_深思熟虑的简洁_浅析康策特的两座桥梁的设计

© 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net © 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net 全景 立面 全景 剖面 地形图 草图 形式演进 轴测 图 引言 有这样一位 岁的瑞士籍建筑设计师 , 他在大学毕 业后的二十余年设计生涯中创作的建筑项 目屈指可数 但每个项 目都引起建筑界的广泛关注 八 曰 》 十 。 》 、 回 》等国际建筑界的著名杂志都曾相继对 其作品进行过详细介绍 。 他就是于尔格 · 康策特 。 和著名的设计师圣地亚哥 · 卡拉特拉瓦一样 『 于尔 格 · 康策特也拥有建筑师和工程师的双重身份和成就 。 但他并不像前者那样以结构设计方面的天才不断实现出 令人惊叹的形式突破一 一这种形式的突破已经强烈到在 某种程度上压倒了功能 在康策特的设计中没有技术至 上的个人表达 而是以结构自身的形式语言表达出一种 技术与艺术浑然天成的完整性 。 这种完整性在由他主持 设计并于 〕 年建成的两座步行桥中得到充分体现 。 它们就是特拉弗辛纳步行桥 图 、 和苏朗桑步行桥 图 、 从 这两座步行桥都采用了混合结构体系 , 其形 式 、 结构 、 构造的完美统一使其呈现出一种 深思熟虑 的简洁 “ —这种 ‘ 简洁 “ 同时体现在技术与美学两个 层面上 , 而隐藏在 ‘ 简洁 ” 背后的是将形态 、 结构 、 材 料一体化的创造性设计意图 。 本文试对康策特主持设计 的这两座桥作一分析 并寻找其中的设计意图 。 行桥一起组成了穿过维尔马拉 。 创 人行道的第一 段 。 为使人行道的延长部分穿过峡谷的南部 , 必须在维 尔德 内布如克 四 日「。 和拉瑞尔 之 间建一条新的小路 。 它包括一个新的横渡口和维尔马拉 功。 。 。 公路大桥的北部 。 经过一番权衡 最佳桥址 设在河流较宽的部位 图 中的 点 。 一一腹书沙条徉 这两座步行桥的建造都面临着一些建造高山建筑物 的特有困难 —交通不便的偏远基地 限制极强的经济 约束和短暂的周期 。 这些限制条件使得用直升飞机 运送材料成为经济可行的工程手段 而直升飞机的运载 能力又成为设计时必须考虑的 、 新的制约条件 一 桥梁结衫决兰式 特拉弗辛纳步行桥桥梁结构由一个轻质下部结构 三角形断面鱼腹式析架 和一个较重的上部构造 形 桥面部分 组成 图 从 二者的连接通过一个 形断面 的框架完成 。 苏朗桑步行桥是一个包括 根钢拉杆和石材走道的 预应力压力带桥梁 图 主要由桥面石板 、 不锈钢栏 杆 、 板下钢带等部分组成 。 —基本参数比较 摹纂黝翔口翻口盛口 蘸卑岛豪 注 表中数据参考自 《从 州 》 基本情况 一 健莽址环健意 特拉弗辛纳步行桥和苏朗桑步行桥都位于特拉弗辛 纳古道上 。 这条古道蜿蜒潜行 穿越了瑞士南部的特拉 弗辛纳峡谷 。 特拉弗辛纳古道在 年经修缮后开放使用 。 来 自南方的罗马小路与其相接并大概成环形穿越特拉弗辛 纳峡谷 途中有一个渡口穿过溪流 。 由于在潮湿 、 腐蚀 的地形上重建这一渡口很困难且代价昂贵 所以建一座 特拉弗辛纳步行桥 用以连接峡谷两侧的小路遗迹 。 渡 口两岸跨度约 。 由特拉弗辛纳古道和特拉弗辛纳步 从基本参数的比较中可以看到 两座桥承受活荷载 和雪荷载的技术指标是一样的 工程造价也相当 —苏 朗桑步行桥的每米跨度工程费用仅比特拉弗辛纳步行桥 的每米跨度工程费用多 。 