大跨度建筑分开屋顶工程实例分析

大跨度建筑分开屋顶工程实例分析

屋顶是建筑的五个立面，是建筑造型特征的重要组成部分。对于大型建筑来说，屋顶在技术和艺术上的创新和形成影响着整个建筑的形象，也影响着整个城市和地区的形象。具有开合屋顶的大跨度建筑功能条件优越、节能环保,是建筑设计趋“真”、趋“善”过程中的又一进步;同时其形的设计是体现精神内涵、人文情怀、时代个性的方式,最终形的生成是建筑技术与建筑艺术高度统一的结果,也是理念与现实相互作用的结果。从20世纪80年代末至今,大跨度建筑开合屋顶工程在国内外已得到快速发展,在未来的大跨度建筑屋顶工程中,开合屋顶工程将成为主力军。本文从建筑设计和美学的角度探讨大跨度建筑开合屋顶形式设计的方法和切入点,在理论上寻求开合屋顶形式设计可行且美观的方案。1建筑形式设计中美学的上升建筑设计是一个理性的逻辑过程,是在“坚固、适用、美观”建筑三要素统摄下对建筑功能、形式、技术、环境和经济等方面最有理、有利且能够使其和谐共生的创作,而往往在建筑的形式上表现得最为突出。建筑形式设计作为建筑设计中重要的组成部分,还存在着自身独立的变化,这种变化是美学形态的直观反映,是建筑形式设计过程中理性美学上升的必经之路。当这种变化无限接近于能最大限度容纳结构条件、抽象寓意、人文理念、环境空间和艺术形象等方面诸多可能性的时候,建筑最终的形式也就确立了。大跨度建筑设计作为建筑设计的一个方向,由于其自身体量大、公共性强、结构特殊等的建筑特性,因此其形式的设计也存在一定的特殊性,便是大跨度建筑的屋顶,尤其是后来出现的开合屋顶。2影响大型多段建筑的开口形式设计的两个行为2.1大跨度建筑屋顶设计的理论基础:社会现实的真实表达(1)建筑形象。大跨度建筑的综合性和社会公共性决定了其艺术形象的重要性,而此类建筑艺术形象的表达却大多是通过屋顶的艺术形象来实现的。就建筑的艺术形象而言,其中精神性格是内容,物质形态是形式,形式反映着内容。所以大跨度建筑屋顶的形式必然承载着其场所的生态环境、人文环境、城市环境的可持续性,同时也是社会和时代的真实表达,对人的精神有很大的影响。从古罗马斗兽场到今天的大跨度建筑,无论是在视觉形象还是在代表的地域性特征方面,其屋顶经历了一个“无→有→二维变化→三维变化”的演绎过程,在这个过程中每一个环节都是各种可能性的衍生,最终生成了不同屋顶的形。随着20世纪80~90年代国外具有开合屋顶建筑的出现,其屋顶的设计已转入“三维变化”中,尤其是大跨度建筑的屋顶设计和创作。(2)以人为本。大跨度建筑始终是社会活动的一个很重要的中心,所以在特定时间和空间内人流非常集中,在这种情况下,不同的气候条件和活动内容会不同程度地影响到社会活动的进行和高密度人群中每个人的舒适性、安全性。随着以人为本理念的提出,为创造满足人们更高要求的生活空间和环境空间,大跨度建筑开合屋顶的形式设计应考虑到开合面积的大小和屋顶开合部位对应的内部空间位置,进而实现在公共性强的场所对以人为本理念的践行以及人与自然和谐的空间环境。2.2结构组合作为大跨度建筑复合屋顶形式的基础(1)结构条件。结构条件是影响大跨度建筑屋顶造型的重要因素,在不同人类文明背景下,结构直接限制了大跨度建筑屋顶的形式。