結構大師—Eladio Dieste

結構大師—Eladio Dieste

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迪埃斯特Eladio Dieste，1917年12月10日出生於烏拉圭。19歲進入首都蒙得維的共和國大學就讀於工程學院，畢業後任職於烏拉圭公共事務部的高速公路管理部門，參與橋樑建設。1956年，迪埃斯特與大學校友蒙坦內茲（Montanez）合夥創辦了「迪埃斯特與蒙坦內茲事務所」。

迪埃斯特的所有作品都是採用配筋磚，他是這一領域當之無愧的大師，本文各位讀者所看到的作品都是由砌塊建造。時至今日，砌體結構是被忽視甚至是被歧視的，小I希望可以通過今天對迪埃斯特作品的介紹，給大家一個新的角度審視印象中笨重的砌體結構。

迪埃斯特作品中最重要的兩種結構形式是自承重殼筒和高斯拱。以下我們就以這兩種結構形式為線索，為大家介紹一下迪埃斯特的主要作品，看看為何他的作品能夠營造「讓磚塊漂浮」的視覺衝擊。為了更好的理解迪埃斯特的作品，首先請隨小I大致掃略一下砌體拱的發展歷史。

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砌體拱的前世今生

使用砌體建造拱頂的歷史由來已久。從歷史上看，砌體拱頂依據地域可分為三種類型：歐洲式、中東式、泰羅尼亞式，它們的結構特點如下表所示。直到19世紀末，確定磚砌拱的形狀和比例依然靠估計和經驗，因此拱頂都非常厚重，並且造價昂貴。

1866年，瑞士蘇黎世聯邦理工學院的教授卡爾.庫爾曼（Carl Culmann）發表了《圖解靜力學》，利用等比例繪圖，為工程師們提供了一種快捷的方法，確定砌體拱的合理形狀和應力狀況。

自19世紀60年代末，古斯塔維諾把圖解靜力學用於加泰羅尼亞的傳統拱頂，建造出具備經濟性和科學性的磚砌穹頂。法國工程師埃菲爾也曾用圖解靜力學為埃菲爾鐵塔找形。高迪更進一步，還利用圖解靜力學來確定拱底推力，並把這種方法用在聖家族教堂，同時用一套懸鏈模型驗證了其正確性。

20世紀40年代，迪埃斯特將數值計算方法用於砌體拱的設計，用於計算他所創造的自承重殼筒。

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自承重殼筒

迪埃斯特的自承重殼筒不藉助任何常規的筒殼承重體系（如扶壁、飛扶壁、連續縱牆等），僅僅幾排柱子即可保證其穩定，有時甚至是單柱支撐。

為何磚砌殼體可做得如此輕盈？要理解其結構原理，我們可從橫、縱兩個剖面分別考察。殼體的橫剖面的形狀是受力最為合理的懸鏈線，保證筒殼內在重力荷載下只存在壓力。在中間跨，左右兩側的拱腳推力可相互抵消；在邊跨，設置一道水平邊梁，由剛度很大的邊梁彙集水平推力，並將其傳遞給與邊柱結合的斜撐。

殼體的縱向剖面相當於一根梁，將會產生彎曲拉應力和壓應力。在柱頂支座部分，拉力出現在殼體的頂部，因此在磚砌體上面混凝土薄層中布置鋼筋；如支點在殼筒兩端，在跨中部分，拉力出現在殼體較低部位，因此會在波谷位置埋設鋼拉杆。

同時迪埃斯特在殼體內布置了預應力鋼筋，預應力使殼體預先受壓，可有效減小殼體拱腳的側推力，並且可抵消結構在外力作用下所產生的拉力，從而避免開裂。值得一提的是其預應力施加方法：1. 在塗抹外上表面砂漿之前，把扁長環狀的鋼筋放置在磚殼頂部。2. 環狀預應力筋和預先埋設在殼體內的鋼筋綁紮。3. 收緊環狀鋼筋的中間部分，使其變成接近「8」字形，再把腰部綁紮在一起。這樣施加預應力的方法類似今天我們所用的扭力扳手，所需外力，遠小於沿鋼筋軸向施加預應力所需拉力。

基督聖公教堂1960年建成，是迪埃斯特自承重殼筒的代表作品。教堂牆面與屋面均採用配筋磚結構，牆體的施工不需要藉助模板。牆體依靠波浪式的起伏加強水平方向的剛度。直紋曲面牆體的頂部，是鋼筋混凝土邊梁，幫助屋頂的荷載傳遞到牆體。埋設在屋頂波谷處的鋼連桿，兩端固定在邊樑上。兩側的曲面磚牆和曲面屋頂形成一個穩定的結構整體。

屋頂拱殼單元內部埋有鋼連桿吸收一部分水平推力。教堂橫向剖面的形狀，暗合在自重作用下門式鋼架的彎矩圖（畫在受壓一側），從而充分發揮材料的力學性能。這一獨創的形式純粹基於結構受力，體現了結構藝術家的思考方式。

迪埃斯特設計的這類結構，橫向最大跨度12.6米，縱向最大跨度32米，最大懸挑16.2米。即使在今日，不管是從結構概念還是建築藝術，這些磚塊凝聚的大跨度結構仍令我佩服不已。

