把長方形或者正方形平面的尖銳稜角切掉,變成邊角為鈍角的八邊形乃至其它邊數更多的多邊形。
比如法蘭克福的這棟圓柱形建築,就是一個很典型的現代高層建築。
再比如聖路易斯的這棟建築,同樣也是。背景里是著名的聖路易斯拱門。
還比如芝加哥的地標之一,Marina City。
在另一個平行宇宙里,這棟雙子樓位於布魯斯·韋恩在哥譚市的公寓對面。
隨著城市化進程的不停加速,圓柱形建築跟城市之間也有了很多有趣的關係。
比如日本大阪的這個著名的 Gate Tower,圓柱體中間橫貫了一條高架道路。
再比如這個巴西的公寓樓,看上去平淡無奇,但其實每一層都可以獨立旋轉……
整個圓形的起居部分,可以繞核心筒隨意旋轉,視心情而定。
在現代主義之後,建築藝術走進了後現代主義、解構主義、地域主義等等的百花齊放新時代。而圓柱形構圖同樣也有了更多的意義。
比如奧斯卡·尼邁耶設計的巴西總檢察院辦公樓。
再比如奧斯卡·尼邁耶設計的巴西議會大廳。敞口向上的那個是眾議院,閉口向下的那個是參議院。
還比如哈薩克首都阿斯塔納一系列未來主義的建築。不僅僅北京有大褲衩,阿斯塔納也有近處兩個金罐啤酒和遠處兩個食盆。
對於建築在純藝術領域的探求,也可以看到圓柱形的身影。
比如「日本雙熊」之一的伊東豐雄的「風之塔」。
再比如另一位「日本雙熊」安藤忠雄的「冥想之庭」,位於聯合國教科文組織總部。
既然我們搭乘的是機器貓的時光機,我們的時光之旅也不用停止在現在。我們不妨去未來看一看,如果我們將來能去往那星辰大海,那顯然不太可能是坐著方盒子出發的。如果我們像《三體》那樣變成了星艦文明,那也很難想像一個大方塊的星艦。
不管是 Star Trek,
還是 Star Wars,
抑或是 StarCraft,
反正沒見過會飛的大方塊兒。
那是不是圓柱形構圖一定就代表著生產力的發展方向、一定就代表著文化的發展方向、一定就代表著人民群眾的利益呢?
答案當然是否定的。
所謂的工程設計,講究的是「運用之妙,存乎一心」。生搬硬套是行不通的,弄不好就是邯鄲學步、東施效顰了。
比如這個:
頂個球?
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圖片來源
印第安人納瓦霍部落民居:Indian Hogan by TravelPod Member Madhaggis ... click to see full size!
義大利薩丁尼亞島民居:Pro. - Page 31 - SkyscraperCity
蒙古族民居:http://likeloveblog.blogspot.com/2008_07_01_archive.html
因紐特人冰屋:Igloo and Snow-Shelter Building 04-20-2016
比薩斜塔:https://www.expedia.com/Leaning-Tower-Pisa.d6073864.Vacation-Attraction
福建土樓:https://zh.wikipedia.org/wiki/%E6%B2%B3%E5%9D%91%E5%9C%9F%E6%A5%BC%E7%BE%A4#/media/File:Nanjing_Hekeng_2013.10.04_17-17-00.jpg
圓柱形壓力容器的應力:Mechanics of Materials: Combined Loading
木桶:http://www.beaverbuckets.com/
氧氣壓力罐:http://www.leisurepro.com/blog/scuba-guides/scuba-divers-tank/
水泥廠:Limpopo gets double dose Investment, Mamba Cement and Thavhani Mall
煉油廠:http://northernst.com/About-Us.php
化工廠:Kamorphos
污水處理廠:Mogden Sewage Treatment Works Upgrade, Isleworth
核電站:PSEG Temporarily Without More than 2,200 MW of Nuclear Generation
梅爾尼科夫自宅:AD Classics: Melnikov House / Konstantin Melnikov
義大利 Sestiere 酒店: sembra bellissimo - Picture of Grand Hotel Duchi d"Aosta, Sestriere - TripAdvisor
古根海姆美術館:Solomon R. Guggenheim Museum - NYC-ARTS
BMW 總部:12 Things you didn"t know about BMW
建築平面風荷載流向示意:"Mr. Fuller, Why would you build a round house?"