比较分析 如前所述 , 两座桥处在同一地区中同一条通道上 面临着类似的问题 , 采用类似的技术指标 而且在同一 年建成 。 有趣的是 虽然有如此多的相似的前提 两者 的形式语汇和结构体系却大相径庭 。 —结构与构造的组台原则 ‘ 加法 “ 与 ‘ 减法 “ 在这两座桥的设计中 , 被组织在一起的子系统如何 © 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net 耐撇洲撒一肋即附川琳 藻镍镊 困匆 目 鬓 © 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net 平面剖面 细部 剖面 结构分析 草图 确定等级层次 并保证这种等级的清晰性以及如何连接 对于整个体系的完整统一是至关重要的 。 在特拉弗辛纳 步行桥和苏朗桑步行桥中 不同的结构体系是处于一级 系统的地位 而构造系统则处于次级系统的地位 将这 些子系统组织在一起的是 加法 “ 和 ‘ 减法 “ 的设计原 则 。 在特拉弗辛纳步行桥中 结构体系的演进和构造的 变化都体现出 加法 “ 和 减法 ‘’ 的设计原则 , 这充分 体现在结构断面形式演进的四个阶段中 图 刁 第一阶段 — 形槽与梯形析架相结合 上部的 形槽抵抗侧向风力所带来的扭力 下部的 梯形析架承受竖向荷载 。 位于上下部之间起连接作用的 木板同时有抵抗侧向风载的作用 。 每个梯形断面之间的 交叉拉索则提供了梯形析架自身的稳定性 就整体而言 第一设计阶段断面结构逻辑清晰 , 构件各司其职 。 在此 阶段 , 上下部不同的结构体系以 加法 ‘ ’ 的原则直接连 © 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net 接在一起 。 第二阶段 — 形槽与梯形析架通过 日 “ 形框架联结 连接上下部的抗风木板成为 日 “ 形框架的 一部分 。 由于 “ 一 形框架的连接 上部的 形 槽和下部的梯形朽架联结整体性比第一设计阶 段中断面更好 强度更高 。 但 “ 日 ’‘ 形框架的引 入使得梯形析架中的单纯受压杆件开始产生弯 距 与上部结构一起承载 在这一设计阶段 日“ 形框架的引入使 ‘ 加法 ” 的原则体现得更 强 而杆件的单纯受力状态趋向混合 结构逻 辑开始趋向复杂 。 第三阶段一一 形槽与三角形析架通过 ” 日” 形框架联结 上部仍为 形槽 下部简化为三角形析架 因此原梯形断面内部的拉索不再需要了 三角 形断面析架的周长也比梯形断面析架的周长短 。 这一以 “ 减法 ‘ ’ 原则进行的改动的直接好处是 在结构模型阶段就减少了结构构件 从而减轻 自重 , 有利于将桥体的自重控制在直升飞机的 运载能力以内 。 而不利因素在于这一变化使得 下部的三角形析架与上部的 形槽连接处的抗 扭能力变得很弱 。 为消除这一损失 ’‘ 日“ 形框 架比第二阶段断面更伸入三角形析架部分 整 个下角形析架部分一起参与抗扭 。 同时 抵抗 侧向风力的平板则分解成两部分 上部的抗风 平板并入 洲 ’‘ 形框架之上的 形槽中 , 使其 抗翻转能力更强 下部的抗风平板成为俗架受 压杆 , 一方面在三角形析架顶端与 “ 日“ 形框架 连接 另一方面在应力传递时成为扩大端 可 以将三角形析架上弦受压杆受的扭力迅速传至 上部的 形槽 。 在此阶段 对 “ 加法 和 “ 减 法 一 的设计原则进行了混合使用 。 