多米諾體系中柱和樓板是如何銜接的?


原回答:

多米諾體系更多地只是個概念。

如果要問現實中如何實現,結構體系上屬於板柱結構,即樓板是無梁樓(屋)蓋。

國內無樑樓蓋應用比較少,結構工程師給出的理(Jie)由(Kou)是不經濟、抗震性能不好。

以上第三句僅作為對現實情況的總結,不代表個人觀點。

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2015.11.17補充:

回復裡面不能添加圖片,所以在這裡回復你吧。 @春逝

首先,我得承認我對多米諾體系的評價過於武斷,這裡展開解釋一下。個人覺得多米諾體系更多地強調藉由該體系提出的現代建築的一種理念。至於能否作為一個技術導則或技術原型來指導實踐,這其實很難給出一個一以概之的答案。下文將展開論述。

多米諾體系在其被提出的當時和在當今的意義和影響力不同。所以我個人認為,當今的我們認識多米諾體系更多地應在概念或理念上認識,而不必糾結於其具體的實現方式或技術細節。(當然,展開討論並不是沒有意義的。)

其次,之所以舉板柱結構這個例子,或許是我理解錯了柯布的多米諾體系。(這個地方我遇到了一個認識論的難題,由柯布提出的多米諾體系究竟是誰的多米諾體系?理想的多米諾體系或者上帝的多米諾體系應該是什麼樣的?我們認識的和討論的多米諾體系應該是柯布的還是多米諾體系應該是的多米諾體系,即上帝的多米諾體系?有沒有這種理想的多米諾體系?)(具有懸挑板的)板柱結構是現實中最接近我所理解的多米諾體系(誰的?)或能滿足我所理解的多米諾體系各項特點的實例。

以下就多米諾體系僅提供一個前結構工程師的個人看法,更有參考意義的論述可參考豆瓣文章:

補充資料:dom-ino

後文會就你提出的伊東豊雄相關話題也提供一點僅做參考的個人看法。

一、多米諾體系(柯布,1915)的技術可行性

現代建築技術(這裡建築技術作中心語)中常用的混凝土和鋼結構結構技術為建築實現提供了靈活的手段和具有很大潛力的可能性。一種建築的實現方式因為技術的靈活和專業技術人員個人的習慣或傾向具有一題多解的特點。但由於安全、經濟(不應只簡單地解讀為節省材料)方面的考慮,多解中看上去安全、經濟的解多被採用。

在當今的建築理論和建造技術背景下,我們很難去理解佩雷關於柯布的多米諾體系「有意思」這個評價,佩雷對多米諾體系給出評價的著眼點也無從考證或還原。然而有些評價標準在這一百多年不會有大的改變。同塵的張翼曾說過:建築史就是屋蓋演進的歷史。(基本大意如此,原文待考。)借鑒這種提法,以下將從現代建造中樓板技術角度演繹多米諾體系的實際應用問題:

柯布結合實踐,從既有建築中提煉出多米諾體系,這是一種巨大的進步。以下演繹中所使用的模型是一個特例,演繹出的多米諾體系僅是結果上的多米諾體系,不遵循柯布多米諾體系的生成邏輯。

假設存在下圖所示樓板問題的原型:

該模型僅由樓板和柱組成。這裡樓板足夠薄,而不至產生視覺上的不舒服,滿足人們通常認識中板的概念,厚度為各個板塊水平向長度(圖中6000)的1/30~1/20。這種結構體系不能說一定不成立,但在滿足各項結構指標的前提下很難同時滿足建築的使用要求,如層高、樓層面積等。一般地,為滿足結構安全和經濟的要求,工程師會想let there be beams. 於是就有了以下一種選擇:

這種體系仍會因為樓板厚度較大而不經濟。於是工程師 let there be more beams.