法蘭克福 Westhafen Tower:planning for structural framework
聖路易斯 Millennium 酒店:Millennium Hotel to Close in January
芝加哥 Marina City:http://www.archdaily.com/87408/ad-classics-marina-city-bertrand-goldberg
電影《黑暗騎士》中的 Marina City:Marina City appears twice in third ?Dark Knight? trailer
日本大阪 Gate Tower:http://www.amusingplanet.com/2012/01/gate-tower-building-with-highway.html
巴西 suite vollard 公寓:These Buildings Can Actually Move by Rotating
巴西總檢察院辦公樓:sedepgr_aerea1
巴西議會大廳:Brazilian National Congress
哈薩克阿斯塔納:The Strange, Post-Soviet Architecture of Astana, Kazakhstan
風之塔:AD Classics: Tower of Winds / Toyo Ito
聯合國教科文組織總部冥想之庭:http://bbonthebrink.blogspot.com/2012/09/tadao-ando-meditation-space-unesco-paris.html
華西村龍希國際大酒店: Longxi International Hotel, Jiangyin, China
上海南站是圓的,缺點是旅客容易找不著北、轉向。據說設計成圓形是為了「讓南來北往,方向各異的旅客步行距離最短」(參考:為什麼上海南站要造成圓形的? - 設計 - 知乎),但實際上海南站並不省腿。
塘沽站的南站房也是圓的(這才是中國第一座圓形火車站,比上海南站早了約20年),房子不大,裡面就一間候車室,沒有分割成小房間,用起來沒啥問題,視覺效果比千篇一律的火柴盒式車站好一些。
(攝於2006年)南開大學經濟學院「蘑菇樓」也是圓的,裡面好像是扇形階梯教室吧。
配上後面的高層板樓,像個墳墓。
總之圓形公共建築並不少見,只是不如方形的房子容易分割。
建築木工,來現場結合柱子談談實操:如果做成圓柱,外部定型模具一般選擇
這種預製的鋼模,製作、運輸、吊裝成本相對較高。那麼用木模現場製作呢?
首先一般的木工只有這幾件工具:
所以,一是製作標準較高的圓柱是有難度的;
二是基本上框架結構柱子和梁、頂板都是一次連貫澆築的,方形梁與圓柱柱子銜接處也不太好處理。
所以一般的住宅建築的柱子都設計成方形,現場工人施工也簡單高效:
另外我也用木模製作過弧形牆,經過努力弧度基本能達到要求,但是加固時只能用較粗的鋼筋替代鋼管,才能保證盡量不變形走樣。
…………
一點小道理,不知有用沒用?
…… ………… …… …… ……
附:用木模製作圓柱體。
搞工程,技術沒難度的情況下,沒有普及的唯一原因就是「貴」!!!!「貴」體現在好多方面,設計難度,施工難度,加工難度,銷售難度等等等等等。從前到後,從裡到外,從空間到時間。
而且答主忽略了最重要的問題,圓柱形建築雖然看起來空間大,但是,平面利用率太低。任何建築方案的規劃設計基本前提是「路」,動線啊,人流啊,車流,物流之類的。大多數路是直的,所以在「路網」劃分下,為了保證土地面積最大利用率,建築必然也是方的。追求造型的公共建築除外………本題更準確的描述應該是【為什麼大多數樓房是矩形的?】
A-圓空間利用率太低了。
1、外部空間
同樣的一片方形土地上,立起100棟高樓,建築面積差很多。
【也許你會問,為什麼土地是方形的?這個要服從城市規劃、交通規劃啦。路最好是直的,所以街道最好是直的,道路已經把區域分成了一片一片的矩形、三角等多邊形區域】
2、內部空間
如今傢具,座椅,床,柜子大多是方形的,怎麼合理美觀的利用室內空間也是差別巨大。矩形房間利用率很大,圓形房間很多角落很難利用(綠色區域為利用率較高區域)。除非配套把很多要靠邊放的傢具物品做成弧邊。
B-弧邊的東西不好做
只說牆體的壘磚塊,牆面的平整,抹灰都不好弄。
再說每層的邊界梁體也不得不採用特殊形狀的梁體了吧?