这种混合使 用带来的结构和构造变化在特拉弗辛纳步行桥 的设计过程中至关重要 , 它导致桥梁的上下结 构结合更为紧密 , 结构作用机理更为复杂 桥 梁结构体系彻底地变成了一个混合结构体系 。 第四阶段 — 形槽与三角形析架通过日“ 形框架联结 在第三阶段断面的基础上 将下部析架的 每根上弦受压杆一分为四 图 更利于在受 压杆中穿系拉杆 、 夹住 洲 “ 形框架伸入到三角 形析架内的部分 。 而且 细长的十字断面能在 降雨后加快风干时间 并有利于压杆的耐久性 。 由于新的上弦受压杆之间的间隙极小 而且是 用弹性模量较高的钢片栓接 因此每组上弦受 压杆仍可视为同一受力构件 。 此阶段的设计调 整主要是在构造层面进行的 ‘ 加法 ” 优化 可 视为第三阶段的深化 至此 在 加法 “ 和 ‘ 减法 “ 的设计原则 组合使用下 一个混合结构体系产生了 它包 括 形槽 、 日 ‘ 『 形框架 、 三角形析架三部分 图 钊 。 它们以 加法 ‘ ’ 的原则组织在一起 而在 构造层面上 则有 “ 加 ‘ ’ 有 “ 减 “ 。 在这一体系 中 各个部分的结构逻辑已不像第一设计阶段 那么清晰 。 ’ 日 ‘ ’ 形框架是上下部分结构的连接 件 而它的上半部分又是 形槽的加劲肋 。 三 角形析架的上弦杆既受压 也承受由 “ 日“ 形框 架传递的力而引起的弯矩 。 对于苏朗桑步行桥 笔者未曾看到表达设 计过程演变的有关图纸资料 就现状而言 其 体现较多的是结构体系和构造中的 “ 加法 “ 原 则 。 桥面石板和板下钢带通过穿透石板的不锈 钢栏杆以 ’‘ 加法 ‘ ’ 的原则相连接 。 桥面石板系 统由一片片厚达 的花岗岩石板拼接而 成 石板间嵌入铝条 。 板下钢带通过不锈钢栏 杆的底端螺母与上部石板连接 图 。 钢带 系统采用 了预应力技术 两端的桥台上安装了 楔形承压式锚具以确保钢带收紧 图 、 钢带在收紧后有两个作用 , 一是将桥面上的集 中荷载尽可能广地通过钢带传递到两岸桥台上 , 这样可以避免产生大弯曲应力和变形的 ’ 锐 角 “ , 二是可以拉平挠度曲线的下垂 而钢带中 的弯矩会把下垂角度转变成某种连续曲线 图 。 这时钢带会在这一曲线的切线方向上挤 压石板 使之形成一个仰拱 图 可以承 受竖向荷载 并作为整体抵抗侧向风力和风力 可能引起的对桥面的向上托举力 。 对于仰拱和 悬索而言 同等重要的连接点出现在桥体两端 的桥台支承处 图 。 在桥面与桥台的连接 处 , 没有出现常见的斜撑 、 拉杆 而是简洁地 用了层层出挑的附加钢带来避免可能产生的应 力集中 —这一做法与特拉弗辛纳步行桥两端 栏板外侧的水平向加劲木条有类似之处 一福台唱 子勾体系的运用 『技矛姿态 通过 ‘ 加法 ” 和 ”减法 “ 的设计原则的组 合运用 性质各异的子系统组成了混合结构体 系 。 特拉弗辛纳步行桥和苏朗桑步行桥都是如 此 。 根据海诺 · 恩格尔的定义 ‘ 混合结构体系 的先决条件必须为两个双亲的体系 在其承载 功能方面基本上是同等地位的 而且在其新的 性质方面是彼此依赖的 ” 。 对于解决空间跨度 而言 基本的结构形式有梁与析架 、 索与拱等 。 特拉弗辛纳步行桥结构体系是由梁式系统和析 架系统以重叠这种连接方式混合而成 。 前者属 于截面作用结构体系 而后者属于向量作用 结构体系 。 苏朗桑步行桥结构体系是由仰拱系 统和悬索系统混合而成 两者都属于形态作用 结构体系 。 从技术的角度看 混合结构体系的好处是 明显的 。 通过重叠有相反挠曲性质的体系 其 中一体系的变形会被另一体系的变形所阻止 。 