雨棚笔记

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楼主 2021-10-09 11:59:31
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本文来源 iStructure 公众号, 获授权转载。


在之前的文章中小i介绍过加油站、楼梯。这些小品建筑功能往往比较单一,但其实更有机会做出特色。今天,由特约作者“小龙人”介绍他的“雨棚笔记”



在读书时期,曾经旁听过日本结构师大野博史的评图课。课上大野博史分享了函馆市一个改建电车站的雨棚设计,由于人流等功能需求,候车区宽度需要由原方案的1.2m加宽至1.7m,为轻盈的结构设计带来了挑战。

结构设计:大野博史

“初期雨棚悬挑备选方案有箱型截面,T型截面,而后综合考虑了雨棚厚度以及用钢量,突然萌生了用一块下垂的钢板来做棚面的想法,考虑风雪荷载以及自重后确定了矢高及构件尺寸。”  

竖向与水平荷载计算简图

整体结构设计完成了1.7m的悬挑雨棚,形成了有韵律的连续无柱的棚下空间。本期小i就以此方案为起点和大家分享几个雨棚案例。

▲工厂预制构件(柱脚用工型截面配重混凝土走道)      

 ▲ 工人现场配重检测雨棚位移

 


面对不同尺度的空间(广场、道路、庭院等等),雨棚的结构选择和表现形式也多姿多彩。

与广场连续的雨棚——葡萄牙国家馆

建筑设计:Alvaro Siza

结构设计:Cecil Balmond

葡萄牙国家馆,雨棚跨度70m,厚度仅有20cm,在这种尺度下显得十分轻薄。其采用预应力悬索混凝土,较密的悬索和预应力使混凝土裂缝得到有效控制。混凝土的配重有效地减少了屋面在风吸下的竖向扰动,同时也保证了悬索的稳定。两侧墙体14m高,用于平衡拉力,关于拉索与墙体的节点待查证后再与大家分享。

 ▲ 14m高侧墙

下方大范围空间保证了与码头的视线不受干扰以及平常的活动,当人们行走于其下,强烈而厚重的结构感扑面而来,在与两侧纵向墙体连接处屋面戛然而止,露出拉索,光通过缝隙照亮了此处的节点,为巨大的纪念性建筑增添了细节。


▲ 与墙体连接处拉索

▲ 拉索制作

▲ 受力简图 



错动的支撑—— Misumi canopy

建筑设计:Ney & Partners

结构设计:Ney & Partners /Oak Structural Design

Misumi canopy位于熊本市一个海边小镇,其周围的山脉起伏不大,为了与周围的环境相契合而不喧宾夺主,雨棚采用这种单边悬挑的方式,宽度4m。

▲ 柱顶铰接 屋面轻盈

棚面钢板厚度依据应力水平从12mm到过渡到9mm,柱顶铰接营造了屋顶悬浮的氛围,弯曲的路径使得柱列之间存在一定距离,从而有了抗弯能力,抵抗了雨棚的倾覆。

▲ 错动柱列提供抗弯能力

(图中两根柱子不在同一平面内)


月亮棚——汉堡中心车站

建筑设计:Silcher,Werner+Redante Architekten, Hamburg

结构设计:SBP

汉堡中心车站与与Misumi canopy的建筑形式类似,但建筑师之所以采用圆弧的形式一是因为流线指向性很强,二是因为其下是地铁隧道,所以柱列只能单边且在外侧。这种形式的需求让结构师决定采用圆弧梁的受力机制。将悬臂的弯矩转化为圆弧梁的拉压环向内力而没有扭矩。

雨棚顶面上悬挑薄片空腹钢板,节省了材料,其下悬吊玻璃幕墙,整体上看这是一个十分雕塑感的建筑,已成为汉堡的一个地标。


SBP在柏林也做了一个单边悬挑的车站,由外侧的柱子和中部楼梯延伸上来的核心筒支撑,初次看到这个方案小i十分震惊,猜测由于柱列是直线,所以通过端部与中部的高差使混凝土屋面有一定的上凸的曲率来抵抗倾覆弯矩,原理类似曲梁。

建筑设计:gmp · Architekten von Gerkan, Marg und Partner

结构设计:SBP

▲ Berlin Main Train Station



吊起的棚子——海尔布隆轨交站台

建筑设计:Auer+Weber+Architekten

结构设计:sbp

Heilbronn车站由3排柱子形成基本的框架,为了减少可以看见的支撑构件,1.96m x1.87m的钢化玻璃单元通过特制的节点悬挂在拉索上,显得十分的通透,玻璃单向微倾,让积水排往一侧。

