现代竹建筑的结构建构研究

(１中南大学土木工程学院长沙４１０００４ꎻ２中南大学建筑与艺术学院长沙４１０００４)

摘　要:竹材是一种天然可再生材料ꎬ在建筑中的应用历史悠久ꎮ然而传统竹建筑已无法满足现代人的需求ꎬ如何发挥竹材自身优势并融入现代建筑设计理念、形成独特的建筑美学已成为广大建筑师追求的目标ꎮ建构理论是众多建筑理论之一ꎬ是一种关注于建筑建造的形式与功能之间理性协调的理论范式ꎮ文章解析了建构理论的内涵ꎬ在此基础上对竹建筑的建构特征进行了细致的分析ꎮ通过研究现代众多前沿设计的竹建筑案例ꎬ分析了竹建筑中的竖向、横向、屋顶、空间结构的结构形态ꎬ阐释了现代竹建筑设计中呈现出的建构思维下的结构制造ꎬ梳理并归纳了现代竹建筑结构制造的４种特征:明晰逻辑、隐喻身体、融合自然、诠释文化ꎻ以期使竹建筑为人们提供舒适、安宁的环境ꎬ成为人们全身心融入自然界的居所ꎮ关键词:竹建筑ꎻ建构ꎻ结构制造ＤＯＩ:１０.１３６４０/ｊ.ｃｎｋｉ.ｗｂｒ.２０１８.０５.００２

王　璐１　蒋涤非２

ＴｅｃｔｏｎｉｃｓｏｆＳｔｒｕｃｔｕｒｅｉｎＭｏｄｅｒｎＢａｍｂｏｏＡｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ

ＷａｎｇＬｕ１ꎬＪｉａｎｇＤｉｆｅｉ２

(１􀆰ＳｃｈｏｏｌｏｆＣｉｖｉｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇꎬＣｅｎｔｒａｌＳｏｕｔｈＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙꎬＣｈａｎｇｓｈａ４１０００４ꎬＣｈｉｎａꎻ２􀆰ＳｃｈｏｏｌｏｆＡｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅａｎｄＡｒｔꎬＣｅｎｔｒａｌＳｏｕｔｈＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙꎬＣｈａｎｇｓｈａ４１０００４ꎬＣｈｉｎａ)

Ａｂｓｔｒａｃｔ:Ｂａｍｂｏｏｉｓａｎａｔｕｒａｌｒｅｎｅｗａｂｌｅｍａｔｅｒｉａｌꎬｗｈｉｃｈｈａｓｂｅｅｎｌｏｎｇａｐｐｌｉｅｄｉｎａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ􀆰Ｈｏｗｅｖｅｒꎬｔｈｅｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌｂａｍｂｏｏａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅｓｃａｎｎｏｔｍｅｅｔｔｈｅｎｅｅｄｓｏｆｔｈｅｍｏｄｅｒｎｓｏｃｉｅｔｙ􀆰Ｈｏｗｔｏｇｉｖｅｐｌａｙｔｏｔｈｅａｄｖａｎｔａｇｅｓｏｆｂａｍｂｏｏａｎｄｉｎｔｅｇｒａｔｅｂａｍｂｏｏｉｎｔｏｔｈｅｍｏｄｅｒｎａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒａｌｄｅｓｉｇｎｃｏｎｃｅｐｔｔｏｆｏｒｍａｕｎｉｑｕｅａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒａｌａｅｓｔｈｅｔｉｃｓｈａｓｂｅｃｏｍｅｔｈｅｇｏａｌｏｆａｒｃｈｉｔｅｃｔｓ􀆰Ｔｅｃｔｏｎｉｃｔｈｅｏｒｙｉｓｏｎｅｏｆｍａｎｙａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒａｌｔｈｅｏｒｉｅｓꎬａｎｄｉｔｉｓａｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌｐａｒａｄｉｇｍｏｆｒａｔｉｏｎａｌｃｏｏｒｄｉｎａｔｉｏｎｂｅｔｗｅｅｎｆｏｒｍａｎｄｆｕｎｃｔｉｏｎｏｆａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒａｌｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ􀆰Ｏｎｔｈｅｂａｓｉｓｏｆａｎａｌｙｚｉｎｇｔｈｅｃｏｎｎｏｔａｔｉｏｎｏｆｔｅｃｔｏｎｉｃｔｈｅｏｒｙꎬｔｈｉｓｐａｐｅｒｍａｋｅｓａｔｈｏｒｏｕｇｈａｎａｌｙｓｉｓｏｆｔｈｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｂａｍｂｏｏａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ􀆰Ｔｈｒｏｕｇｈｔｈｅｃａｓｅｓｔｕｄｉｅｓｏｆｂａｍｂｏｏａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅｗｉｔｈｍｏｄｅｒｎｆｒｏｎｔｉｅｒｄｅｓｉｇｎꎬｉｔａｎａｌｙｚｅｓｔｈｅｓｔｒｕｃｔｕｒａｌｆｏｒｍｓｏｆｖｅｒｔｉｃａｌꎬｈｏｒｉｚｏｎｔａｌꎬｒｏｏｆａｎｄｓｐａｔｉａｌｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓｉｎｂａｍｂｏｏａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅｓꎬａｎｄｅｘｐｌａｉｎｓｔｈｅｓｔｒｕｃｔｕｒａｌｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇｗｉｔｈｔｈｅｔｅｃｔｏｎｉｃｓｉｄｅａｓｉｎｍｏｄｅｒｎｂａｍｂｏｏａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅｄｅｓｉｇｎ􀆰Ｔｈｅｐａｐｅｒｓｕｍｍａｒｉｚｅｓ４ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｍｏｄｅｒｎｂａｍｂｏｏａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅꎬｉ􀆰ｅ􀆰ꎬｃｌｅａｒｌｏｇｉｃꎬｍｅｔａｐｈｏｒｏｆｂｏｄｙꎬｆｕｓｉｏｎｏｆｎａｔｕｒｅａｎｄｉｎｔｅｒｐｒｅｔａｔｉｏｎｏｆｃｕｌｔｕｒｅꎬｔｈａｔｃｏｕｌｄｂｅａｄｏｐｔｅｄｔｏｍａｋｅｂａｍｂｏｏａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅａｓａｃｏｍｆｏｒｔａｂｌｅａｎｄｐｅａｃｅｆｕｌｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔｆｏｒｐｅｏｐｌｅａｎｄｂｅｃｏｍｅｔｈｅｄｗｅｌｌｉｎｇｐｌａｃｅｆｏｒｐｅｏｐｌｅｔｏｉｎｔｅｇｒａｔｅｉｎｔｏｎａｔｕｒｅｗｉｔｈａｌｌｔｈｅｉｒｈｅａｒｔｓａｎｄｓｏｕｌｓ􀆰Ｋｅｙｗｏｒｄｓ:ｂａｍｂｏｏａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅꎬｔｅｃｔｏｎｉｃｓꎬｓｔｒｕｃｔｕｒａｌｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ　　竹材作为一种自然材料ꎬ在建筑中的应用历史悠久[１]ꎮ在古代ꎬ竹子曾是中国南方的主要建筑材料之一ꎬ“不仅大小村落竹屋聚辏ꎬ城市亦是竹楼成衢、鳞次栉比”[２]ꎮ进入现代工业文明以来ꎬ竹材因在防火、抗劈裂等方面处理技术的不完善ꎬ在现代

