建乙組-蒙特利爾世博會(huì)

GermanPavilionFreiOtto，EXPO67，Montreal13建筑學(xué)2班鄧逸凡

姜林成

劉祺

唐谷雨

許軒儀

作品簡(jiǎn)介建筑名稱：1967蒙特利爾世博會(huì)德國(guó)館建筑師：Freiotto（建筑設(shè)計(jì)）

RolfGutbrod（建筑設(shè)計(jì)）所在地：加拿大，蒙特利爾

建筑類型：展覽館建筑建造年份：1966-1967（工期僅6周）占地面積：7730平方米薄膜張開(kāi)面積：9500平方米建筑獲獎(jiǎng)：奧古斯都佩雷獎(jiǎng)作品簡(jiǎn)介結(jié)構(gòu)類型：索膜結(jié)構(gòu)建筑材質(zhì)：地基［混凝土體積350m3、預(yù)應(yīng)力鋼7t、鋼筋20t］桅桿［德標(biāo)37號(hào)鋼（低碳鋼C0.17-0.20Mn<1.4P/S<0.045）80t］薄膜［高分子聚合材料薄膜PVC頂層]索網(wǎng)［鋼］建筑耗資：4520000德國(guó)馬克FreiOtto（1925-2015）德國(guó)建筑師、工程師1943，德國(guó)空軍飛行員，參與第二次世界大戰(zhàn)1945－1947，淪為戰(zhàn)俘，獄中建筑師1948，進(jìn)入柏林工業(yè)大學(xué)學(xué)習(xí)建筑1952，于柏林成立事務(wù)所1964，成立斯圖加特大學(xué)輕型結(jié)構(gòu)學(xué)院1967，蒙特利爾世博會(huì)德國(guó)館1972，慕尼黑奧運(yùn)會(huì)場(chǎng)館2015，獲普利茲克建筑獎(jiǎng)

“戰(zhàn)火中燃燒的城市是一門慘痛的導(dǎo)論課”建筑設(shè)計(jì)特點(diǎn)FreiOtto認(rèn)為一切笨重、堅(jiān)固和固結(jié)于地面的建筑是日耳曼人對(duì)本國(guó)的一種感傷情緒的體現(xiàn),是納粹主義對(duì)血統(tǒng)和土地崇拜情結(jié)的體現(xiàn)。他抵制這種建筑,終生用輕型建筑來(lái)體現(xiàn)對(duì)野蠻建筑的反對(duì)。1967年蒙特利爾世博會(huì)的德國(guó)館占地7730平方米，8根鋼鐵的桅桿（14m－38m）和12mm、54mm直徑鋼纜結(jié)成的索網(wǎng)支撐起半透明的白色滌綸帳篷。建筑特色分析

蒙特利爾世博會(huì)地域跨度為400公頃，為了解決蒙特利爾市和圣海倫娜群島、諾特丹姆島之間的交通運(yùn)輸，主辦方不僅建造了四通八達(dá)的高架道路和軌大橋，還在島內(nèi)建造了世博捷運(yùn)快車，再加上多個(gè)游船碼頭1967世博會(huì)建筑總平及建筑概況建筑特色分析

德國(guó)世博館1967世博會(huì)建筑總平及建筑概況建筑特色分析

1967世博會(huì)建筑總平及建筑概況建筑臨水邊，利用豐富的地形以及輕盈的結(jié)構(gòu)，形成了極具特色的形態(tài)和空間。建筑特色分析鳥(niǎo)瞰局部局部局部局部1967世博會(huì)建筑總平及建筑概況建筑特色分析鳥(niǎo)瞰局部局部局部局部1967世博會(huì)建筑總平及建筑概況建筑特色分析地下半層平面圖一層平面圖二層平面圖建筑特色分析建筑特色分析建筑特色分析