随着物质文明的不断提高和人们对物的规律的逐步探索开拓,建筑结构也在向复杂和多样发展,从力学原理运用到建筑中到今天,诸如穹顶结构、拱券结构、钢架结构、桁架结构、膜结构、悬索结构和网架结构等结构的相继产生,为大跨度建筑开合屋顶形式的拓展提供了可能性,同时这些结构在具体工程中的实践也引领出了多种结构组合的可能,这种可能使得大跨度建筑开合屋顶形式向多变与多元又深入了一步。亚利桑那州菲尼克斯棒球场、日本大分体育场、南通体育场、上海旗忠网球中心和浙江黄龙体育中心网球馆等具有不同结构的开合屋顶建筑,也向外界展示了不同的屋顶形式和屋顶气质。只有合理、先进的结构条件包括先前的支撑,才能实现后来大跨度建筑开合屋顶不同形式的设计和生成。(2)材料选择。材料不仅是建筑形象和气质最直观的表达,而且也是结构选择的重要依据。对于建筑形象和气质来说,材料表达着建筑整体或建筑构件的尺度、比例、色彩、韵律、形体和光影等;对于结构选择来说,材料自身的一些性能,包括自身重量、抗压能力、抗弯能力、抗剪能力、刚度、强度和可塑性等都是重要依据。大跨度建筑屋顶的设计亦如此,甚至其要求远远超过一般建筑,尤其是开合屋顶,由于它自身是一个可活动体系,在动态中为了使结构达到静定状态,同时屋顶的形象还要优质,所以材料选择可能是多种不同性质的材料搭配使用。随着钢材、轻膜、有机材料等新型材料的广泛使用,开合屋顶的形式也变得更丰富、新颖。3顶板形状设计3.1结构参数和个人信息意象往往是建筑师在创作时灵感的来源,有时候也是追求某种美好愿望的体现。大自然中存在很多具有开启和闭合动作的实物,例如眼睛、翅膀、花瓣、贝壳和雨伞等(图1~6)。这些实物自身的美以及开合方式都有各自不同的特点,把这些实物中与设计相关的那部分用简单的逻辑关系提取出来便是意象抽象。大跨度建筑开合屋顶的形式设计可从这些具体的实物上获得,通过保留实物的开合方式和开合特点,依据建筑功能的布局和平面形状,将具体实物抽象化,赋以合适的结构选型,而后嫁接到开合屋顶形式的设计中。3.2形式设计的前置条件有动作说明就有力作用的效果,进而也就不难衍生出“开合”的方式,进一步也就有了开合屋顶形式设计的先前条件。简单的动作有折、叠、推、拉、转、扭等(图7~11),将这些简单的动作通过不同大小的力或不同方向的力作用在物体上,便会使这些物体产生不同形式的开合,对于大跨度建筑开合屋顶而言,将这些动作抽象到具体的设计当中也会是开合屋顶形式设计的途径。3.3几何综合体的逻辑关系最简单的几何体有方、圆、角、扇、方体、柱体和锥体等(图12,13),当这些几何体通过一定的逻辑关系组织起来,便能形成整体性很强的几何综合体。这种逻辑关系包括加法和减法,屋顶的正投影便是单个或多个几何体最终组合的结果。对于大跨度建筑开合屋顶的形式设计而言,同样可首先由几何体切入,根据整个建筑的功能划分和建筑师的设计理念,将几何体通过“加开减合”或“加合减开”的逻辑关系进行组织、抽象而获得。4形式与功能的关系在实际的工程中除了开合屋顶形式的概念设计外,还要涉及到具体的构造设计,这些构造是建筑达到“善”的重要构成元素,是绝对不可忽略的,其中包括屋顶排水、气流疏导、采光、遮阳、防火、动力源和日常修复等(图14)。由于大跨度建筑在设计过程中形式与功能的先后关系表现得不过分强烈,所以构造需确定形式与功能两者的先后关系。在先确定功能的前提下,形式的设计要根据功能性质和布局确定构造;在先确定形式的前提下,功能要根据形式设计确定构造。5