在单一作用下 梁式系统在两端具有最大的变 位 即垂直剪力 而析架系统在中间处具有最 大的变位 即弯曲 。 对特拉弗辛纳步行桥而 言 便是如此 。 同时 通过重叠 析架上弦压 杆从叠加的上部体系分配到新的功能 详见 “ 结构与构造设计组合原则 “ 部分的分析 。 对 苏朗桑步行桥而言 , 仰拱与悬索在支承处的反 向水平力可以部分互相抵消 。 对两者而言 上 音卜重型结构的自 重与整体刚度和 下部轻质钢带的 一急瘴乌晨镊 困口 困 纂 预应力是彼此依 赖的 。 从内部体 系差异性而引发的综合作用来看 特拉弗辛纳 步行桥混合结构体系是通过相反的体系挠曲来 增加桥体的刚度 而苏朗桑步行桥则是运用了 临界应力的相互补偿 。 建成后的桥梁混合结构 体系达到了这样一个目标 —叠合的两个独立 体系共同创造出了力感与美感上的统一 。 —与场所迈为结普 爆观姿态 特拉弗辛纳步行桥所处的山区林木茂密 自然环境优美 号称 一 生态博物馆 “ 。 通向古罗 马道路网的特拉弗辛纳古道蜿蜒其间 沿途的 城堡 、 教堂 、 修道院以及古老的贸易线见证着 历史的变迁 在这样的自然环境和历史背景下 , 任伺建造行为都必须尽可能小地影响原有景观 以防止场地中独特氛围的丧失 。 鉴于此 以木 材为主体材料 并以木材的表现力应对环境成 为一种明智的选择 而鱼腹形木析架结构体系 似乎在与曾随古罗马军队征战的可拆卸木析架 桥 这在维特鲁威的 建筑十书 》中有记载 相 呼应 。 从建成后的实际效果看 密集的木质交 叉横撑和周边布满松柏的峭壁产生了共鸣 图 门 。 毫无疑问 这座桥是按照现代建筑 和结构设计原则确定的 而其形式和构造却表 © 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. 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All rights reserved. http://www.cnki.net 一方面 , 桥梁 自身的选材 以两种差异较 大的材 法 则 以极少 的作为满足人 类需求 并使人 类 拉应力 同时由于钢带这一轻质构造的剥生 也需要重 料组成 , 另 一方面 , 两座桥 之间也形成 了不同 活 动适叮所处 钟自赞赞少子赞些辛 一竹踞篇藻巍 毓 阳 · 卜 一 千年 材料的强烈 对比 这种材料 的对比凸显 了各自 纳 步行桥和苏 朗桑步行桥所 表达的 。 或许这 也 七讲一个不合时宜的宣言 即 陌 随 一 的个性 。 是 于尔格 · 康 策特的意图所 在 。 ” 陇 , 回 , 在北京国际建协武会上的致辞 , 一 、 , 、 , , 丫 丫 丫 干 月 。 从桥 梁的形式看 两 座桥的差异也 是相当 本又在成 又过住甲 , 不 家阐乐灭罕姓 巩拼 。伦佐 · 皮亚诺 。 尸 。 卜 , 了年, 月 明显的 图 、 图 究 所朱竞翔副教 授 、 东南大学 土木工程学 院建 日出生于意大利热那亚的一个建筑商家庭 。 份 年毕汪 而这 些对立 的二元又和谐 地共存于 一体 , 筑 工程系吴京副 教授的悉 , 臼指 导 特此感谢 · 于米兰工艺大学建筑学院 · ”先后与理 州欲 卜 “士 这在巅蔽蓝达着 一种伦、度 或者说 羚攀耀里纂蕊熬中纂 翼熟黯 ⋯一一二 撇骤馨翼吧藻 翼 书藻蒸蒸蒸嵘翼 一了二元对 立的姿态 而对 立者的和谐 共存确保 〔月海诺 · 恩格尔 任 动 《结构体系与建筑 了整体的完 整生 。 在这里 两座桥 的材料与结构 奎黔 」 林昌明罗时玮译 天津大学出版社 年 丁 曰 “了 曰 , 一 。 