“所有的物體都是結(jié)構(gòu)。”結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)概念FreiOtto注重從自然中尋求靈感，而不是技術(shù)體系本身入手。建筑技術(shù)的目的是為了更好的表達(dá)自然。自然不應(yīng)該被簡(jiǎn)單的復(fù)制，而是通過(guò)技術(shù)進(jìn)步被更好的理解。他認(rèn)為生物學(xué)知識(shí)對(duì)于建筑學(xué)的意義,可以從生物界內(nèi)部空間結(jié)構(gòu)加以探尋,達(dá)到利用盡可能少的建筑材料通過(guò)圍繞覆蓋來(lái)形成空間的目的。1950年，F(xiàn)reiOtto開(kāi)始進(jìn)行帳篷式建筑的研究，總結(jié)出“最小面積”——一個(gè)閉合框內(nèi)用最小覆蓋面積形成的馬鞍形彎曲形體的面積，此時(shí)帳篷膜在所有方向受力均等。該形式遵從自然規(guī)律，形式結(jié)構(gòu)是一體的。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)概念皂膜實(shí)驗(yàn)——研究帳篷式建筑的一種理想模式：將圍合框架浸入肥皂泡中再取出，會(huì)在框內(nèi)形成十分薄的薄膜，這種膜的面積總是最小的，且各處的表面壓力相同。FreiOtto所在的輕型結(jié)構(gòu)事務(wù)所為此研制了一種“肥皂泡試驗(yàn)裝置”，便于幾何分析和測(cè)量這些肥皂泡模型。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)概念當(dāng)皂膜表面上所有的點(diǎn)都具有符號(hào)相反的曲率，就稱該皂膜為互反的，皂膜各點(diǎn)兩個(gè)主方向的曲率半徑也處在同一量級(jí)，所形成的皂膜能夠處于各點(diǎn)各向預(yù)應(yīng)力相同且預(yù)應(yīng)力保持常量不變狀態(tài)。此時(shí)的皂膜是包含空間曲線圈的面積最小的曲面。符號(hào)相反的曲率結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)概念Otto用他的試驗(yàn)裝置研究了不同種類的帳篷形式：帆行、尖頂式、拱形、凸起式、波浪式......然而初期，由于蒙布受力要求的限制，這類結(jié)構(gòu)多用在跨度較小的中小型展覽以及歌舞表演建筑。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)概念膜結(jié)構(gòu)的形式很大程度上取決于它的邊緣形式及高低點(diǎn)分布情況，這些因素的確定必須確保帳膜能夠產(chǎn)生足夠大的曲率，并且膜應(yīng)力能夠順利傳遞。膜材必須安裝到直線型邊緣上，同時(shí)在設(shè)置邊索或者圈帶來(lái)確保膜材在邊緣部分承受連續(xù)平穩(wěn)的外力。膜材不能采用單點(diǎn)支撐，否則將產(chǎn)生強(qiáng)力的應(yīng)力集中，支點(diǎn)像針一樣刺穿膜材。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)概念尖頂帳篷在膜平面內(nèi)僅僅由一根桅桿支撐，由于對(duì)膜材不可能單點(diǎn)受力，所以讓膜材應(yīng)力聚集到指定的線上并沿著該線傳遞到桅桿頂部——一般通過(guò)設(shè)置脊索、谷索、索圈（“索眼”）或幾個(gè)“索眼”實(shí)現(xiàn)。索圈——其做法是從在皂膜試驗(yàn)中使用細(xì)線而逐步發(fā)展出來(lái)的，其形狀是一條常曲率空間曲線。Otto以這一方式解決了了上述問(wèn)題。在真實(shí)建筑中面荷載通過(guò)線的形式吸收，從邊緣到中心，并傳遞到節(jié)點(diǎn)支撐處（桅桿、錨固點(diǎn)）。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)概念索網(wǎng)結(jié)構(gòu)本質(zhì)上，索網(wǎng)結(jié)構(gòu)與膜結(jié)構(gòu)有著相同的受力機(jī)理，而鋼索的存在可以形成更大跨度的結(jié)構(gòu)。各種形式的帳篷結(jié)構(gòu)可以通過(guò)索網(wǎng)代替膜材料來(lái)實(shí)現(xiàn)。與膜結(jié)構(gòu)不同的是，索網(wǎng)結(jié)構(gòu)無(wú)需做成特定的形式以滿足曲面互反的要求，當(dāng)加工好的索網(wǎng)結(jié)構(gòu)被張拉成鞍形曲面時(shí)，索網(wǎng)中的方形或矩形網(wǎng)格將變成菱形。假如索之間的角度可以改變的話，索網(wǎng)結(jié)構(gòu)可以變成任意由正則曲線構(gòu)成的曲面形狀，所以，索網(wǎng)結(jié)構(gòu)在邊緣處的構(gòu)件必須固定。