這樣的結構體系基本就是最優解了。(但也存在一些技術問題,這裡不展開了。)或者因為布置設備、管線的要求還有以下選擇:

以上肋梁樓蓋選項2、3是當今結構工程設計常見的樓蓋類型。此處省略了有陽台或雨棚而懸挑樓板的情況。肋梁樓蓋選項2、3作為辦公或教學空間基本是合適的。而如果以多米諾體系作為樓板問題原型,以上遇到的技術問題也都會把多米諾樓板問題原型引向以下選項(板跨較大時會有次梁,邏輯同上,此處從略):

因板跨尺寸的大小而異,梁的布置也會有所不同。但無論是哪種選項,肋梁樓蓋的特點基本都是主梁(柱之間的梁)梁高大於次梁,主次梁梁高比樓板厚度大得多,即使不考慮設備管線佔用的空間,在用吊頂把梁格間的負坑填平,視覺上不會像柯布多米諾體系軸測圖那樣輕薄。次梁梁高也不會(也沒有必要)像柯布多米諾體系剖面圖那樣與主梁同高。柯布給出的多米諾體系平面圖梁系的布置並不是最優解,而現實中梁的布置也不會這樣去做。總之柯布給出的平、剖、軸測圖不具有技術邏輯作為支持。

上圖中做的這個小注——肋梁樓蓋4,自是有原因的。這其實也同時是我在學習結構抗震和混凝土結構設計構想的一個概念。當然那時候距離我了解柯布還有好多年,而且這個概念本身也存在缺陷,提出這個概念的邏輯也相當不成熟。我的著眼點在於如果框架梁具有一種合適的懸挑長度的懸挑段時,在長期荷載工況下邊柱僅受壓而柱端不會產生彎矩。當我還沒有展開挖掘這樣做的更多「好處」時,一個佩雷和柯布可能都會遇到的問題展現在我面前:如果懸挑端的盡頭是房間的邊界,那麼房間內的柱子是不能滿足傢具擺放(尤其是教室中)等要求的,更不用說建築師們的空間理想。而且現實中的建築平面千差萬別,建築結構的荷載工況也不僅限於長期荷載這一種,這樣提煉出的理想化的模型意義有多大呢?(換做是密斯的話,如果技術上可行,他肯定會把所有柱子都扔到房間外面。)

懸挑或不懸挑,多米諾或不多米諾,糾結於問題本身的細節可能意義不大。之前看到有建築師抱怨自己的水平向條形長窗被柱打斷,沒有實現自己的方案概念。於是建築師、結構工程師雙方仇恨會又有升級罷。但其實這種問題還是設計管理的問題,可能是幾輪修改下來一些細節沒有落實到位,可能是方案輾轉數人之後沒有把應有的概念落到紙上,可能是相互之間都覺得對方應該會知道一些各自看上去是常識的「常識」而疏於顯式地告知。我曾遇到的水平長窗問題是高度900的窗開在半層高處,窗上下都是作為二次結構的砌築牆體。當然不存在被柱打斷的問題,但由於窗不能承重(而負責設計牆身的經驗豐富的建築設計師並不知曉這一「常識」),窗上方的砌築牆體著實讓我費盡心力——沒有可借鑒的構造詳圖因而需要專門繪製相應的構造詳圖,因為不可事先知道這種特殊的做法,原先的結構傳力路線改變,因而結構整體需要重新計算,施工圖重新繪製。要怪大概只能怪柯布提出了新建築五點中的水平長窗,或者學校只教了水平長窗但是沒有老師再就一些重要細節讓建築系的同學們深入思考。本段算是我的對「多米諾們」認識觀的事實論據,兼作下文引子。

二、 關於伊東豊雄及其他

先說說「昂貴」這個話題罷。在建國初期,混凝土結構技術就是一種昂貴的技術,因為缺少相應的工業體系依託。早期國家對鋼結構的態度也是不鼓勵,也是因為成本高。但近年來改變為提倡,以消化日趨過剩的鍊鋼產能。

嚴格滿足柯布預想的多米諾體系存在技術上的難度,是無論多高的成本也無法實現的,更不用說推廣。但是多米諾的影子卻在現代建築中到處可見,這正是多米諾作為一種概念的意義。

