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我心目中牛B的男子是那个让砖头飞起来的人

by 邵工——建筑结构工程师 Structural Engineer |2017年8月1日 | 施工技术, 材料知识, 设计知识
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曲面砖墙能否承重?

这是一个很好的问题。

首先,曲面砖墙恰恰由于其特殊的拱形效应,让砖墙结构的受力性能可以更好。

如果再运用配筋砖结构技术,那么就可以做出大悬挑和大跨度的结构。

下面我们就来认识一下精通于此的砌体结构大师Eladio Dieste(艾拉迪欧 迪埃斯特)。

一、关于Eladio Dieste

图1:Eladio Dieste

图1:Eladio Dieste

 

Eladio Dieste 是二十世纪南美建筑师中的一个异类(或者天才)。他毕业于乌拉圭蒙德维的亚大学结构工程系。他因创造了由砖和陶瓷构成的瓷砖结构,以及一种低成本的可快速、广泛铺装屋顶的系统而闻名建筑界。

二、基本原理

如图2所示,想象我们将一张纸片拿在手上,纸片会自动下垂,如果将纸片从中间略微弯曲,那么纸片就有了刚度而不会弯曲。再将这个结构模型180度翻过来,那么就是拱形屋面的一个形状。

 

图2:基本原理

图2:基本原理

迪埃斯特选择用转,其实是一种无奈之举。当时乌拉圭国力贫弱,水泥基本依赖进口,混凝土结构的造价相对较高,而他接手的项目大多在偏远地区的工业建筑或者教堂、学校。在1960-70年代,乌拉圭的总人口只有约260万人,每年尚有数万人移民离开,其物质条件的不足可见一斑。相对而言,粘土砖只需要就地取土,当地的人工也相对廉价。尽管需要在砖之间配筋,仍不失其施工和造价上面的优势。

在看到实例照片之前,谁又能想象,适当配筋的粘土砖建起了几乎能容纳一个标准足球场的大跨度空间,更不必说悬挑几十米的薄壳屋顶。如果说这是迪埃斯特的作品是诗人的杰作,那也是给我们一种雄鹰展翅的画面感,而不是细雨落花的画面感。

如图3所示,和现浇混凝土相比,迪埃斯特的砖结构也需要模板,但是只是简易的单侧支模。每一块砖都是坚硬的固体,不再有流动性,对于模板的精度要求很低。也不会像混凝土那样受到振捣、养护温度、湿度等因素的影响。至于预制混凝土或者钢结构的装配式施工,它们依赖长途运输、大型机械的精准施工,在落后地区更不具备可行性。

图3:施工过程

图3:施工过程

三、案例赏析

3.1 工人救世主教堂

The Church of Christ the Worker in Atlantida(工人救世主教堂)是二十世纪后半叶的建筑品,是Eladio Dieste详细研究强化砖石的第一个例子。这个全砖建筑物以桩基固定在土地上,拥有巨大的双弯曲外形。而他采用了嵌入式钢筋和特殊混凝土,使砖石工程在结构上合理可行。这个设计着重于技术的结构的技术性因素,同时也探讨了建筑体量与结构之间的关系。

如图4~6所示,工人救世主教堂的侧墙为直纹曲面板,这可以使墙体在厚度极薄,且不需加立柱的前提下保持结构稳定性。屋顶板为波浪曲面板,在纵轴和横轴方向均起拱,这样可以在保持板厚较薄的前提下获得足够的结构强度。屋顶板的纵向起拱频率与曲面墙板的扭曲频率保持一致,且两墙间距离最近点的屋顶起拱坡度最小,距离最大点的屋顶起拱坡度最大,这样也可以有效利用结构优势进行荷载传递

 

图4:工人救世主教堂1(1960)

图4:工人救世主教堂1(1960)

 

图5:工人救世主教堂2(1960)

图5:工人救世主教堂2(1960)

 

图6:工人救世主教堂3(1960)

图6:工人救世主教堂3(1960)

如图7所示,如果将典型剖面拿出来分析,则可以看出这与柱脚简支门刚的受力分析图高度吻合。按照这种图形布局来确定构件形状,可以使构件的受力主要集中在轴线方向,从而有效减少扭力和弯矩对构件自身带来的影响。

 

图7:工人救世主教堂及其分析图

图7:工人救世主教堂及其分析图

3.2 屋顶悬挑的公共汽车站

如图8~10所示,公共汽车站项目悬挑十几米的屋顶,既能遮蔽风雨,又能满足车辆随心所欲地进出调转。

而奇迹中的奇迹,诗意中的诗意,是这些砌体结构的厚度仅仅有200mm。和被它呵护的巨大空间相比,结构轻薄如纸,却坚韧如钢,数十年后任然安然无恙。

 

图8:屋顶悬挑的公共汽车站1

图8:屋顶悬挑的公共汽车站1

 

图9:屋顶悬挑的公共汽车站2

图9:屋顶悬挑的公共汽车站2

 

图10:屋顶悬挑的公共汽车站3

图10:屋顶悬挑的公共汽车站3

 

邵工——建筑结构工程师 Structural Engineer

建筑一网(www.jianzhu1.com)是一群同济大学毕业建筑和土木相关专业毕业的研究生和博士组成的技术团体。我们自2011年始即开始从事结构设计和研究工作, 积累了大量的研究成果和创新技术,并整理了对中国规范、FIDIC合同、欧洲规范和美国规范的总结笔记。此外, 团队还在结构产品领域有所研究,并推出了超薄夹层、板桁架、无檩网架、装配式厂房和装配式酒店等相关装配式产品。

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