蒙特利爾德國(guó)世博館

結(jié)構(gòu)應(yīng)用結(jié)構(gòu)起源該結(jié)構(gòu)的原型來(lái)自洛桑的預(yù)制繩網(wǎng)。創(chuàng)新：使用了薄膜和線網(wǎng)的結(jié)合，采用棉織夾帶用鋼線編織大面積的線網(wǎng)的薄膜，提高薄膜的強(qiáng)度以覆蓋更大的面積同時(shí)保證防水。缺陷:1.在天氣變化的情況下，兩種不同的材料有著不同的收縮比率。2.由于制造技術(shù)原因，被PVC材料所包裹的8mm鋼線被簡(jiǎn)單地縫合到薄膜上去，雖然是在拉緊狀態(tài)下被縫上去的，但是仍有一些獨(dú)立表面垂落在繩網(wǎng)上。在蒙特利爾德國(guó)館中實(shí)現(xiàn)了

對(duì)它的優(yōu)化。結(jié)構(gòu)特點(diǎn)德國(guó)館第一次創(chuàng)造性地大規(guī)模成功應(yīng)用了支撐膜結(jié)構(gòu)技術(shù)——帳篷的放大——實(shí)現(xiàn)展館內(nèi)完整的大空間。德國(guó)館是用高強(qiáng)度的金屬索與用高分子聚合材料做成的薄膜一起組合起來(lái)的具有足夠大的空間的建筑。這種結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)非常簡(jiǎn)潔，便于組裝和拆卸，與傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)比起來(lái)有相對(duì)低廉的造價(jià)。它的屋面用特種柔性化學(xué)材料敷貼，呈半透明狀。由鑄鋼的金屬絲制成的12mm厚的輕微地絞合在一起的鍍鋅繩索有著100KN的抗拉強(qiáng)度。這些42000m的繩索用交口夾連接起來(lái)，組成了一個(gè)大約為10000平方米的規(guī)則網(wǎng)，索網(wǎng)有著規(guī)則的50cm見(jiàn)方的網(wǎng)孔，在地面上網(wǎng)條用絲扣接口的方式被螺絲旋緊在一起，形成大型的連貫型的網(wǎng)。背脊處和邊緣處的繩索是54mm厚。在內(nèi)部有著高度超靜定的交換系統(tǒng)，在其中變形會(huì)影響力的改變，對(duì)整個(gè)裝載承重系統(tǒng)進(jìn)行線性計(jì)算是不可能的。建筑結(jié)構(gòu)形式語(yǔ)言與建筑空間特點(diǎn)完整大空間建筑結(jié)構(gòu)形式語(yǔ)言與建筑空間特點(diǎn)展覽面積活潑和諧建筑結(jié)構(gòu)形式語(yǔ)言與建筑空間特點(diǎn)展覽面積活潑和諧建筑結(jié)構(gòu)形式語(yǔ)言與建筑空間特點(diǎn)“輕盈”（Otto的定義）——一個(gè)相對(duì)的定義弗雷?奧托對(duì)長(zhǎng)細(xì)比的定義，某個(gè)力傳遞的距離s和力F的本身大小：結(jié)構(gòu)的相對(duì)長(zhǎng)細(xì)比λ=s/√F從廣義角度上來(lái)說(shuō)，Tra表示的是物體傳遞荷載的能力。力和位移的乘積是一個(gè)標(biāo)量，所以Tra與方向無(wú)關(guān):Tra=F?s不論是參數(shù)λ還是Tra都沒(méi)有反映輕型建筑的另一個(gè)重要的參數(shù)指標(biāo)——結(jié)構(gòu)的質(zhì)量m。因此，還需要定義另外一個(gè)參數(shù)。弗雷?奧托用字母組合的方式命名為B-I-C:Bic=m/Tra“Bic反映的是一個(gè)物理量。如果Bic值較小，就說(shuō)明該結(jié)構(gòu)相對(duì)較‘輕’。而一個(gè)較小的Bic值是輕型建筑的基本特征?！苯ㄖY(jié)構(gòu)層級(jí)分解及類型膜索網(wǎng)柱建筑結(jié)構(gòu)層級(jí)分解及類型柱承受壓力，將整體的力傳導(dǎo)至地面。