建筑中逐步退出ꎮ进入２１世纪ꎬ随着人们环保意识的增强ꎬ竹材因其生长快、分布广、可再生、力学性能好等特点重新进入人们的视野ꎬ受到了许多国家及建筑师的关注ꎮ然而ꎬ在传统竹建筑显然不能满足现代人生活需求的时候ꎬ现代竹建筑设计应以

作者简介:王璐(１９８４－)ꎬ女ꎬ中南大学博士研究生ꎬ主要从事建筑设计、城市规划研究与实践ꎬ竹建筑理论与实践研究ꎮＥ－ｍａｉｌ:　　　　　ｄｏｎｇｒｉｘｉａｏｌｕ＠ｑｑ􀆰ｃｏｍꎮ

通信作者:蒋涤非(１９６６－)ꎬ男ꎬ教授ꎬ博士生导师ꎬ研究员级高级建筑师ꎬ国家一级注册建筑师ꎬ从事建筑设计及其理论、城市　　　　　设计理论、城市规划与管理等方向的研究与实践工作ꎮＥ－ｍａｉｌ:ｄｆ１６１９＠１６３􀆰ｃｏｍꎮ

５

怎样的理论范式发展ꎬ创造宜人的生存居住环境呢?本文试图通过分析研究众多现代建筑大师设计的竹建筑ꎬ以展现现代竹建筑的设计思路和方向ꎮ

１　建构

建构(Ｔｅｃｔｏｎｉｃｓ)ꎬ作为一种建筑理论范式ꎬ发

“Ｔｅｃｔｏｎｉｃｓ”源于希腊语

轫于１９世纪的德国ꎮ

“Ｔｅｋｔｏｎ”ꎬ意为木匠或建造者ꎮ在德语中ꎬ建构将建筑理解为结构与艺术的综合体ꎬ其含义超出了建造ꎬ关注于建筑建造的形式与功能之间的理性协调[３]轮廓ꎮ、形状“形式、”构成等是指建筑物的视觉外观ꎻ“功能”即作用ꎬꎬ包括线条是指建筑、物的结构和实用要求ꎬ包括建造、程序、组织、使用、材料、社会目的等ꎮ

建筑师通过建构表现建筑的姿态ꎬ将力量间的作用、荷载与支撑关系呈现在世人眼前ꎬ而应用建构思维建造的建筑能够使人们所看见的形态与建筑本体功能保持一致ꎮ哈佛大学教授爱德华􀅰塞克勒认为ꎬ优秀的案例是那些“结构原理的实施近乎完美ꎬ建造合理有效ꎬ同时兼具清晰直白的建构表现”的建筑[４]曾设计过一系列或有力ꎮ意大利工程师兼建筑师皮埃尔、或精美、或柔和的混凝土􀅰奈尔维形象建筑ꎮ图１是皮埃尔􀅰奈尔维为意大利空军设计的飞机库ꎬ建筑由竖向荷载形成最经济合理的悬链线拱ꎬ支撑起由拱状交叉肋预制件形成的空间网架ꎬ倒向收缩的Ｖ形扶壁真实地呈现出飞机库所受静荷载和风荷载与支撑的关系ꎬ同时这种倒Ｖ形又是为了防止施工时扶壁向内倾倒而采用的特殊形式ꎬ表现出精巧的施工设计ꎮ这些构造处理使整个建筑表现出强而有力而又精巧轻盈的静力学美感ꎮ

