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把混凝土做得像蛋殼一樣的技術,60年后出現了新突破

文字:[大][中][小] 手機頁面二維碼 2017/8/3     瀏覽次數:    
  你也許曾見過一種類似貝殼的建筑結構。它叫做“薄殼結構”,流暢的曲面線條和大跨度的空間結構常常比普通的直線建筑要來得吸引人。
  談到薄殼混凝土結構,建筑行業一般會追溯到公元 2 世紀的羅馬萬神殿。它直徑 43 米的半球形穹頂用火山灰制成,從底部至頂部逐漸變薄,薄的殼頂也有 1.2 米的厚度。巨大的跨度記錄一直維持了近 2000 年。
  此后,薄殼結構伴隨著鋼筋混凝土的大量使用而推廣開來,并在 1950 年代達到鼎盛時期。
  其中代表莫過于西班牙建筑師 Felix Candela 于 1958 年完工的霍奇米洛克餐廳(Los Manantiales Restaurant)。四重飛舞飄逸的雙曲線拋面沒有外部支撐,造型優美。

霍奇米洛克餐廳



重修后的霍奇米洛克餐廳
  但薄殼結構遠不如清水的直線結構普及。它的缺陷在于,因為復雜工藝,過于依賴工人的經驗和技術,以及對建筑材料的浪費——澆筑混凝土曲面時,需要大量不可重復利用的定制木結構和泡沫做支撐。造價的 60% 耗費在施工成本上。
  這種情況從薄殼結構巔峰在 1950-1960 年代開始就沒有改變。現在,創新的數字設計和制造方法成了突破口。
  近日,一群來自蘇黎世聯邦理工學院的研究人員在實驗室內花了 6 個月時間,建造了一個很薄的雙曲面混凝土薄殼結構原型。

  這個測試結構高 7.5 米,表面積 160 平方米。盡管只是測試版,但完整版會用被用作瑞士豪華公寓 HiLo 的屋頂。
  它解決了建筑材料浪費的問題:取代原本木結構的是鋼絲繩網,它由可快速拆卸安裝、可重復使用的腳手架撐起。

  鋼絲繩網內不僅包裹了一張織物編成的網,還包含隔溫層,房頂外面還會覆蓋一層薄膜光伏電池,可減少能源損耗。
  但這幾層結構并不增加太多重量。整張鋼網重 500 千克,織物重 300 千克。共 800 千克材料就能負擔 20 噸濕混凝土的重量,支撐力巨大。
  當研究員將這種輕型結構和建造系統結合在一起后,它也變得很薄——平均厚度只有 5 厘米,主要受力的支撐表面為 12 厘米,其余邊緣部分僅 3 厘米。這能省下不少混凝土材料。
  “我們已經證明,使用輕巧、靈活的模板可以建立一個激動人心的薄殼混凝土結構。不會浪費大量的材料”,研究小組的教授 Philippe Block說。
  他們在薄殼結構上推動的發展還提供了一種實現全新設計的解決方案。大跨度空間使得屋頂在施工時,地面空間還可以同時供另一組工人施工,以此縮短工期。
  但事實上,研究小組只是解決了部分問題,還是沒有辦法擺脫對熟練工人的依賴。在澆筑鋼絲繩網上鋪薄薄的一層混凝土需要經驗。正確混合混凝土,讓它不至于過干或過稀也需要經驗。
  在“薄殼界”,不少大師都擁有一支專門的施工隊伍。Candela 就在墨西哥建立了一間建筑公司 Wing Roof,落地了 700 多個設計項目。
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