同時(shí)，也將索網(wǎng)支撐起來(lái)，于主索內(nèi)施加預(yù)應(yīng)力。建筑結(jié)構(gòu)層級(jí)分解及類型索網(wǎng)整個(gè)結(jié)構(gòu)體系的重點(diǎn)。內(nèi)力均布，且內(nèi)部施加有預(yù)應(yīng)力。建筑結(jié)構(gòu)層級(jí)分解及類型索網(wǎng)索網(wǎng)內(nèi)部有3個(gè)低位錨固點(diǎn)，周邊設(shè)有31個(gè)錨固點(diǎn)建筑結(jié)構(gòu)層級(jí)分解及類型索網(wǎng)并設(shè)有三條脊索（主索）建筑結(jié)構(gòu)層級(jí)分解及類型錨固基礎(chǔ)通過(guò)混凝土卡位將拉索錨固在地面為預(yù)應(yīng)力的施加與維持提供錨固點(diǎn)建筑結(jié)構(gòu)層級(jí)分解及類型膜（膜、天窗）——在此建筑內(nèi)不起受力作用僅懸掛于索網(wǎng)之下，創(chuàng)造特色的內(nèi)部空間，為內(nèi)部空間提供遮蔽。建筑結(jié)構(gòu)層級(jí)分解及類型水平柱頭（掛索點(diǎn)間夾角為180度）建筑結(jié)構(gòu)層級(jí)分解及類型水平小柱頭（掛索點(diǎn)間夾角為180度）——用于一些較矮柱子頂端建筑結(jié)構(gòu)層級(jí)分解及類型夾角柱頭（掛索點(diǎn)間呈一定角度）——角度形成是因?yàn)樗餮?，以滿足維持一個(gè)足夠良好的空間形式，需要調(diào)整索的夾角。建筑結(jié)構(gòu)層級(jí)分解及類型柱腳根據(jù)視頻中的圖像，推斷柱腳為剛性連接而非鉸接。主體結(jié)構(gòu)整體受力索網(wǎng)與柱主體結(jié)構(gòu)整體受力受力：索網(wǎng)搭在柱上，和柱與地面有連接，將力傳到柱，再經(jīng)由柱傳遞至地面。網(wǎng)——地面／柱——地面在預(yù)應(yīng)力施加的情況下，桅桿與地面形成了一定的夾角，是為了在保證空間大跨度優(yōu)勢(shì)的情況下，盡可能使受力桿大部分承受軸向力。索網(wǎng)上，每根索受力相等，應(yīng)力平均，且施加荷載以前僅受軸向拉力主體結(jié)構(gòu)整體受力外圍繩索以及內(nèi)部低點(diǎn)的負(fù)載繩索被固定在事先準(zhǔn)備好的向后錨固在巖石地面的混凝土模塊基礎(chǔ)上。索網(wǎng)的外圍繩索以及內(nèi)部低點(diǎn)的負(fù)載繩索被固定在事先準(zhǔn)備好的向后錨固在巖石地面的混凝土模塊基礎(chǔ)上。桅桿靠水壓力來(lái)上升，這使整個(gè)結(jié)構(gòu)進(jìn)入到預(yù)先計(jì)劃好的預(yù)應(yīng)力狀態(tài)。通過(guò)預(yù)應(yīng)力使其成為一個(gè)具有足夠剛度的承載結(jié)構(gòu)。特殊結(jié)構(gòu)問(wèn)題索眼受力于索的邊緣，向外拉扯。索眼中的網(wǎng)面在整體受力上并不起作用，但可以保證在各種應(yīng)力作用下索圈變形不大。特殊結(jié)構(gòu)問(wèn)題索眼高脊處的繩索和繩圈被稱之為“索眼”，這是因?yàn)樗麄兊男螤?，將?fù)載力從巨大的繩網(wǎng)向柱端傳遞著，這樣的“索眼”一共有8個(gè)通過(guò)設(shè)置索眼剔除單點(diǎn)支撐帶來(lái)的集中應(yīng)力，從而使膜材應(yīng)力聚集到指定線上，并沿該線傳遞到桅桿頂部。特殊結(jié)構(gòu)問(wèn)題索眼索眼受力膜面受力四葉草構(gòu)件將整個(gè)膜均勻懸掛在索網(wǎng)體系上，令膜與索網(wǎng)受力均等，最大程度上分布其應(yīng)力特殊結(jié)構(gòu)問(wèn)題落地索眼分散應(yīng)力，使之均勻分布于索圈上特殊結(jié)構(gòu)問(wèn)題落地索眼

