從結構角度來說,混凝土的特性到底是什麼?建築師應該如何利用混凝土這種材料的特點來做設計?

本人畢設題目是做一個預製混凝土的小建築,50平米,5米高。
大家方案模型都是用白卡或者PVC板做的,選擇的預製構件單元大多都是板。老師看了以後說我們對於混凝土材料的特性沒有了解,說我們的TASTE有問題。他說混凝土是粉末,不是木板,但是他也沒說混凝土的特性到底是什麼。
我疑惑的地方在於,混凝土既然是粉末、是澆築成形的,那麼應該可以成為任何我想讓它成為的樣子,板、桿件、拱都可以,它到底是否有它自己更想成為的形式呢?


【多圖預警】【只會刷圖片泥垢了】

看到這個題目肯定會想到某科在南京的微築競賽(我不是做廣告的!),賽題大概就是一個運動公園中的小構築,用預製混凝土技術,要「可居可游可觀」。第一屆是在東南大學舉辦的。評委除了萬科以外,有當時的院長,當時的系主任,當時的院長助理。先來欣(tu)賞(cao)一下第一屆微築競賽的作品吧,歡迎在評論里留言。【微築競賽】複賽最終評圖頒獎典禮

入圍八個作品,有一個疊石沒找著,聽名字就是構件化的。

階亭

第一屆[微築競賽]佳作獎 之 階亭
標準構件,單個的單元結構是不成立的,整體成立。

THE BRIDGE TEAHOUSE

第一屆【微築競賽】優秀獎 之 THE BRIDGE TEAHOUSE
半拱,標準構件,樓梯略蛋疼。

一葉舟

第一屆【微築競賽】優秀獎 之 一葉舟
拱,混凝土的塑性,有一點殼和變截面受力的考慮在內。很詩意的作品。

靜力之花(抱歉沒拍到模型照片,網站上只有效果圖)

第一屆【微築競賽】優秀獎 之 「靜力」之花
半拱,構件化。

隱形之力

第一屆【微築競賽】優秀獎 之 隱形之力
混凝土的受壓能力轉化為懸挑距離。

七巧亭,(這個和第一名都是優勝獎,但是實際建造選了下面的第一名)

第一屆【微築競賽】優勝獎 之 七巧亭
折板。

前方高能

第一名的「框架之變」

第一屆【微築競賽】優勝獎 之 框架之變
(說點什麼呢?梁板柱?)

我們不禁回想起來,評委除了萬科以外,有當時的院長,當時的系主任,還有當時的院長助理。
這裡因為利益相關,沒法細說。萬科對第一名作品的態度什麼的我反正不知道,總之第二屆的評委是換了人的,口味未必相同了 。入圍賽的總結大概有這麼個意思:還是要從空間出發,很多同學做了預製混凝土構件,但是空間不舒適。


混凝土確實是受壓能力好,但是鋼筋混凝土這種體系就是考慮到了這一點,讓鋼筋來輔助混凝土受拉的部分的。如果做混凝土小工藝品,沒有鋼筋,那確實得考慮它不能受拉。但是做這麼大一個構築物,不可能不配鋼筋的,完全可以存在受拉部分。混凝土要是不適合做梁,你告訴我為毛現在絕大多數建築都有鋼筋混凝土梁。還有為什麼要吐槽預製混凝土板,康就很喜歡預製混凝土板所具有的紀念性,你看我另一個答案里有寫到:

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評論里速答了一下,這裡展開說。適合混凝土體系的形式,也就是具有名片般特徵的:

羅馬人發明混凝土的時候就是做穹頂的:

拱。混凝土的拱比磚多了一種平滑感。那個,悉尼歌劇院的圖我就不放了,混凝土的三鉸拱。下面是多摩↓

半拱(包括弧線切成直線,變成三角形的那種情況)。很經典,上面出現了不少次。(我本來想說別的結構形式不做半拱的,後來想到了飛扶壁。)最經典的應該是這個例子(我就不提龍美):

