自从建筑师和构造师分工明确之后,选择建筑的形态和构造类型的主动权基本都在建筑师手中,尤其是民用建筑中,框架构造霸占了绝对的主导浸染。
但是也有一些构造类型却能被构造玩出了一朵花,比如说,互承构造。

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互承构造建筑设计 常见问题

什么是互承构造?

互承构造这个观点首先被英国建筑师格拉汉姆·布朗提出,先后得到了诺丁汉大学约翰奇尔顿和谢菲尔德大学奥嘉波波维克等学者的认同。

其论述的互承构造为一种三维格架构造,由一圈相互支撑的构件构成,这些构件围着内圆切线支配,每个构件的一端都顺次搭不才一个构件上,另一端则搭在柱头或者承重墙上.如果构件两端都搭在相同类型的构件上,那么一定数量的这种构造以相同的办法连接后就成了"多重互承构造"。

图1. 几种互承构造构件的搭接办法

互承构造的布局特点:

1.构件均短于总跨度,且相互支承。

2.不存在两根构件公用同一端点的征象,从而避免形成铰接节点。

3.所有构件在构造和几何上的主要性均相同。

图2. 范例杆系互承构造

由于互承构造是一种以杆件相互搭接为特色的杆系构造形式,避免了多个杆件交汇于一点,从而简化了节点的布局。
再加上互承构造通过杆件之间的相互支撑办理了弯矩通报的问题,并且利用小尺寸的构件实现了大跨度的构造,因此特殊适用于木构造等构造。
从构件角度来看,互承构造为利用直构件供应了实现波折三维繁芜形式的可能。
同时,这种构造对节点技能的哀求很低,使其可以短韶光内完成搭建和拆卸。
这些优点使得互承构造成为多种运用的可能办理方案,从短跨度顶篷到几何形状繁芜的构造形式,再到快速建造的紧急情形,一应俱全。

图3. 同济大学创意设计学院大厅展出的互承构造

不仅如此,由于其构造构件支配富有韵律美感切有很强的数学性,可以天生无数种规则的几何形态或者自由随机的形态,以是也备受建筑师青睐。

图4. 互承构造可天生的几种构造形态

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互承构造的前世今生

从古至今,放眼中外,已经有很多建筑师和构造师对其进行了研究和实践。
但是由于这种构造的几何构形繁芜,找形困难,且形状不可任意实现,因而随着钢筋混凝土构造和钢构造的发展而逐渐被人们忽略。
近年来,随着剖析技能和建造技能的发展,互承构造又逐渐受到了一些欧洲和日本的学者把稳。
现在伴随着剖析软件的兴起,不仅在找形理论方面有了长足的上进,而且能用软件进行剖析和优化,终极建造出一些具有当代特点的互承构造形式。

图5. 同济大学展出的互承构造

对互承构造体系影响最大的人之一便是文艺复兴年夜师达芬奇。
他较为全面的研究了互承构造并设计里多种可能的形态,巧合的是,有一种形态与中国的虹桥构造极为相似。
达芬奇乃至还设想了这些构造在实际工程中的运用,比如他绘制的类似虹桥的构造是为理解决临时军事桥梁的架设问题。

图6. 张择端画中的虹桥构造

日本一著名建筑师石井和紘多年来致力于日本传统建筑文化的挖掘和创新,他那后当代味道十足的“54”系列建筑对当时的日本建筑界影响重大。
他设计的几座互承构造建筑中,熊本县清和文乐馆的演出厅屋顶最为风雅。
石井和紘的互承构造观点紧张来源于儿童游戏,他说:“小的时候,我常常将三支球棒树立起来玩耍。
”他还从一种叫骑马战的游戏中找到灵感,并将其运用到了演出厅屋顶构造中。
而在他设计的清和村落物产馆和直岛综合福利社拍浮馆中则利用了类似虹桥的编木构造。

图7. 熊本县清和文乐馆的演出厅屋顶

图8. 清和村落物产馆顶

著名的构造设计师塞西尔·巴尔蒙德也将互承构造利用的风生水起。
在2005年的伦敦蛇形画廊临时展馆以及美国密苏里州圣路易斯市的森林公园展廊中,互承构造被他利用出了新的面貌。

图9. 2005年的伦敦蛇形画廊临时展馆

其他的具有代表性的互承构造还有日本六甲垂枝天文台钢互承构造以及2010年第十二届威尼斯建筑双年展上普利兹克建筑奖得到者、也是中国美术学院建筑艺术院院长王澎教授设计的“衰变的穹顶”。

图10. 日本六甲垂枝天文台

图11. 日本六甲垂枝天文台钢互承构造

图12. 王澎教授及其团队与“衰变的穹顶”合影

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互承构造的研究现状

前面提到,互承构做作为前沿课题,有越来越多的学者对其进行研究,干系的事情紧张是互承构造的找形方法和构造形态的优化。

对付构造找形,通过对与基本互承单元的研究,认为杆件长度、搭接长度、坡角等是影响大略互承构造形状的紧张参数。
即通过调度这些参数可以汇总啊到符合建筑形态哀求的构造整体形状。
目前紧张有物理过程仿照和构造优化两种方法。
大部分的学者都采取后者方法来办理找形问题。
比如说通过基于遗传算法通过反复迭代找到知足构造构型条件的最优解;通过遗传算法找到拓扑构型后采取梯度法加快收敛速率;针对构件相同的互承构造,提出循环搭接找形法等等。
还有学者通过比拟群体随机搜索方法中的遗传算法和单点搜索优化方法中的拟牛顿法,认为后者具有更高的打算效率。
目前构造找形的难题是虽然这些算法适用性强也可以智能搜索,但是效率不高、收敛性不好、随意马虎陷入局部最优解。

图13. 互承构造的基本单元

在形态优化方面,目前公认的是杆件搭接系数、旋转角度和网格疏密程度是影响互承构造形状的紧张参数,在构造设计中可以通过调节这些参数使构造形态更好的符合建筑造型并得到更丰富的构造形态。

与大略框架构造比较,互承构造对付材料的用量更多,受力剖析也更加繁芜,大概会成为其推广的一大障碍。
但是