單個(gè)帳篷時(shí)，其索網(wǎng)結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單，預(yù)應(yīng)力施加方式簡(jiǎn)潔。當(dāng)多個(gè)帳篷組合時(shí)，帳篷邊緣交匯處形成懸掛結(jié)構(gòu)，無(wú)法維持自身剛度強(qiáng)度，且無(wú)法施加預(yù)應(yīng)力。為了施加預(yù)應(yīng)力，于形成懸掛結(jié)構(gòu)的位置下沉，形成地面支撐點(diǎn)，為避免單點(diǎn)支撐帶來(lái)的應(yīng)力集中，設(shè)置落地索眼，從而保證自身剛度強(qiáng)度并得以施加預(yù)應(yīng)力。建造特色與建造過(guò)程制作小模型找形因?yàn)閷?duì)整個(gè)裝載稱重系統(tǒng)里進(jìn)行線性計(jì)算是不可能的，因此，費(fèi)里茲里昂哈特不得不限制這項(xiàng)研究對(duì)每個(gè)單獨(dú)結(jié)構(gòu)單元的最大受力的大小的限制。但是一個(gè)繩網(wǎng)結(jié)構(gòu)有一個(gè)優(yōu)勢(shì)，所有的受力能夠在一個(gè)模型內(nèi)被研究而且可以保持不變的測(cè)量出來(lái)，同時(shí)可以在建造體內(nèi)被監(jiān)控。建造特色與建造過(guò)程立柱上網(wǎng)在康士坦茨的斯特羅姆耶公司制造了一條寬為9.5m，并將其卷起寄至蒙特利爾。在這里，在地面上網(wǎng)條用絲扣接口的方式被螺絲旋緊在一起，形成大型的連貫型的網(wǎng)。此后這個(gè)網(wǎng)被升高掛在了最高37m的8個(gè)不同高度的桅桿上，外圍繩索以及內(nèi)部低點(diǎn)的負(fù)載繩索被固定在事先準(zhǔn)備好的向后錨固在巖石地面的混凝土模塊基礎(chǔ)上。桅桿靠水壓力來(lái)上升，這使整個(gè)結(jié)構(gòu)進(jìn)入到預(yù)先計(jì)劃好的預(yù)應(yīng)力狀態(tài)。建造特色與建造過(guò)程預(yù)制建造前，于康斯坦茨的斯特羅姆耶公司制造了一條將由12mm厚的絞合的鍍鋅繩索用交口夾連接起來(lái)，形成擁有50cmX50cm規(guī)則網(wǎng)孔，