非建构是一种忽略或者遮掩荷载与支撑之间具有视觉表现力的相互作用关系的手法ꎮ德国著名建筑师彼得􀅰贝伦斯为德国通用电气公司设计的透平机车间(图２)给人的第一印象是由钢结构框架表现的建构性建筑ꎬ然而仔细分析会发现其中非建构的角墩ꎬ这个为支撑屋顶起到重要作用的现浇混凝土墩柱并未充分展现出力的表现作用ꎬ反而被误认为仅仅是一堵普通的隔墙ꎬ其支撑的力学作用被外在的设计形态所掩饰ꎮ

除了呈现出支撑和荷载之间的关系ꎬ建构还通

６

注:图片源自ＣｒｉｓｔｉａｎａＣｈｉｏｒｉｎｏ[５]图１　皮埃尔􀅰奈尔维设计的意大利空军飞机库

ꎮ

注:图片源自肯尼思􀅰弗兰姆普敦[６]图２　彼得􀅰贝伦斯设计的透平机车间ꎮ过展现事物的状态来表达其自身ꎬ因此也是一种利用折射与变形、顾及各种各样的不同事物呈现自身和维持自身条件的手段ꎮ海德格尔在«艺术作品的本源»中指出ꎬ建筑应该表现不同材料的天性ꎬ而且应该展示世界存在的不同情形及方式[７]的建筑理论家维奥莱􀅰勒􀅰迪克摆脱了对历史形式ꎮ１９世纪的模仿ꎬ提出了一系列精巧的混合结构ꎬ他利用铁板的抗拉性能ꎬ且易于以直杆连接使用ꎬ并结合砌体结构来防止铁构件变形ꎬ在铁质杆件组合的构架上放置单独的拱顶结构便形成了这种符合材料特性的铁构体系———“铁构拱顶”ꎮ

可见ꎬ建构强调建筑结构与功能的协调统一ꎬ

材质特性与其展现出来的形态相一致ꎬ整体上呈现出一种“表里如一”的特征ꎮ这种“表里如一”的呈现ꎬ会让建筑更好地贴近环境与人的心理ꎬ激发人与建筑的共情感受ꎬ达到建筑与材质、建筑与人、建筑与自然的完美结合ꎮ

２　现代竹建筑的结构形态

建构使人们重新发现世界存在的方式ꎬ一栋建

筑是如何立在大地之上ꎬ一种材料是如何呈现其自身ꎬ建构的建筑给人留下稳固安全的印象ꎬ使人觉得它是被良好支撑的ꎬ而不似隐藏结构让人无法捉摸ꎮ纵观现代竹建筑的设计ꎬ可以发现竹建筑与建构之间的密切联系ꎮ

竹建筑是以原竹材料作为主要构造的建筑ꎮ现代竹材构造可以形成梁架、桁架、拱架、支柱、笼式结构等各种基本结构形式ꎬ而且现代建筑已然进入了一个综合应用混合类型的新时期ꎬ因此现代竹建筑拥有无限多样的结构形态ꎮ根据建筑的形态部位ꎬ竹建筑结构可以分为竖向、横向、屋顶结构ꎬ以及以建筑全体作为整体的空间结构ꎮ

２􀆰１　竹建筑中的竖向结构以竹柱为主竖向结构

ꎬ一般用于垂

直或近似垂直的部位ꎬ作为支撑楼面和屋顶的构件ꎮ竖向竹结构除了支撑楼面和屋顶传来的超大荷载外ꎬ还要承受来自梁端的弯矩ꎮ传统竹柱多以单根竹材竖直支撑竹梁ꎬ随着技术的进步ꎬ竹柱的形态更加丰富ꎬ出现了形式多样的组合柱ꎬ而设计的核心理念就是应用多杆件组合ꎬ减小弯矩ꎬ尽量使每根杆件都能处于轴向受力状态ꎬ从而提高材料的利用率ꎬ也为多种结构形式提供了可能ꎮ比如ꎬ树形结构柱斜向伸展的杆件将柱与梁之间的弯矩转化为力偶ꎬ杆件主要受到轴向力ꎮ竹制树形结构不但力学性能更加合理ꎬ而且还能唤起人们回归森林的遐想ꎮ

越南建筑师武重义(ＶｏＴｒｏｎｇＮｇｈｉａ)设计的山萝餐厅(图３)ꎬ由４根细竹捆扎组成的组合柱ꎬ２根细竹之间留有２根竹杆宽度的间隙ꎬ这样可以有效减少偏心受压的受力状态ꎬ加强结构整体性ꎬ降低引起弯曲变形的局部弯矩ꎮ这种细长形的、既分隔又通透的组合柱产生的透明感ꎬ形成了轻松自由的餐厅环境ꎮ