一一一 ‘ ’ “ ‘ 一” 曰 ’ “ 一 ’ 尸 一 一 一 一 一 的对比与互 补 对建筑 ‘ 统 一性 “ 的表达 · 罗篇 复器貂黔黔觉牛赘 罗馨耀巍霸象蒙理或是做· 结语 巧 。 根据 ‘ 在自然结构及技术结构中处置作用力一 即将作用力改向— 的四种典型机制 将结构体系划分 参考 资料 由此 可以看出 于 尔格 · 康策特 设计的特 为形态作用结构体系 、 向量作用结构体系 · 截面作用结 · , 峋 。 杨 。 印日 、」 , 拉弗辛纳 步行桥和苏朗 桑步行桥的差 异源自种 构体系 、 面作 用结构体系 、 高度作用结构体系 ‘ 将非 能 第妇期 年 种类似背 景中的细微 差别 。 基于此 桥梁的材 嚣而翼翼黯算默嚣默蒙翼蒙翼 。 撰汀菜默忍瓮 。 翟骤犷署纂麟 料和技术 对所处地区特 有的自然环境 及历史背 构体系 “ 如悬索结构 , 拱结构 。 一 压力与拉力杆件依某 明 时 景作出 了双重回应 , 使得桥梁 具有了 生于斯 种方式安排 · 并用铰接点连接于体系内形成能改变力 汗 圈 。 , 。 喊腼 耐 刘 长于斯 一 的场所归属感 · 同时 , 这种 差异脚 耀恐慧翼驾黑 状 羚斯 、 、 。吻 一 世 背后也表 达出设计原则 的某种一致性 一一设计 线 “ 如析架结构 可借助刚节点将单独的梁和柱组合 界著名桥梁设计 张慧 黎楠译 中国建筑工业出版社 者使用混 合结构系统 的技术性意 图 以及对完 起来 , 使每个构件通过其轴线的挠曲来参与抵抗变形的 年 整统一 中二元的对立与 共存的关注 · 这 种设计 蕊默几雾弋默系 ’ 此即 。碟嚣蒸戴髻猫 版建筑原则体现 出的是按照统一 的设计原则 将复杂的 回 海诺· 恩格尔 。 任 《结构体系与建筑 肯尼斯 弗兰姆普顿 十 卜 ’ 千 混合结构体 系 、 多种结构 性和构造性材 料凝聚 造型》 , 林昌明 罗时玮译 · 天津大学出版社 。。年 年七讲 一个不合时宜的宣言 。 「 卜 丽 奋起的 创圈生设计” 图 。 在这种” 图的贯彻 尸蹂、因、 , 霍斯道夫 日 旧 。 「 。 年 黔缈 。 · “ 在北京国际建协大会上的致辞一」 二 二二 , 州 、人 ‘ , ‘ , 号 “ “ 口⋯ ’ ·‘ “ 份’ 乙 一甲甲, 年 月 下 桥梁超 越了物理意义 上的需求 在 技术上 月 日出生于德国威斯巴登州 结构工程师 , 他以许多 无多余构件 在艺术无任 何附加装饰 功能的 富有设计创澎 生的建筑影响了瑞士建筑界 其著名作品 有巴塞尔大学图书馆 、 巴塞尔市剧院和 。 的橡皮带 图片来 源 有效性和技 术的纯粹性 紧密结合 从而 保证了 纺织厂 于尔格康策特赞赏霍斯道夫是 最全面意义 旧 、 , , 们 , , 侣谜自 从 旎 峥 种种元素在 组合时表达 出一种浑然天成 的完整 上的工程师 认为 “ 他用独一无二的方式把在建筑结构 伟八 卜 年 , 性 它使得桥梁整体 表现出 奥克汉姆剃 刀 四 工程领域中有创造力的设计和有驾驭能力的敏锐分析融 〔图 、 , 列选自 协 瓣年第 期 , 合在一起 。 ‘’ 【图 , 、 了 、 、 , ‘ 、 了 、 列选自 式的简洁一如 无必要 , 无须再 加 。 这表达 由于钢带对石板的挤压力在石板的底面所以桥 一 世界著名桥梁设计》 马修 韦尔斯 一 喃 油 、 了一种在 自然面前谦卑 的姿态 即运用 自然的 面必须有相当的重量 才可以抵抗石板上部可能产生的 、 〔 著 张慧黎楠译 中国建筑工业出版社 , 年