寬為9.5m，大達(dá)約10000㎡的規(guī)則網(wǎng)。并將其卷起寄至蒙特利爾。該公司亦制作了透明的，有聚酯細(xì)絲構(gòu)成的有著防火效果的表層編織成1.5m寬的橫條，以色彩涂料，PVC和其他的化學(xué)物質(zhì)從兩個(gè)方面保護(hù)著織物。此外，頂部的特殊密封劑防止了其迅速變臟，并且保持了材料中的柔軟劑成分。根據(jù)模型中的切花圖案，將薄膜橫幅裁剪成24個(gè)獨(dú)立的區(qū)域，一同郵寄過(guò)去。薄膜帳篷展開(kāi)圖（第一部分）建造特色與建造過(guò)程調(diào)整網(wǎng)面（20%邊索繩夾有調(diào)整）因?yàn)闊o(wú)法對(duì)整個(gè)體系進(jìn)行線性計(jì)算，于懸掛之前只能對(duì)網(wǎng)面情況進(jìn)行預(yù)測(cè)。故而立柱升網(wǎng)之后，為制造一個(gè)事先計(jì)算過(guò)的有著平均張力的省網(wǎng)，精細(xì)的調(diào)整開(kāi)始了，20%的外圍繩索的夾子不得不作輕微的移動(dòng)。建造特色與建造過(guò)程上膜一旦承載受力的結(jié)構(gòu)站立了起來(lái)，為帳篷特殊制造的構(gòu)造空間感的隔膜就可以在下方懸掛起來(lái)。這些隔膜的組成部分被高升到由繩索、滑輪、發(fā)動(dòng)機(jī)和絞盤共同組成的網(wǎng)之下30cm的高度，成千的四葉草形跳躍而出的光盤將它們固定在繩網(wǎng)上，并且把他們相互連接在一起，同時(shí)，還將他們和外圍的繩索連接在一起。建筑所擁有的8個(gè)“索眼”在繩圈內(nèi)被他們自身的細(xì)小網(wǎng)所閉合著。在連接在一起形成頂棚的巨大的窗戶的繩索之下15cm處，面積為0.5m2的透明PVC薄片隔膜替代了隔膜。節(jié)點(diǎn)構(gòu)造

地面錨固點(diǎn)節(jié)點(diǎn)構(gòu)造張拉錨固事先準(zhǔn)備好的向后錨固在巖石地面的混凝土模塊基礎(chǔ)上，以此來(lái)固定外圍繩索以及內(nèi)部低點(diǎn)負(fù)載繩索。節(jié)點(diǎn)構(gòu)造張拉錨固雙索T型低位錨固設(shè)置于邊索與邊索相交處，將兩條鋼索同時(shí)錨固在地面節(jié)點(diǎn)構(gòu)造張拉錨固雙索T型高位錨固設(shè)置于邊索與邊索相交處，將兩條鋼索同時(shí)錨固在高于地面的位置，從而滿足空間的需求節(jié)點(diǎn)構(gòu)造張拉錨固四索低位錨固設(shè)置于兩條邊索以及圍合索眼的兩條鋼索相交處，將四條鋼索錨固于一起節(jié)點(diǎn)構(gòu)造

交口夾地面錨固點(diǎn)節(jié)點(diǎn)構(gòu)造由鑄鋼的金屬絲制成的12mm厚的輕微地絞合在一起的鍍鋅繩索有著100KN的抗拉強(qiáng)度這些42000m的繩索用交口夾連接起來(lái)，組成了一個(gè)網(wǎng)格為50cm

x

50cm，大約為10000平方米的規(guī)則網(wǎng)螺栓交口夾構(gòu)件交口夾構(gòu)件交口夾構(gòu)件螺母節(jié)點(diǎn)構(gòu)造

交口夾邊索地面錨固點(diǎn)背脊處和邊緣處的繩索是54mm厚邊緣及高低點(diǎn)的分布情況是確保膜能夠產(chǎn)生足夠大的曲率的重要因素。為保證應(yīng)力順利傳遞，同時(shí)再設(shè)置邊索或