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說到柱子，大家可能會(huì)想到古代木結(jié)構(gòu)的柱子，或是帕提農(nóng)神廟粗壯的石柱。 亦或是現(xiàn)代建筑中大量應(yīng)用框架結(jié)構(gòu)，樣子長成這樣。 框架結(jié)構(gòu)中的梁柱剛接，柱子既承擔(dān)豎向力，又需要承擔(dān)水平力。但實(shí)際上這兩種功能不一定都要集中在柱子上，水平力可以由特定的一部分結(jié)構(gòu)承擔(dān)，比如墻、支撐、拉索，或者其中一部分柱子承擔(dān)。而其他柱子只承擔(dān)豎向力，它們的作用就是將豎向力傳遞給基地。后者將是這篇文章介紹的主要對象。 兩端鉸接的梭形柱 如果柱子不承擔(dān)水平力，第一反應(yīng)就是可以做成兩端鉸接。兩端鉸接的柱子上下端均無需承受彎矩，其截面需求也就由兩端變?yōu)橹虚g。所以，梭形成為這類柱子的首選。 九重州地鐵站雨棚 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：日建設(shè)計(jì) 九重州地鐵站入口處有一個(gè)26m高的雨棚，近車站一端支承在剛接于二層樓面的柱子上，近廣場一端則由一根梭形的搖擺柱支承，從地面直接撐到頂端。水平力由近地鐵的柱子抵抗，而搖擺柱則只負(fù)責(zé)豎向力的傳遞。 Mont-Cenis Academy建筑設(shè)計(jì)：Foster+Partners 除了將柱子本身做成梭形的，還可以使用拉索進(jìn)行外加勁。Mont-Cenis學(xué)院是木結(jié)構(gòu)建筑，支撐雨棚的搖擺柱由四束剛拉索進(jìn)行加勁。鋼木的這個(gè)組合使結(jié)構(gòu)顯得很精致。 Frick Chemistry Laboratory Princeton，USA 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：Arup 如果沒有這個(gè)頂棚，普林斯頓大學(xué)的這個(gè)化學(xué)實(shí)驗(yàn)室將沉悶很多，而雨棚角部的這一根梭形外加勁鋼柱則是點(diǎn)睛之筆。 利雅得外交俱樂部心形帳篷結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：奧托 支撐帳篷的是空腹格構(gòu)式梭形柱。奧托很多作品中的柱子都是這樣的類型，配合輕型的屋面，整個(gè)建筑非常輕盈。 南京新圖書館結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：南京市建筑設(shè)計(jì)研究院 南京新圖書館門前的列柱支撐著屋面雨棚，高度40m，直徑未知，從圖中可以感覺到柱子的長細(xì)比非常大。
鋼柱采用了預(yù)應(yīng)力拉索進(jìn)行內(nèi)加勁。在鋼管內(nèi)用預(yù)應(yīng)力鋼索進(jìn)行預(yù)張拉，使得拉索在工作狀態(tài)下仍然處于張緊狀態(tài)，可以為鋼柱提供一定的側(cè)向支撐。 以上都是從構(gòu)件的角度看搖擺柱的設(shè)計(jì)，下面從體系的角度再認(rèn)識(shí)一下?lián)u擺柱。 直島海之站 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：佐佐木睦朗
直島海之站是一個(gè)面積約600m2的渡輪站，四面開放，只在中部有一處用玻璃圍合的室內(nèi)服務(wù)場所。建筑結(jié)構(gòu)簡潔洗練，僅以數(shù)十根細(xì)柱和中間的內(nèi)墻將平坦的屋頂撐起，鋼板疊合梁屋面厚度只有154.5mm。
結(jié)構(gòu)水平力完全由8塊剪力墻抵抗，而柱子僅承擔(dān)豎向力。剪力墻兩邊各是“2mm鏡面無縫鋼板”+”9mm鋼板”，中間為角鋼骨架，防止鋼板屈曲。
Stavros Niarchos Foundation Cultural Center 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：Expedition Engineering and OMETE
很多建筑師一聽到支撐就很反感，但實(shí)際上，支撐可以將柱子從水平力中解脫出來。而如果支撐是用拉索來做的，其本身可以非常纖細(xì)。