變截面柱,
賴特的那什麼制蠟公司↓

戈登·邦夏的耶魯圖書館↓

球殼,羅馬小體育宮↓

各種奇葩的曲面,雙曲面馬鞍面什麼的,應該都算殼體:
紐約肯尼迪機場的美國環球航空公司候機樓
金貝兒美術館的筒殼
這什麼餐廳來著↓

折板,一牆宅知道的人太多,我想放這個,因為我不知道是哪個建築,評論一定會有人告訴我↓

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混凝土體系的靈魂在於塑性。預製混凝土肯定不能放棄這一點,又不是做工業化住宅(等等,我膝蓋有點疼)。預製混凝土體系考慮生產,必然會構件化。構件化的預製混凝土,指向的就是對塑性構件之間關係的思考。

老師只帶你們參觀了一家預製混凝土廠吧,估計現澆率還是很高呢。你知道存在著多少種預製混凝土結構體系不?反正我是數不清。再開發一種新的對畢設來說應該不難吧。我就舉一個例子,有一種體系,構件之間拼裝好以後,用鋼索穿過它們,把它們收緊。(某競賽的微信號里有)(我不是做廣告的!我自己參加了沒拿獎!估計是空間不舒適!)


實際澆築一下就知道啦。放幾個我們混凝土workshop玩兒的一些粗陋東西:

photo by Diederik

磚才不想成為拱,是不得已。磚在燒制的時候,就已經被賦予了形態。人們燒磚,就是需要一個單元化的建築材料而已。都已經預設了材料的功能了,還指望什麼自由發揮。

而混凝土不一樣。混凝土從流態到固態,決定了一開始它無比自由,之後又無比堅固。所以對於混凝土而言,可塑性才是對於建築師最重要的特性。混凝土可以實現各種各樣你想要的形態,關鍵是,你需要怎樣的形態。混凝土就是無限的可能性。

混凝土板,和方盒子建築一樣,是效率很高的選擇。但是從設計的角度,就未免太缺乏探索了。混凝土可以預製上圖這樣高迪式的柱子節點。你真的只想要一塊混凝土板嗎?


我不是建築屍,但是之前有注意過一個專門玩混凝土的公司KAZA Concrete,簡單分享一下吧,希望能拋磚引玉。

該公司現階段專註於模塊化混凝土鋪裝解決方案,公司總部位於英國,另外在匈牙利也有辦事處和工廠。他們讓我知道了混凝土原來不止能做成簡單的曲面的平面的或者是方的圓的,他們把混凝土玩出了很多種顏色同時還玩開了花兒。他們的招牌產品是他家的fibre reinforced concrete(纖維混凝土?不是專業人士,如果翻譯有誤還請指出),他們自己給他取了個名字叫智能混凝土(smart concrete)。他們的主打是各色花式的預製混凝土,他們利用混凝土做成了各種形狀、顏色、角度和帶有凹凸花式的混凝土磚來應用到各種建築設計中去,用的最多的則是牆面和地面了。

下面是產品欣賞時間 :)

以上圖片均來自其官網的產品介紹電子書,想看更多案例和詳細文字介紹的可以點進去看看:
http://issuu.com/kazaconcrete/docs/kaza_brosura_issuu/59?e=7977991/2746826下面放個完整的解決方案實地效果讓大家欣賞一下:

看到圖中那些黑色和白色的床頭背景牆和浴室幕牆了么,是不是很像皮革牆面軟包?然而並不是,他們都是預製混凝土磚。


混凝土的本質是人造石,特點是剛度大強度低(抗拉比抗壓更低),可塑性高,天然滿足超靜定。鑒於混凝土抗拉強度低的特點,在結構中基本都是和鋼筋共同工作的。木材的特性是抗拉能力比抗壓能力更強,作為板材不用擔心強度問題。你的預製混凝土板里不會沒有鋼筋吧?
還有一個錨固問題,混凝土板最好是和樑柱現澆在一起,這樣整體性最好,抗震能力也強。如果是預製的,就面臨搭接問題,你是做成鉸接呢還是做成剛接?
做成桿件要考慮壓屈失穩和受拉斷裂,做成拱沒問題。
他最喜歡的形式就是柱子了。