注:图片源自ＶｏＴｒｏｎｇＮｇｈｉａ[８]图３　山萝餐厅的竹柱组合形成连续不断的空间

ꎮ

在巴厘塞兰安岛的三山楼(ＴｈｒｅｅＭｏｕｎｔａｉｎｓ)设计中ꎬ利用２４根竹杆斜交形成了单叶双曲面形中心柱(图４)ꎮ这种新型柱结构作为整个建筑的重要支承结构ꎬ不但能够承受竖向荷载ꎬ有效抵抗水平荷载ꎬ而且也是内部空间景象连绵而丰富的视觉焦点ꎬ加之柱顶天窗洒下的阳光ꎬ使人的想象沿着竹柱飞升而去ꎬ自然而自由ꎮ

注:图片源自爱德华􀅰布鲁托[９]图４　三山楼建筑中的中心柱

ꎮ此外ꎬ竖向竹结构还有一些特殊的形式ꎬ即竹柱密集排列ꎬ或者正交、斜交布置ꎬ这时柱与墙的区别就模糊了ꎮ哥伦比亚建筑师西蒙􀅰维列设计的墨西哥城游牧博物馆(ＮｏｍａｄｉｃＭｕｓｅｕｍ)ꎬ用直杆连接屋檐直线与地面正弦曲线形成曲面竹墙(图５)ꎬ使竹柱的主应力以轴向力来提供斜向推力支撑建筑的三角形屋顶ꎬ这种竹墙结构有利于ꎬ以减弱

７

竹柱受到侧向荷载时产生的弯曲变形ꎬ而蜿蜒的墙体曲线也使得整个建筑好像流动了起来ꎬ产生轻盈而灵动的视觉感受ꎮ

齐格特􀅰罗斯瓦格􀅰塞勒建筑工程事务所设计的巴基斯坦竹土学校(图６)ꎬ在其梁结构中ꎬ底层与顶层竹梁横向细密排列ꎬ中间层竹梁纵向布置ꎬ各层竹梁通过钉子、绳索紧密联系ꎬ形成富于韵律感的３层复合梁系统ꎮ这种双向受力结构有利于减少竹材作为单向受力梁结构时的形变而导致竹梁强度的减弱ꎬ也可以使承载梁的边框或墙体受力更为均匀ꎬ注:图片源自ＰｉｅｒｒｅＦｒｅｙ[１０]图５　游牧博物馆中的竖向竹结构

ꎮ

２􀆰２　横向竹结构主要包括梁和楼面横向结构

ꎮ其中ꎬ梁是人

类最早学会的、也是最简单的结构体系ꎬ传统印第安人很早就会根据竹材逐渐变细、两端质量不同的特性ꎬ在竹杆小口径一端填入填充料来平衡竹梁ꎮ随着现代建造技术的进步ꎬ横向竹结构的质量与精确性不断提高ꎬ可以通过工厂或现场预制方式ꎬ对竹材进行预处理来调整角度ꎬ用绳索缠绕竹束捆扎ꎬ并用电钻打孔ꎬ插入竹销或螺栓连接加固ꎬ有效解决了传统捆扎连接因竹材间的摩擦力不足、难以抵抗横向力弯曲产生的纵向剪力而发生滑移的问题ꎬ能承受比单根竹梁更大的荷载ꎬ而且构造也更加精致美观ꎬ尺寸标准为形成大跨度竹建筑空间奠定了基础ꎮ

横向结构由柱和墙支撑ꎬ也可起到约束柱和墙倾覆的作用ꎮ作为受弯构件ꎬ竹材既需要抵抗拉压ꎬ又要抵抗弯曲和剪切方面的力ꎮ当竹建筑横向结构的应力负担较大时ꎬ断面也随之增大ꎬ由此带来的自身质量的增加也会导致应力负担变大ꎬ因此现代竹建筑多考虑通过调整梁或楼面的形态、材料的组合等轻量化的方法以减少结构材料和基础施工ꎬ形成更有效的结构体系ꎮ这些高效能的结构也创造出许多新的竹建筑形式ꎬ产生了与传统竹梁架结构建筑不同的新体验ꎮ

一些建筑师对复合梁结构进行了尝试ꎮ例如ꎬ

８

形成更有效的荷载分摊体系ꎬ结构更为轻巧ꎬ提高了空间效率ꎬ而且即使其中一根竹梁开裂ꎬ建筑整体上仍能继续承载、使用ꎮ这种两横一纵的梁结构清晰地展现出力的传递路径ꎬ以及横纵两个方向所受荷载的大小ꎬ使人的身体感到安全舒适ꎮ

注:图片源自ＣｈｒｉｓｖａｎＵｆｆｅｌｅｎ[１１]图６　竹土学校的横向竹梁结构

ꎮ还可将多根竹梁分段放置于不同的标高形成叠置梁的形式ꎮ如在山萝餐厅的设计中ꎬ武重义将１０层竹梁垂直交错形成格子梁与立柱连接(图７)ꎬ不但增加了结构的竖向整体稳定性ꎬ而且分段叠置梁形成的通透格栅ꎬ也增加了建筑的空间深度ꎬ产生了室内连续不断的空间体验ꎮ

