把混凝土做得像蛋壳一样的技术,60年后出现了新突破

2017-11-01 14:49:05 whchedu 2

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你也许曾见过一种类似贝壳的建筑结构。它叫做“薄壳结构”,流畅的曲面线条和大跨度的空间结构常常比普通的直线建筑要来得吸引人。

谈到薄壳混凝土结构,建筑行业一般会追溯到公元 2 世纪的罗马万神殿。它直径 43 米的半球形穹顶用火山灰制成,从底部至顶部逐渐变薄,最薄的壳顶也有 1.2 米的厚度。巨大的跨度纪录一直维持了近 2000 年。

此后,薄壳结构伴随着钢筋混凝土的大量使用而推广开来,并在 1950 年代达到鼎盛时期。

最著名的莫过于西班牙建筑师 Felix Candela 于 1958 年完工的霍奇米洛克餐厅(Los Manantiales Restaurant)。几重飞舞飘逸的双曲线抛面没有外部支撑,造型独特优美。

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霍奇米洛克餐厅

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重修后的霍奇米洛克餐厅

但薄壳结构远不如清水的直线结构普及。它最大的缺陷在于,因为复杂工艺,过于依赖工人的经验和技术,以及对建筑材料的浪费——浇筑混凝土曲面时,需要大量不可重复利用的定制木结构和泡沫做支撑。造价的 60% 耗费在施工成本上。

这种情况从薄壳结构最巅峰的 1950-1960 年代开始就没有改变。现在,创新的数字设计和制造方法成了突破口。

最近,一群来自苏黎世联邦理工学院的研究人员在实验室内花了 6 个月时间,建造了一个超薄的双曲面混凝土薄壳结构原型。

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这个测试结构高 7.5 米,表面积 160 平方米。尽管只是测试版,但完整版会被用作瑞士高级豪华公寓 HiLo 的屋顶。

它解决了建筑材料浪费的问题:取代原本木结构的是钢丝绳网,它由可快速拆卸安装、可重复使用的脚手架撑起。

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钢丝绳网内不仅包裹了一张织物编成的网,还包含隔温层,房顶外面还会覆盖一层薄膜光伏电池,可减少能源损耗。

但这几层结构并不增加太多重量。整张钢网重 500 千克,织物重 300 千克。共 800 千克材料就能负担 20 吨湿混凝土的重量,支撑力巨大。

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当研究员将这种轻型结构和智能的建造系统结合在一起后,它也变得很薄——平均厚度只有 5 厘米,主要受力的支撑表面为 12 厘米,其余边缘部分仅 3 厘米。这能省下不少混凝土材料。

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“我们已经证明,使用轻巧、灵活的模板可以建立一个激动人心的薄壳混凝土结构。不会浪费大量的材料”,研究小组的教授 Philippe Block说。

他们在薄壳结构上推动的进步还提供了一种实现全新设计的解决方案。大跨度空间使得屋顶在施工时,地面空间还可以同时供另一组工人施工,以此缩短工期。

但事实上,研究小组只是解决了部分问题,还是没有办法摆脱对熟练工人的依赖。在浇筑钢丝绳网上铺薄薄的一层混凝土需要经验。正确混合混凝土,让它不至于过干或过稀也需要经验。

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在“薄壳界”,不少大师都拥有一支专门的施工队伍。Candela 就在墨西哥建立了一间建筑公司 Wing Roof,落地了 700 多个设计项目。

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Felix Candela

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