獨立的一條直邊可能一片橫樑,兩個立柱;一條弧邊需要一片弧梁,至少三根立柱。
弧形的梁的模板,鋼筋板扎,等之類問題也比普通梁複雜昂貴吧?
很多其他情況就不說了。
類似問題可以看看這個。既然三角形是世界上最穩固的結構,為什麼建築不都做成金字塔的樣子呢? - 李小亮的回答 - 知乎
為什麼梁與柱子一定要直線形狀?有沒有整體是環形的梁搭建起來的構築物或建築? - 李小亮的回答 - 知乎
在建築史上,房子變得方方正正是現代建築思潮流行的一個結果(19世紀末到20世紀中),一個最強有力的因素:這是來自業主方的需求。
需要房子的業主方的需求,簡單來說,就是以最低成本滿足最大的空間效率。具體計算上,前述幾位朋友都做了很好的技術分析,我僅作管理一側的簡述。業主方在同時期由於科學管理思想的日漸普及(19世紀末至20世紀初產生,以泰勒《科學管理》為標誌),也對建築空間效率提出了同樣的要求,這是現代建築思潮的一大來源。
這種業主方的管理思想至1970年代居然導致專門誕生了空間規劃與管理這門專業和企業職能,進而在1980年代演化成為現代FM管理模式,所有的機構蓋房子都是在這個模式管理下進行的,他們對於建築設計的走向是深遠的、但並不外露。除了方方正正之外,同樣的結果還有,表皮都變得光溜溜的,這不僅僅是建築藝術的要求,更加是運營維護的要求(容易清潔、維護)。
註:上述業主方主要是指企業機構,他們的機構所需要的主要是非住宅建築(capital facility),偶爾也有住宅,如美國政府的白宮就是總統的住宅兼辦公室。建築大師密斯來到美國之後接受委託的絕大部分都是此類公共建築,相比之下他以前在歐洲設計的基本上都是住宅。因此,我們可以認為是業主方的需求與建築大師的設計思想合力促成了現代建築思潮的普及。方形的建築,可以擺放任何90°形狀的傢具和室內裝飾。
而圓形的建築,必須要對應相同的曲率才能完美貼合。馬里奧·博塔就很擅長圓柱形。建築無定法。
為什麼你會覺得周長相同就是材料相等呢?難道你是幕牆公司的。
蒙古包大部分是圓的,窯洞上面也是圓的。以前柴草蓋的房子圓形的也不少。
現代的房子蓋圓的有困難。木頭檁條有弧度的不好弄,土牆坯要製作出圓弧比直的難多了,圓弧磚製作,運輸,使用都比平直的難。我們有建成圓柱形的,甲方領導看到第一眼說,這是什麼鬼?就一碉堡嘛。進去看了下說,這樓梯也搞成圓的呀,隨行人員立即解釋:這是銅錢的外圓內方,領導大喜。
圓柱形的房子有以下幾個缺點:
1、施工難度大,一般圓柱形的房子搭配圓柱形的柱子,圓形的混凝土現澆面。模板損耗大,重複利用率低。
2、保溫效果低,正方形平面的建築保溫效果最好。
3、空間利用率低,邊邊角角的基本無法利用還增加了打掃難度。一般管道、線路的改造和增加無法在外牆,只能從內部走,麻煩且浪費空間。
4、造價高,施工難度大、材料損耗大,相應造價就高。圓柱形的外牆不做幕牆會很難看。幕牆的維護保養、造價、保溫性能對磚牆沒有優勢。
因為出讓的地塊基本都是方形的,對於商業和住宅建築來說,變方為圓所節省的工程造價遠少於犧牲的容積率所能帶來的收益。
至於公共建築,想怎麼蓋便可以怎麼蓋。以國內建築高層為例
考慮到防火分區2000平方米計算:
平面為圓時,周長約為158米
平面為正方形時,周長約179米
忽略其他因素,外表面積增加約13%
建築外牆(外圍護結構)佔總投資的比例不是常數,按照一般情況外牆造價佔總造價的比例不會超過10%(超高層建築,地標建築,特殊建築的外幕牆造價往往較高,但相應的其他項造價也不同比例提高)