注:图片源自ＶｏＴｒｏｎｇＮｇｈｉａＡｒｃｈｉｔｅｃｔｓ[１２]图７　山萝餐厅１０层竹梁形成的叠置梁

ꎮ武重义设计的竹翼咖啡厅(图８)则采用了组合材料的梁结构ꎮ１２ｍ宽的屋顶结构仅两端处由悬臂结构支撑ꎬ屋面传递至梁中间的弯矩较大ꎬ如果采用增大横截面积来处理竹梁ꎬ粗壮的竹梁会破坏整体建筑的轻盈飘逸之感ꎻ而利用张弦梁(图９)ꎬ钢索支持支杆对直梁起顶托作用ꎬ使直梁挠度减小并降低竹梁的弯矩应力ꎬ还释放了建筑顶部空间ꎬ咖啡厅呈现出飞翔的姿态ꎮ

顶相遇的半桁架构成ꎬ基于西班牙传统并根据建筑的复杂系统丰富充实ꎬ形成深远的屋檐ꎬ提供足够的避护ꎬ防止雨水、阳光损坏结构ꎮ为了避免竹屋顶不能承受巨大的背风抽吸效应而被掀翻ꎬ他加大了屋顶的质量ꎬ每平方米可达２００ｋｇꎬ这也使得他设计的建筑看起来非常稳重ꎬ形成了古朴雄浑的风格ꎮ

西蒙􀅰维列非常注重结构的稳定性ꎬ同时也要注:图片源自ＣｈｒｉｓｖａｎＵｆｆｅｌｅｎ[１１]图８　竹翼咖啡厅屋顶如在空中伸展着的翅膀

ꎮ

注:图片源自ＶｏＴｒｏｎｇＮｇｈｉａＡｒｃｈｉｔｅｃｔｓ

[１２]

图９　竹翼咖啡厅的钢索、桁架组合的悬臂结构

ꎮ

２􀆰３　屋顶是生动展现建筑性格与特质的关键部位屋顶结构

ꎮ

现代竹建筑师不但追求竹建筑屋顶结构的力学效率ꎬ注重竹材本身的特性与工法ꎬ还关注结构的空间效率与视觉效果ꎬ在初步形态的基础上分析结构应力ꎬ再探求合理的形态ꎬ经过这样反复的匹配ꎬ将形式与功能统一起来ꎬ形成合理而优美的屋顶形态ꎮ

多年来西蒙􀅰维列一直探索竹材的材料性能与ꎬ追求结构与空间的协调ꎬ传统与现代的融合ꎬ自誉为“一个屋顶建筑师”ꎮ他成功完成了多数人认为难以实现的“从屋顶向下建造的结构”

[１０]

设计的屋顶形式多样ꎬ其基础形式多由桁架或在屋

ꎮ他

保证主观印象的稳定性ꎮ他设计的位于印度新德里普拉迪普􀅰萨科德瓦的竹屋屋顶(图１０)即体现了这一点ꎮ在竹屋室内餐厅可以看见３个圈层:中心第１层为屋顶通风口ꎬ由４根竹材支撑屋脊形成两坡屋顶ꎻ中间第２层把力传递于第１层圈梁以环绕支撑第１层屋顶ꎻ外围第３层屋顶为两部分杆件穿插组成ꎬ一部分为第２层屋顶杆件的延伸ꎬ另一部分竹杆略陡ꎬ把力传递于第２层圈梁环绕支撑第２

层屋顶ꎮ为了保证建筑良好的通风采光以及通透的视野ꎬ建筑在第２层圈梁并未直接支承于土墙之上ꎬ而是采用竹柱支撑于土墙之上ꎬ但第１和第２的２个圈层形成大跨屋顶会对第２层圈梁产生较大的推力ꎬ于是第３层屋顶中与外侧柱子或土墙连接的一部分竹杆环绕支撑第１和第２的２个圈层屋顶以提供足够的稳定性ꎮ３个圈层由中心至外围越来越致密ꎬ呈发散形式ꎬ不仅体现了结构的力学逻辑ꎬ而且在人们心理上实现了传力趋势的平衡ꎬ获得与人们的心理预期相吻合的视觉感受ꎮ

注:图片源自ＰｒａｄｅｅｐＳａｃｈｄｅｖａＤｅｓｉｇｎＡｓｓｏｃｉａｔｅｓ[１３]图１０　西蒙􀅰维列设计的体现结构与视觉稳定性的竹屋屋顶

ꎮ

屋顶不单是遮蔽物ꎬ也具有生动的个性ꎬ是重要的设计要素之一ꎮ现代竹建筑师将传统结构形式创新应用ꎬ形成超越功能具有丰富多样表现力的屋顶ꎮ印尼巴厘岛绿色学校大礼堂的设计就很好诠释了这一点ꎮ绿色学校大礼堂(图１１)是一个可容纳３００人左右的多用途活动空间ꎬ其拱形结构的４个支