X形的鋼拉索并沒有給人不適的感覺，因?yàn)槠錁O細(xì)的尺度，反而使屋面輕盈地“飛”起來了。 Bordeaux law courts 建筑設(shè)計(jì)：Rogers Stirk Harbour + Partners
波多爾法院也是依靠支撐來抗側(cè)力，其柱子僅承受豎向力。X形的支撐交點(diǎn)上抬，成為立面的重要元素。 神奈川工科大學(xué)KAIT工房 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：小西泰孝
作為大學(xué)校園重建的一部分，這個(gè)近2000m2的單層結(jié)構(gòu)被設(shè)計(jì)成開放式工作室，它可供學(xué)生通過不同的方式來這里完成工程項(xiàng)目。建筑的平面圖是一個(gè)稍微傾斜的正方形。單一的屋蓋平面由305根柱子支撐起來，每根柱子都有自己獨(dú)特的橫截面和方向。建筑物四面玻璃，采光天窗貫穿整個(gè)設(shè)計(jì)。
建筑在視覺上令人震撼。從結(jié)構(gòu)的角度看，設(shè)計(jì)師使用了兩種柱子分別實(shí)現(xiàn)不同的功能：一種柱子用來承受屋頂?shù)暮奢d（簡稱“豎向柱”），另一種則用來抵抗水平荷載（簡稱“水平柱”）。 對于豎向柱，底部和獨(dú)立基礎(chǔ)連接，頂部通過鉸節(jié)點(diǎn)與H形鋼梁連接。這些鉸節(jié)點(diǎn)的細(xì)部最終被隱藏起來，以便顯得與水平柱的上端剛接節(jié)點(diǎn)一致。
為了使水平柱不承擔(dān)雪荷載和其他豎向荷載，水平柱的安裝方式很特殊：在豎向柱和梁連接好之后，將水平柱掛在屋蓋梁上，然后在屋頂預(yù)先施加與雪荷載大小相等的荷載，最后固定柱子。當(dāng)預(yù)加的荷載移除后，水平柱產(chǎn)生預(yù)拉力。
這個(gè)結(jié)構(gòu)體系其實(shí)是一個(gè)瞬變體系，其抗側(cè)能力主要來自于水平柱（受拉柱）變形后的水平分力。設(shè)計(jì)師的想象力讓人佩服。 桅桿
電視信號(hào)發(fā)射塔需要將信號(hào)發(fā)射裝置支承在較高的高度上，而很多時(shí)候除此之外，信號(hào)發(fā)射塔并無其他功能需求。所以，信號(hào)發(fā)射塔典型的例子如下圖：一根柱子，周圍用拉索張拉錨固于地面。這是桅桿最樸實(shí)的應(yīng)用。 下面列兩個(gè)比較好的作品。 基樂斯山觀景塔 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：施萊希
施萊希設(shè)計(jì)的基樂斯山觀景塔（KillesbergTower）本質(zhì)上一根桅桿和周圍索網(wǎng)組成的構(gòu)筑物。
該塔有四個(gè)觀景平臺(tái)，分別位于6m，16m，24m和31m處，可使游客從容悠閑地在攀登時(shí)小憩。兩個(gè)呈180°錯(cuò)開的螺旋式樓梯分別用于上下交通。
觀景平臺(tái)與樓梯懸掛于四周交叉索網(wǎng)和中間的桅桿上，索網(wǎng)懸掛于高33.5m的壓力環(huán)和下部的圓形混凝土基礎(chǔ)梁之間，并通過壓力環(huán)將荷載傳遞給中間高41m，直徑50cm的桅桿，桅桿受壓而在索網(wǎng)內(nèi)產(chǎn)生預(yù)應(yīng)力。 周邊的索網(wǎng)除了傳遞豎向力，還承擔(dān)抵抗側(cè)向力的任務(wù)（主要是風(fēng)荷載）。中間的桅桿僅承擔(dān)豎向力，桅桿底部為球形鉸支座。 雷諾汽車配送中心 建筑設(shè)計(jì)：福斯特
雷諾汽車配送中心是另一個(gè)桅桿結(jié)構(gòu)的例子。它由一系列24m見方的單元組合而成，每個(gè)單元在角部有四根直徑457mm、高16m的圓管狀桅桿。該單元可以無限復(fù)制下去，一期建成42個(gè)單元。
桅桿本身是通過拉索進(jìn)行外加勁的梭形柱。連續(xù)梁鉸接于桅桿的中部，從桅桿頂部伸出拉索，吊在連續(xù)梁的1/4處。在邊跨，拉索則錨入地基。 水平力全部由邊跨的拉索配合桅桿抵抗。 石上純也講過這么一段話，“結(jié)構(gòu)中有兩種不同類型的柱子：豎向柱（承擔(dān)水平力）和水平柱（承擔(dān)水平力）。如果想讓柱子盡可能細(xì)長，為柱子分配力比努力使每個(gè)柱子都雙向受力更有效。” 在我們設(shè)計(jì)中，當(dāng)用硬抗的方式走不通時(shí)，是不是也可以考慮一下讓柱“搖擺”起來？歡迎討論。 交流合作 |
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