1.混凝土抗壓能力遠大於抗拉能力,所以結構上要避免出現拉力,當然一般結構里用到的都是鋼筋混凝土,鋼筋在混凝土中是起到承受拉力的作用的。
2.可以利用模板澆築成很多形狀,你提到的做成拱是受力比較合理的形式,桿件則只能作為壓桿不能作為拉杆。
3.預製混凝土建築剛度比整體現澆的要小,所以需要注意抗震問題。
4.混凝土耐久性比較好。
5.耐火性好,對比而言鋼結結構在高溫下強度降低很多,混凝土則不會。
6.自重比較大。
7.容易出現裂縫。


我疑惑的地方在於,混凝土既然是粉末、是澆築成形的,那麼應該可以成為任何我想讓它成為的樣子,板、桿件、拱都可以,它到底是否有它自己更想成為的形式呢?

你一直說的是,混凝土,不是鋼筋混凝土。然而你提及拱、板等機構,我覺得你是不是想說鋼筋混凝土?
混泥土的成份:水泥,砂(不是沙),石子。當然可能有其他外加劑,比如緩凝劑等。 它的工作機制是這樣的:水泥粉末包裹砂,他們一起包裹石子。如果是鋼筋混凝土,他們共同包裹鋼筋。
混凝土的主要用途是抗壓,鋼筋是抗拉。由於他們受溫度變形(包括熱脹和冷縮)、受外力變形(包括受壓和受拉)時,變形係數非常接近,加之前文所訴,所以鋼筋和混凝土能很好的協同工作。加之這是個鋼筋混凝土材料易得、便宜、容易塑性等特點,所以得到普遍應用。(晚點再編輯,手機作答)
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晚上了,繼續說說預製。
正好,我在負責聯繫幾個「建築現代化」的項目,還有一個預製構件基地的建設,可以聊幾句。

預製構件的主要優點是:生產速度快、現場組裝快、質量穩定、施工現場整潔。最大的缺點:每個構件需要單獨開模(我聯繫的基地是這樣,沒有出去考察過,不敢確定其他廠家是不是這樣),這就要求建築造型盡量簡單。
這個缺點,也是影響你這個項目的最大因素:你面積小啊!幾乎每個構件都需要單獨開模啊親!預製構件流水線生產的優勢發揮不出來啊親!面積小,吊車組裝的效率低啊親!起吊設備用吊車?進出場費用高啊親!梁、板、柱不能通用的啊親!

我明天去廠家問問,這種業務他們接不接……


混凝土並不是粉末吧。混凝土的組成有骨料,膠凝材料和水,也就是我們通常說的,石子,砂漿,水泥,還有一些添加劑。混凝土的特性有很多啊,但是我覺得你老師那句話「混凝土不是板」,應該是在強調混凝土的和易性。現在的混凝土,坍落度大,流動性高,所以可塑性很強,我覺得你老師是讓你不要只拘泥於板這種形式,可以試試別的形式


我想說兩點,其一,建築師和建造師是不同的,其二,建築學和土木工程又是兩個專業。


混凝土具有極強大的可塑性 形狀自然可以發揮想像力 受力不合理的位置則需要鋼筋君出馬頂住 想像一下堆沙堡 預製構件同樣可以加鋼筋啊 商品預製構件因為需要考慮大批量生產又要保證效率以及質量才會以簡單的形式為主 畢竟奇形怪狀的模具並不好做 可是你要是做設計還拘泥於此就說不過去了


我想老師應該是說你們沒有搞清楚房屋的基本構造吧。混凝土的最基本特性是受壓能力強,受拉,彎,扭不行,所以給裡面要配置鋼筋。
他可能認為你們沒有設置柱,梁吧。如果讓我做,磚承重,預製空心板做樓蓋。或者設置柱子和梁,以及預製板,進行裝配,裝配部位按照規範進行可靠連接和錨固。
如果光用混凝土,那就相當光用石頭了,窯洞知道吧,箍成窯洞的樣子,絕對安全,經濟,耐用!用拱結構才能發揮混凝土(不是鋼筋混凝土)的優良特性(耐壓能力強)。
我也一個剛畢業的菜鳥,信口說說,不洗勿噴。


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