９

撑点间的距离达１９~２０ｍ(远支撑)和９~１０ｍ(近支撑)ꎮ其结构形式源于拱形竹桥ꎬ因拱形能够用几段竹子捆绑建造ꎬ这样就比整根大竹杆更容易达到预期曲度ꎬ并降低成本ꎮ底部椭圆形的石环固定支撑巨大的拱形屋顶ꎬ还可以用作礼堂的看台ꎮ巨大的拱形屋顶结构极好地协调了建筑与周围环境的关系ꎬ从内部看四面完全开放ꎬ可以融入周围的环境ꎬ并采取了相应的防护措施ꎬ以适应当地的暴提供较大空间跨度ꎬ建筑师将传统拱桥进行改进ꎬ

在“德中同行之家”的设计中ꎬ由２４个倒置四棱锥单元相互联系组成外围原竹空间桁架ꎬ这种多棱结构与附加的张弦结构实现了建筑的自稳性ꎬ整体构件共同抵御外力ꎮ其中ꎬ立面倾斜的竹杆件支撑屋面荷载并抵抗水平荷载ꎬ四棱锥顶面设水平原竹斜杆以提供顶面刚度ꎮ这些竹杆件组合成的几何形状具备力学合理性ꎬ还具有较高的空间效率ꎬ以及重复交错的视觉效果ꎬ使人产生舒适的秩序感ꎮ在建造工法上ꎬ原竹杆件采用预制的方法处理ꎬ由雨和大风天气ꎮ在屋顶的最高点开口处采用半透明材料ꎬ引入丰富的自然光ꎬ使巨大幽深的屋顶呈现舒适宜人的生活环境ꎮ

注:图片源自ＩＢＵＫＵ[１４]图１１　绿色学校大礼堂的拱形屋顶结构

ꎮ

２􀆰４　空间结构是将建筑作为一个整体共同承受外力

空间结构

的建筑形式ꎮ具有空间结构的竹建筑还具有节省材料和轻质的特征ꎮ结构合理性与造型性完美统一ꎬ在空间结构的竹建筑中表现得最为突出ꎮ２０１０年上海世博会的“德中同行之家”是空间结构的竹建筑的典型代表(图１２)ꎮ

注:图片源自爱德华􀅰布鲁托[９]

图１２　

“德中同行之家”竹建筑

ꎮ

１０

竹杆端部灌入混凝土ꎬ再埋置钢连接件ꎮ根据竹材良好的顺纹抗拉和抗压性能ꎬ竹杆之间以钢连接件形成铰接ꎬ使竹杆主要承受轴向力ꎬ同时在竹杆端部应用钢箍以提高竹杆横向抗挤压和抗剪切的能力(人体验到竹建筑的坚固图１３)ꎮ建筑师将这些构造真实地展现了出来ꎬ提升了舒适的美感ꎮ

ꎬ使注:图片源自爱德华􀅰布鲁托[９]图１３　

“德中同行之家”竹杆间的连接点

ꎮ

卡德纳斯意识设计工作室设计的竹生态穹顶(机械性能图１４)ꎬꎬ应用空间网架结构形成轻盈和美观的结构ꎬ强调原竹材料的物理ꎬ以最少的材料在尺度和形式上形成强烈的视觉冲击力ꎬ富有科技未来之感ꎮ这个复杂的测地线几何体ꎬ能够承载其自身约３０倍的质量ꎬ具有超凡的静力学性能ꎬ表现出建造与韵律之美ꎬ传达出“自然与技术的共生”主题ꎮ

在诺曼度假村项目中ꎬ建筑师武重义根据解析几何开发了由直线结构元素构成曲面形态———单叶双曲面结构ꎬ运用该结构良好的抗强风力学性能和通风对流效果ꎬ设计了一个高达８􀆰５ｍ的酒吧(图１５)ꎮ叶双曲面直母线这种结构装饰感强ꎬ使人产生扎实稳定之感、造型优美ꎬ清晰展现的单ꎬ同时中间内凹的“小蛮腰”形式又会产生向上旋转伸展的体验ꎻ而且２个单叶双曲面嵌套而成的圆筒形高塔ꎬ

３􀆰１　明晰逻辑

现代竹建筑结构强调构造逻辑的明晰ꎬ亦即将

竹结构抽象的逻辑关系可视化ꎬ从结构的外形可以清楚理解结构的工作原理ꎬ其中包括结构中内力大小、力流传递以及建造工法等ꎮ

竹翼咖啡厅的纯竹悬臂结构像一系列在空中伸展着的翅膀ꎮ悬臂结构由２组弧形与中间的腹杆组成了上小下大的弧形桁架结构ꎬ悬臂底部一侧抵住注:图片源自项琳斐[１５]图１４　空间网架结构的竹生态穹顶

ꎮ

注:图片源自ＶｏＴｒｏｎｇＮｇｈｉａＡｒｃｈｉｔｅｃｔｓ[１６]图１５　具有单叶双曲面结构的竹制酒吧

ꎮ又能产生轻盈之感ꎬ远望酒吧犹如漂浮在度假村与海滩之间ꎮ

由此可见ꎬ现代竹建筑结构的各部分形态真实呈现出荷载与支撑的相互作用关系ꎬ使人们可以理解、并能用身体感受把自身融入建筑环境ꎬ唤起审美体验ꎬ达到功能与形式的协调统一ꎮ现代竹建筑设计呈现出建构思维下的结构制造ꎮ