一項技術應該不會因為成本高而難以推廣,當一些關鍵技術因素能夠被以社會化大生產為特點的現當代以工業化的方式解決時,推廣則水到渠成,最早對這種推廣起到關鍵作用的人或公司也會在短時間內享受這種低成本高價格的紅利。借用Kahn的說法,這項技術一定具有一種被使用的慾望,或者說人類一定具有使用這項技術的慾望。推廣狹義的「柯布-多米諾」的慾望大概只存在於柯布和不做具體建造的人心裡罷。然而推廣作為一種概念上的廣義的多米諾的慾望則存在於看到多米諾「有意思」的先賢們心中。

那麼伊東的結構有沒有被推廣的慾望呢?

你給出的鏈接文章《別了,伊東豊雄》里提到了多摩美術大學和仙台媒體中心兩個案例。這兩個案例的結構遊離於經典的結構技術類型之外,更是沒有相應的結構技術規範作為指導。兩個案例更是得益於與伊東配合的著名結構工程師(其實有別於國內的結構工程師,佐佐木睦朗、塞西爾·巴爾蒙德等人在國內結構工程師群體中的知名度遠沒有在建築師群體中那麼高)高超的技藝才得以成功。在眾多的我與該文作者相左的觀點中,對仙台媒體中心結構的評價大概會是爭議比較大的一個。仙台媒體中心結構體系絕對可以稱得上是傑出,但我認為的傑出是作為個案的特例的傑出,而不具有該文作者可能存在傾向的一般意義上的傑出。仙台媒體中心結構使用了較多的難以標準化以適應工業化生產的技術,因而若要推廣尚需要以工業化生產的思想進行進一步提煉。

一個容易被忽視的問題是,仙台媒體中心結構希望自己被推廣嗎?伊東希望仙台媒體中心結構被推廣嗎?社會希望仙台媒體中心結構被推廣嗎?值得或者有強烈的必要性被推廣嗎?仙台媒體中心的束柱(受力特點上與柱相同,又稍有區別,暫且以此名稱呼罷)具有強烈的形式感和個人色彩,當出現第二個」仙台媒體中心「時,兩個」仙台媒體中心「都減損了被公眾欣賞的價值。這種平板-束柱體系顯然不具有鋼筋混凝土框架結構出現時具有的革命性,在可推廣意義上也難以與之匹敵。

《別了,伊東豊雄》一文作者在談到國內難以為伊東式建築提供技術支持時,看得出來有些恨鐵不成鋼的意味。他還提到伊東的建築被國內建築師競相效仿,不知道這些建築師是不是都在35歲以下。(實在忍不住夾點私貨:如果能在35歲有作品被得到廣泛認可,對大多數人來說應該算有夠幸運了。)為建築師的方案構思提供技術支持曾是我放棄做結構工程師以前的一個理想,能夠解決別人解決不了的難題自然也是工程師的無上光榮。技術規範方面也並沒有對非典型結構體系構成明確的障礙,只是要做類似的突破,缺少資本的支持是難以為繼的。在有限的資本支持下做出足夠大甚至更大的突破也並不是沒有可能,然而這需要建築師和結構工程師高超的設計水平、有效的配合和高水平的設計管理模式,而不是像前文所述那種繪好圖丟給下游專業而拒絕修改自己——只要第三層樓的理念深深地存在於眾多建築師的腦海里。

而淺層次的模仿且完全不理會結構工程師的技術實現困難則是慘無人道的,慘絕人寰的,這種層次的模仿連僅僅負責結構技術的結構工程師也會感到不恥。上海當代藝術博物館臨近有這樣一座建築。

(更多細節圖待補充)