▲ 仅有的三根框架让棚面显得十分通透

▲ 悬挂玻璃节点



纸飞机——珀斯机场入口雨棚

建筑设计:Woods Bagot

帕斯机场入口雨棚形式源于飞翔的机翼,主体结构为桁架结构,外表包裹高性能的PTFE膜,可以适应各种平面形式,且有着优异的耐久性和透光性。

▲ 包裹的雨棚形似折纸飞机



蝙蝠伞——里约高尔夫比赛雨棚

建筑设计: Rua Arquitetos

位于里约奥运会高尔夫球场的这个雨棚有点类似我们平常用的雨伞,支撑梁与柱顶铰接,非常纤细。上部用索杆进行整体张拉,具体是如何实现的欢迎大家探讨。有趣的是,棚顶的雨水通过柱子汇集到地下,经过循环系统浇灌草坪,在雨量充足的巴西可谓是物尽其用了。

▲ 精致的柱顶铰接节点

▲ 通过框架柱循环利用雨水



开合伞——Al-Husayn 清真寺雨棚

建筑设计: 未知

这个坐落于沙特的超级大伞,原理与雨伞类似,非活动时自然垂下,有重要活动时通过某种机械液压装置(小i猜测),通过上推支撑压杆来张拉雨棚表膜。这样既有采光也能通过张开不同的大伞划分功能区域,实用的同时趣味十足。

▲ 非活动时闭合状态

▲ 棚面支撑骨架

 ▲ 大伞设计图纸



气泡棚——赫林格社区中心雨棚

建筑设计:WerkGemeinschaft Guttenberger

赫林格社区中心雨棚形式上是悬臂梁,但是覆盖了气动ETFE膜后,向下的荷载转化为了膜的张力,达到一种自平衡,从而更像是壳体的受力方式。充气膜在黄昏会呈现非常漂亮的颜色。


采用类似结构表现的还有瑞士阿劳公交站台雨棚,使用钢架支撑,透明的棚顶是由ETFE膜材构成,印有气泡形状。中间镂空的封闭圆弧边缘构件高效的平衡了拉索的内力,下方采用交叉斜柱,猜测是计算后考虑了倾覆弯矩的需求。 

建筑设计: Vehovar & Jauslin Architektur

 ▲ 拉索与边缘构件连接节点

 ▲ 对接焊气垫



行走的亭子——121亭建筑设计:阿科米星 | 博风建筑

121亭半遮半掩于上海浦东张衡路180号南侧绿地的树林之中,由于单柱结构表现力太强,建筑师最终选择了交叉双柱,实现了使人视线向外的设想。屋面采用下凹的曲面钢板。建筑师希望柱子与顶板混为一体,从而没有选择柱顶铰接以及板下柱托方案。

▲ 方案演变

但如何把板底做平?综合考虑了施工难度以及全预制无现场明火作业,在柱顶做了一块平托板,托板上的螺栓穿过钢板上的预制洞口,现场安装十分方便。

小i很喜欢的一个细节就是纵向的一根白色箱型梁可以让其两侧采用较薄的木材,支撑于其上。箱梁嵌入板凳中,没有增加支撑空间,并且成为了一种自然的装饰。


严肃的脸—— Grisons议会入口建筑设计:Valerio Olgiati

最后和大家分享一个小i觉得很有趣的后建雨棚入口,入口只有一条坡道,为让残疾朋友和正常人一样享受同等的待遇,两侧双层的青铜栏杆做成了扶手的样子,简洁而温馨。

▲ “悬浮柱”与扶手栏杆

主体结构就是一根悬挑梁,厚重的“严肃脸”让人很容易忽视了远处的细柱,“严肃脸”下端几乎与地面脱离,像是悬吊在屋面一样,正面走来,似乎有种失重感。

▲ “严肃脸”与扶手栏杆


还有一些有趣的雨棚案例,限于篇幅无法一一介绍,仅罗列出来供大家欣赏。 



参考资料

1.日大講義建築設計

2.DARCH Structural Design.

3. http://www.sbp.de

4.王方戟, 庄慎, 董晓. 模糊 1-2-1亭的建筑与结构设计[J]. 时代建筑, 2016(2):122-127.




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