３　现代竹建筑结构制造的特征

现代竹建筑结构形态源于建筑师对结构概念和

具体建造技术的理解ꎮ除了应用技术手段提供支持外ꎬ更需要建筑师发掘技术应用的可能性ꎮ现代竹建筑结构制造的形态多姿多彩ꎬ其主要特征有:明晰逻辑、隐喻身体、融合自然、诠释文化等ꎮ

混凝土桩ꎻ而另一侧使用固定在混凝土桩上的索具螺旋扣固定ꎬ悬臂与地面形成刚接效果ꎮ悬臂由下至上内力逐渐减小ꎬ这种上小下大的形状避免了底

部应力过大ꎬ使其各点具有相近的耐受力ꎬ同时也直观地展示出悬臂由下至上逐渐减小的内力状况ꎬ使人感到稳定而舒展ꎮ

成的一个整体系统“德中同行之家(”图的结构由不同层级的部分组

１６)ꎬ这些层级相互又相互联系ꎮ建筑主体结构主要包括外围天然竹杆立体桁架和内部胶合竹门架结构２部分ꎬ从外观上可以明确看到３个连续的层级关系ꎬ从外围原竹空间桁架到屋顶张弦结构ꎬ最后结束于ＰＶＣ膜结构ꎮ而

注:图片源自爱德华􀅰布鲁托[９]图１６　

“德中同行之家”的分解轴测图

ꎮ

１１

且力流传递路径也经由杆件组成的几何形式清楚展现ꎬ同时建筑还清晰地展现了结构建造的工法ꎬ每个杆件之间由专门研制的可调节钢节点连接ꎬ并用钢箍紧固原竹端部以防止竹材爆裂ꎬ整个建筑呈现出清晰而安定的美感ꎮ

走于地板上ꎬ地板会产生富有弹性的弯曲ꎬ带来身体某种柔韧感ꎬ这种非视觉体验无疑强化了这个绿色建筑的建构体验ꎮ

３􀆰３　融合自然

３􀆰２　隐喻身体

人是自然的一部分ꎮ竹材作为一种直接取自自

然的材料ꎬ与人存在着天然的亲和力ꎮ在竹建筑中ꎬ或者对自然进行模拟ꎬ对环境进行有机模仿与再现ꎻ或者与自然相契合ꎬ对环境及其内在复杂性进行诠释ꎬ这些都可以使人体验到自然的美ꎮ模拟自然的竹建筑结构的建构关系基于普遍的力学原理ꎬ

而要使其具有意义ꎬ则需要通过身体的隐喻才能实现ꎮ“我们不是通过侵略性地搜寻建筑形式ꎬ而是通过(身体)居住于其中ꎬ从而在建筑中体验到满足感”[１７]体经验并加以引导ꎮ现代竹建筑结构的设计应当尊重ꎬ在竹建筑的构成和实践中融入、利用身身体ꎬ使人以丰富而充实的心灵和情感移入建筑之中ꎬ并且充分应用光滑温润、天然亲身的竹材ꎬ使身体栖居ꎬ获得安宁ꎮ

适应人体的感知习惯ꎬ融合符合审美动力的形式于竹建筑结构ꎬ可以产生舒适的美感ꎮ印尼巴厘岛绿色学校的“学校之心”(图１７)的屋顶结构由３滑渐变个向上收缩盘旋的螺旋形组成、连贯流畅ꎬ使人的心灵会向着螺旋线中心ꎬ这种结构形式平方向飞向天空ꎬ产生自由、轻松而舒适的感觉ꎮ

注:图片源自ＩＢＵＫＵ[１８]图１７　绿色学校的“学校之心”ꎮ

建筑

除了视觉身体感受之外ꎬ竹建筑结构还可以结合非视觉的身体体验ꎬ如听觉ꎬ由于竹材对声音的反射和吸收特性ꎬ竹制结构可以形成音调柔和、亲切优美的空间环境ꎮ此外ꎬ还有身体触觉ꎬ例如ꎬ在巴基斯坦竹土学校设计中(图７)ꎬ置于复合梁之上的楼面ꎬ以竹篾经纬交错形成编织纹理ꎬ不仅在视觉上使人产生熟悉亲切的愉悦感ꎬ而且当身体行

１２

结构不仅因为它能够唤起人们对自然的联想而产生美感体验ꎬ而且因为自然总能够以最为高效的方式构造万物ꎬ以最少的材料实现对自然力的疏解与抵抗ꎬ比如ꎬ树干的分叉可以减少风荷载ꎬ而树根的分叉又可增加风荷载下的稳定性ꎮ在西蒙􀅰维列设计的２０１０德国汉诺威世博会的“零碳馆”中ꎬ应用一系列树形结构的竹柱支撑起带有如无数菌褶一般的蘑菇屋顶(图１８)ꎮ这些竹柱相互联系ꎬ清晰地展示出力的传递路径ꎬ形成紧密连接的有机系统ꎬ支撑起悬臂７􀆰３ｍ、直径达４０ｍ的由桁架组成的巨大屋顶ꎬ为人们提供了一个舒适、安全的巨大避护ꎮ