圖中右側是一個結構體系為鋼結構的二層建築。同伊東豊雄的仙台媒體中心結構體系一樣,是一種非典型鋼結構體系。赤銅色為圓鋼管旋繞一周組成的類似於格構柱的一組組大型束柱,柱頂為被加工為弧形的工字鋼樑連接組成一個與束柱同心的圓周。從這些工字鋼樑側邊放射出工字鋼樑與周邊的工字鋼樑或被加工為圓弧的工字鋼樑連接。工字鋼樑頂為壓型鋼板組合樓板。這樣一個結構體系鋼結構節點複雜、標準化程度較低且數量較多。從結構體系上看不出該建築的先進性。那麼建築設計上呢?(當然我並不知道設計者是否出於對伊東豊雄的模仿,但這種強烈的形式感很難讓我不聯想到伊東豊雄的仙台媒體中心)這樣的尺度、層高、平面布置等很難讓人同樣地感受到在仙台媒體中心那樣的感受。

借鑒Kahn經典的材料之問,我們問鋼時,鋼的回答一定是標準化、標準化、還是標準化。更本初的不針對某種特定建造材料的問,材料的回答一定是最大限度地發揮材料的應力潛能。材料帶著這種慾望,在建造過程中被附加人力資源成本最大限度地節約的慾望,於是形成了當今常見的結構形式。

關於伊東的多摩美術大學,詳細的資料我沒有閱讀過。待讀完後回來再更。首先是雖然這種結構體系不能被劃入國內規範框架內,但國內規範決不是這種結構體系的障礙——他們管不了。規範的意義在於約束大多數,為大多數的工程建設設定技術準則。結構技術領域的規範更多地是結構技術全集中的真子集的準則。

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2015.11.18更新:

三、 多摩美術大學圖書館結構逆向解析

《別了,伊東豊雄》的作者對多摩美術大學圖書館的評價是:以拱和混凝土來掩蓋鋼結構的視覺遊戲;就創新而言,不過是個巴洛克式的遊戲而已。對這個美術館的評價可能是我之前沒有意識到的我與文章作者意見相左最大的地方。

不能說這個圖書館的結構比仙台媒體中心結構更優秀,但多摩美術大學圖書館結構更具有可挖掘的適應工業化生產、可標準化的潛力。沒辦法從設計者思考的原點來認識多摩美術大學圖書館結構,但從最終建築完成效果和伊東書中給出的部分技術細節,以逆向工程的思路還原這個建築結構的生成邏輯也可以幫助我們認識這個建築的結構體系。至於這個建築結構到底是什麼樣子的,我的觀點仍然是伊東有伊東的做法,上帝有上帝的做法,其本身的意義遠沒有藉由認識這個結構所引發的啟發大。而這種啟發,個人覺得,其可推廣性較之仙台媒體中心更大。

首先要澄清的是,多摩美術大學圖書館結構決不是鋼結構外包混凝土從而看起來像具有混凝土質感的拱以達到蒙蔽大眾的目的。否則為何伊東非要選擇混凝土這種材料而不是在鋼結構外緣外包厚度不大的仿混凝土材料或者直接就是覆以簡單的面層後塗刷仿混凝土的塗料,從而把這種「混凝土拱」做得更輕薄?

多摩美術大學圖書館結構里看起來像混凝土拱的這個構件真的就是拱嗎?可以是,也可以不是。(嚴肅臉:不是說笑話。)To be, or not to be. 這個問題取決於「拱」這個名詞的意義,即這個拱是傳統意義上比如作為哥特建築典型特徵的拱還是理想化了的力學裡所討論的拱。古典建築中的拱基本以受壓材料(以塊材形式出現的磚、石,萬神廟的素混凝土穹頂也符合古典拱的受力特性)成形,張翼的講座里曾討論過古典建築的特點,拱心石以其在古典拱中的作用成為關鍵的石頭。多摩美術大學圖書館的混凝土拱具有傳統拱的形式特點(具有半圓或弧形的樣式,而且多個拱組成一攢,像極了哥特建築的束柱),但並不就因此就成為拱(這裡指代古典建築中的拱)——雖具有哥特建築的形式特點,但結構邏輯不同。