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如果常見玻璃幕牆造價約800元/㎡,我們按1000算,
層高取4米(一般住宅2.7~2.9,辦公樓4~4.5),圓形時外牆總造價約63萬元,相當於每平方米315元,但該建築每平方米總造價大概率超過4千元,這還不算土地成本,財務成本等。(想想如動輒數萬的房價)
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所以外牆投資增加(圓改方)的部分(上述計算的結果13%)佔總造價的比例不會超過1.3%,如考慮總投資,該增量可能低於0.5%
反觀圓形平面帶來的最重要缺點之一:平面效率低下
除了使用圓形平面更有價值的建築(如全景餐廳)及半徑巨大可以近似圓弧成直線的建築(如體育場館)外,圓形外牆使建築平面出現諸多不規則房間,無論採用何種房間分隔方式,造成的面積浪費都將大於1.3%
所以,常見建築用圓形平面一般來講得不償失。
一棟房子,不止需要一圈牆圍出來的面積。
還需要窗子通風,採光,組織流線,確定功能。
意思就是,我知道圓大,但是我就是不能讓它太大。哈哈,好問題。
想想以前工匠們蓋著蓋著蓋成了。。。橢圓。。。
其實正圓不是那麼好弄,而且中心對稱的空間布置,跟民間世界觀不符合。
你讓老太爺住哪間?
萬神殿最中心?
其實圓柱形也有的。
那麼多佛塔。。。。
佛塔從一開始不規則,到四邊,到八邊。。。。有向圓進化的趨勢。
只是八邊後基本穩定,沒有向16邊推進,按說16邊更穩定,更抗風。。。
還有祈年殿為代表的明堂一組,
涉及到天么,就要圓了。
當然不能算近代的圓形碉堡。。
難道比薩斜塔不是??
非專業,我想了這麼幾個問題。
1.城市裡寸土寸金,圓柱形的樓房,無論是橫豎對齊還是六角密排,中間的空地做什麼用呢?綠化嗎?
2.圓柱形住房向心部分的採光怎麼辦?和塔樓一樣嗎?1中說的綠化又如何採光呢?
3.設計不難,但建築過程中建造圓柱形建築恐怕比方形建築難度大多了吧?
偏
題
啦
!
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偏題內容:
通俗的說下。現在建築大多混凝土的,做的時候就是用模板,也就是木板釘個模子,然后里面灌上混凝土,等凝固了之後把模板拆了。就是這麼個過程。
找點小木片之類的做做看就明白了,釘個有稜有角的方模子很簡單,但要是做圓的…
所以一般做圓柱子,量大規格統一的話,就用定製金屬模板;量少,規格不固定的話,就用木模板,這就到了考驗真正技術的時候了,為了追求表面平滑度還要用清水模板,想辦法搞成圓的。(具體怎麼搞不知道,我不是木工,反正挺費事,而且是技術活=。=)
由此可見,做圓柱子要麼材料貴,要麼人工貴,要麼材料人工都貴,反正就是貴,而且做起來不容易。這還只是模板,鋼筋綁紮之類事也不少。跟方的比在結構上也沒什麼突出的優勢,所以也就是為了美觀少量的做一些。
圓形建築,劃分的房間歪歪扭扭,傢具很難安排。
對於會議室、展覽廳,可以用圓形建築。但是對於住宅,需要放床、柜子、桌子、灶台、冰箱等大量傢具,奇形怪狀的房間會浪費很多角落的空間。
方形的桌子可以在方形的室內任意位置與牆貼合。而不同半徑的圓是無法貼合的,因此如果圓形的室內空間,為了提高室內利用率,所有的傢具都要定製。
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