注:图片源自ＳｉｍóｎＶéｌｅｚ[１９]图１８　西蒙􀅰维列设计的“零碳馆ꎮ

”

现代竹建筑结构除了模拟自然ꎬ还可揭示自然界的基本规律ꎬ通过协调与自然的关系来形成结构形态ꎮ建筑师武重义设计的“风和水咖啡厅”(图１９)当地湿热的气候坐落于越南郁郁葱葱的热带景观之中ꎬ建筑师通过竹和铁制抗拉构件连ꎬ为适应接支撑建筑屋顶ꎬ提供宽达１２ｍ的无柱大空间ꎮ建筑根据计算流体力学(ＣＦＤ)分析形成Ｖ形支柱ꎬ最大化地将自然风引入建筑ꎮ通过对自然规律的解析ꎬ不但节约了能源ꎬ保证了内部空间的空气质量及热舒适度ꎬ提供了健康和舒适的环境ꎬ还形成最

为自然的建筑形态ꎮ

注:图片源自ＶｏＴｒｏｎｇＮｇｈｉａＡｒｃｈｉｔｅｃｔｓ[２０]图１９　武重义设计的“风和水咖啡厅”

ꎮ玛拿撒拉姆建筑事务所(ＭａｎａｓａｒａｍＡｒｃｈｉｔｅｃｔｓ)设计的位于印度班加罗尔的办公建筑———“竹子交响乐”(图２０)ꎬ很好地协调了当地的自然风向与建筑物的朝向和屋顶形式之间的关系ꎬ有效减小了风阻ꎮ尽管建筑南侧完全开放ꎬ但在强烈的东北和西南风的影响下室内没有任何强烈的气流ꎬ而且还顺应周围的地形ꎬ利用简单的竹柱和竹梁组成协同网络结构ꎬ其中的柱子虽然看上去很随意、杂乱无章ꎬ但却有明确的大小、位置和倾斜度ꎬ在结构上具有关联性ꎬ与在自然界中发现的高度进化的技术逻辑一致ꎮ

３􀆰４　历史是一种体验诠释文化

ꎬ在批判中与现今融为一体ꎮ

现代竹建筑实践除了应设法建立在其自身物质秩序的基础之上以外ꎬ还要努力解决自身与社会的关系ꎬ不但要挖掘传统ꎬ还应该对传统进行重新解读、收集和创造ꎬ使竹建筑获得活力ꎮ

注:图片源自爱德华􀅰布鲁托[９]图２０　

“竹子交响乐”建筑

ꎮ武重义设计的越南昆嵩市印度支那咖啡厅(图２１)ꎬ屋顶ꎬ建筑以由下至上逐渐舒展的竹结构单元由１５个巨大的倒锥形纯竹结构单元支撑３层结构组成:中心竖直布置竹柱、中间圆锥形排列的竹柱以及外层环状弯曲布置的斜撑式竹柱ꎬ并且在结构单元中还以３层铁制支撑环固定ꎮ这种结构单元有效减少了结构中的弯矩ꎬ应力以轴力为主ꎬ提高了结构的强度及稳定性ꎮ这种结构形式可以最大化地引进夏季自然风ꎬ风季抵御疾风暴雨ꎮ这些柱子的形式与越南常见的传统竹制鱼篓由上而下逐渐收缩的外观相似ꎬ唤起人们对传统生活的想象ꎮ咖啡厅

运用现代结构与技术ꎬ创造了简洁大方的结构形态ꎬ体现了当代的结构技术水平ꎬ在优美的自然环境中创造了一个富有越南民族意味、雅致而美妙的建筑景观ꎮ

注:图片源自ＣｈｒｉｓｖａｎＵｆｆｅｌｅｎ[１１]图２１　武重义设计的印度支那咖啡厅

ꎮ

(ＩＢＵＫＵ竹建筑公司设计的绿色学校的千禧桥

是当地米南佳保族备受推崇的民族色彩图２２)ꎬ由金色和黑色竹子混合建造ꎬꎬ这而且屋顶２种色彩形态也源于米南佳保族传统建筑中形似水牛角的屋顶ꎮ建筑师将传统形式及建造方式与巨大的拱结构相结合ꎬ形成了跨度２３ｍ的亚洲最长的竹桥ꎮ建筑形态优美ꎬ给人留下深刻地域印象ꎬ是建筑师、工

１３

程师、设计师和工匠们共同以新方式建造的杰出典范ꎮ

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[２１]

图２２　绿色学校的千禧桥

ꎮ

４　小结

建构是一种建筑理论范式ꎬ关注于建筑建造的

形式与功能之间的理性协调ꎮ现代竹建筑综合利用多种结构形式ꎬ形成的竖向、横向、屋顶、空间结构的结构形态ꎬ都展现出荷载与支撑的作用关系ꎬ唤起移情体验ꎬ在设计中呈现出建构思维下的结构制造ꎮ现代竹建筑师已经做出许多尝试ꎬ在建构的架构下ꎬ创造出许多具有明晰逻辑、隐喻身体、融合自然、诠释文化等特征的优秀建筑ꎬ使竹建筑提供舒适、安宁的环境ꎬ使人们融入生活的世界ꎬ诗意地栖居ꎮ

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