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高斯拱

在一定跨度條件下，筒殼的矢高相對較大，但隨著跨度增加，筒殼截面厚度增加自重過大，因而不適用於大跨度結構（實際應用的跨度上限是15米）。但是，大跨度低矢高的薄殼，內部壓應力也隨之增大，容易受壓失穩。一般有多種方法可避免拱殼失穩，如加大結構的厚度，但會增加結構自重，同時加大水平推力；或者增加提高剛度的支撐肋，但粗壯笨拙的肋破壞了光滑的結構表面。上面兩種方法都不符合迪埃斯特「穩固取決於形式」的目標，迪埃斯特的選擇是高斯拱。

沿跨度方向剖切高斯拱，截面是一條懸鏈線。當剖切面垂直於跨度方向移動時，懸鏈線的矢高隨之變化，呈斜放「S」形。它起伏的波峰出現在最容易發生失穩的跨中，中點的波浪形加強了殼體剛度，避免結構的失穩。而在跨度的兩端，曲面完全變平，與兩側的牆體容易銜接。同時，大跨度低矢高的高斯曲面，將產生強大的水平推力，因此需布置拉杆平衡推力。

一組殼體單元收尾相連，相鄰「S」形的高低端之間，形成建築橫向狹長的月牙狀空隙，也是理想的自然採光面，所以迪埃斯特利用這個狹長的月牙形布置通長的玻璃天窗。使整個屋面顯得通透、輕薄，自然光灑在砌體上漫反射形成自然而原始的光暈，對屋面起到了畫龍點睛的效果。

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海鷗（Seagull）

「海鷗」顧名思義形似海鷗，僅有一根柱子支撐的四邊懸挑磚結構頂棚，是迪埃斯特最令小I嘆服的作品。雖然它是由自承重殼筒發展而來，但他並不是一個殼筒，而是兩個相互平衡的翼狀體。在兩翼交匯的波谷處設有鋼筋，並沿著翼狀體的縱向施加預應力。因此，在縱向和橫向剖面，海鷗的受力模式都如一根施加預應力的懸臂樑。由於資料有限，小I對於海鷗的理解也非十分全面，可以留給各位讀者思考，並歡迎大家在文末留言討論。

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有感而發

特羅哈在他的《結構類型的原理》中寫道「每一種材料都有它自己顯著和獨特的個性，而每一種形狀都對應一種受力狀態。解決某一問題最理想也是最自然的方式，是一種不帶刻意奇巧的藝術，並且同時滿足技術和藝術方面的需求……在開始任何計算之前，應當先建立比計算更重要的整體構想，使材料處於理想的受力狀態下，完成各自的使命。」

在今天這個技術高度發達的時代，每一個問題似乎都能輕而易舉地解決時，大師留給我們的教誨顯得尤為可貴。在20世紀的建築界，鋼與混凝土的應用已經成為建築結構的前提，它使得工程師與建造者只認識平板的組合。迪埃斯特拋棄了平板式的建築思維，用空間曲面建造殼體，並用原始的磚塊材料替代混凝土，打破了世人公認的前提。

一面牆通常被理解成一個鉛直的平面。然而，對於迪埃斯特和高迪而言，一面牆可以是一個直紋曲面。曲面自身的起伏產生穩定性，避免了薄殼常見的失穩。創新的道路就在眼前，只需我們做好出發的準備。

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迪埃斯特「建築與建造」節選

平板在技術領域的統治地位，極大影響了後來建造方式的演變及隨之而來建築形式的演變……直到今天，大多數建築仍被設計成平板組合的框架。結構科學可以分析這樣的建築，它們幾乎是我們的工程學院、建築學院傳授的唯一建築類型。許多古代建築，例如聖索菲亞大教堂和哥特時期的大教堂，都不是平板式的結構。只有從三維的角度，才能理解和分析它們的結構，這顯然比分析平板體系困難許多。

事實上，將平板的建築畫成圖紙要容易得多，而這一點造成了嚴重的後果……建築的本質是它實在的結構，而不是那些圖紙。假如我們有充分的理由支撐一個好的想法，而圖紙無法表達它，那麼我們捨棄的不應當是想法……例如，雙曲拱殼的屋頂就很難用圖紙表達清楚，然而實際建造過程卻是既容易掌握又很經濟節省。由於結構工程師要做的第一步就是畫圖，很多時候我們思考的對象變成了圖紙，而不是結構本身。更準確地說，我們必須藉助圖紙才能思考結構。

……我們需要不懈的努力，才能從塞特（Sert）所說的「繪圖板的暴政」下解放出來。我非常擔心，前人以更原始的方式實現的成就，經我們之手不但沒有變得更加成熟和理性，反而因粗暴的簡化而逐漸枯萎。

參考資料：

1.Eladio Dieste Innovation in Structural Art

埃拉迪奧.迪埃斯特：結構藝術的創造力，楊鵬譯

2. https://en.wikipedia.org/wiki/Eladio_Dieste

https://en.wikipedia.org/wiki/Salto,_Uruguay

3. 必應圖片Eladio Dieste條目

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本文由iStructuer根據 Eladio Dieste生平資料編輯整理。

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