從現代的力學角度去看,多摩美術大學圖書館結構可以被解析為諸多的三鉸拱(如下圖所示)單元。

(圖片引用自百度百科,侵刪)不像?三鉸拱在現代工業廠房中的應用有一種叫做門式剛架(材料為鋼材,或稱為輕型門式剛架,2000年左右自美國引入國內)的結構形式,如下圖a所示。

不由得讚歎多摩美術大學圖書館結構的高明——將現代門式剛架的結構邏輯與哥特建築的尖券邏輯結合,可稱得上是兼顧技術和情懷。結構工程師與建築師的興趣點之不同大概就體現在這一點罷。要說伊東做了小把戲,那麼最多就是把上圖a里的門式剛架內緣做了個圓角,從而視覺上更舒服吧。

以上,在繼建築師let there be 和結構師藉助結構力學分析的 let there be 的工作之後,藉助材料力學分析的 let it come to be 的工作擺在結構工程師的面前。門式剛架的構件截面基本都為工字形,這滿足了鋼材料希望發揮自己最大應力潛能的慾望,即靠翼緣承擔拉壓應力,靠腹板承擔剪應力。門式剛架已經能夠做到截面足夠小,但要做到伊東希望的多摩美術大學圖書館「混凝土拱」截面那麼小還是有難度的。通常混凝土和鋼這兩對兄弟都是在對方解決不了材料應力極限問題時伸出援手,以混凝土找鋼幫忙的情況居多。很難猜測配合伊東這個項目的結構師當時出於混凝土應力極限難題來尋求鋼的協助辦法,還是在門式剛架基礎上尋求混凝土協助的解決辦法。無論怎樣的生成邏輯,鋼板與混凝土的組合都會成為最終的解決辦法。鋼板組合混凝土構件在國內也是理論基礎和實踐經驗的,多用在剪力牆中,如下圖所示。

曾遇到一個項目是在高地震烈度區的一個高層建築,因為剪力牆截面受限所以尋求鋼板混凝土組合剪力牆的解決辦法。但這種組合併不僅應不應僅限於剪力牆中,可以有更大的發揮機會。在多摩美術大學圖書館中,這種組合被靈活運用,日本的建築設計中各個領域精英的配合和政策的寬容是令人羨慕的。

如果要效仿伊東,多摩美術大學圖書館大概是一個有意思而且也比較容易模仿的對象罷。但模仿需要慎重的,首先是模仿會不會流於形式,或者形式大於內容——這是需要建築師思考的問題。然後需要建築師與結構師的對話——這是任何一個建築能夠完美地被建造出來的必要條件。當前國內大多數的建築設計活動都因為資本的擠壓而變得更多地像是加工和製造——流水作業而缺少相互配合。建築行業如果作為製造業,其生產力水平還是不高的——不足夠工業化,以製造業的方式進行建築設計是難以把建築做好的。之前有建築設計的同事要求結構構件足夠小,最終結構工程師給出的施工圖裡圓鋼管基本就沒什麼內徑了,基本就是實心圓鋼了。這其實就是建築師與結構工程師缺少對話的結果,這其實不是在做設計。

所以學習明星建築師到底應該學什麼,這是建築師應該思考的問題。像伊東豊雄、妹島和世等建築作品一樣輕、透,是否是一個有更站得住腳的邏輯內因?是否能夠與自己方案的理念結合?這種形式是否掩蓋了更值得學習的內容?而要把建築做成精品,需要資本和政策的支持,更需要建築師與結構工程師的一種更健康、更有效的一種配合,達到這種狀態尚需要一代代建築師和結構工程師的共同努力。建築設計水平的提高則是靠在實踐中挖掘,從而建築師和結構工程師的水平都會提高,停留於形式上的偶像學習永遠達不到這個目標。

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四、 伊東豊雄仙台媒體中心可資借鑒的技術

這個話題暫時沒辦法展開討論,我有一個結合曾經在大型商場樓蓋結構設計中遇到的困難借鑒仙台媒體中心板-柱體系的一個構想。額,現在還停留在構想階段。感謝你提到這個問題,如果這個構想存在技術上的可行性,後面我也會回來填坑。


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