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【结构大师系列】结构艺术家——约格·施莱希

楼主
1楼2017-12-0513:16

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约格·施莱希(Jorg Schlaich,1934~)结构艺术家,小i最佩服的结构大师之一。1934年,出生于斯图加特近郊的斯坦廷;1955年,毕业于柏林工业大学;1974年,任斯图加特大学教授;1980年,创办Schlaich and Partner,后创办Schlaich Bergermann and Partners(SBP)。


在斋藤公男《空间结构的发展与展望》一书中,介绍当代结构工程师时,所有工程师介绍都是一页或两页,但唯独施莱希介绍了四页。因此,小i也不试图用一篇文章就介绍完,本次将从人行桥这一小小的专项切入,希望可以让更多人了解这位大师。


可能后期很多作品已经不是施莱希直接设计的了,但SBP依然传承了其创始人的精神——“轻、远”,在此就不区分是否为大师直接设计。


索的游戏



凯尔海姆人行桥(Footbridge over Rhine-Main-Danube Channel at Keilheim/1987)



一个圆弧形梁只需要沿着一条边有一排铰接的支座,就不会倾覆。但是,对于直梁或板条,就需要两端各有一排铰支座或一排固定支座,如下图所示。


在圆弧形梁内圈的一排支座上,荷载P使得梁上端形成拉力环、下端形成压力环;而如果支座位于圆弧形梁外侧,内力就完全相反。上下反号的拉力和压力环,形成了抗倾覆的力矩。




凯尔海姆人行桥从河岸两边撑起两个倾斜的桅杆,通过拉索仅提供圆弧形内圈的支点。人行桥的横截面为下图左边所示的预应力混凝土截面,横截面下部承受压力,所以没有配筋,上部通过预应力筋承受拉力。



但实际上,在横截面中只有梁靠近支座一侧的结构是起作用的,其他部分的重量成为了荷载。所以,在下面介绍的加仑所大街的人行桥中,横截面被简化成索和钢管,分别承担拉力和压力,如上图右边所示。


加仑所大街人行桥(Footbridge over Gahlensche Strasse/2003)



加仑所大街人行桥由两段圆弧拼接而成,形成优美的S形,蜿蜒在自然景观之中。每段圆弧半径46m,长度66m。两根斜塔柱分别位于圆弧的内侧,下挂的吊索仅在圆弧内侧提供支点。同索的变化相匹配,圆弧形梁的横截面也随着桥梁位置的变化而变化。



加仑所大街人行桥的另一个特点是桅杆没有稳定索,而是通过两条主索来起稳定作用。这种做法的前提条件是,桅杆的底部比两边主索的锚点要低,而与桅杆是直的还是斜的无关。




如果桅杆的底部与主索的锚点位于同一平面上,那么该体系是一个瞬变体系,如上图左边所示。当桅杆的底部比主索的锚点高,那么桅杆是不稳定的,如上图中间所示。只有桅杆的底部比主索的锚点低时,才是稳定的结构,如上图右边所示。



Footbridge Sassnitz/2007





Sassnitz人行桥的不同之处在于,其拉索提供的支点不是在桥面板的位置处,而是拉在了扶手顶部,使得拉索通过人行桥横截面的形心,从而减小了倾覆弯矩。从上图中可以看出,这座桥的横截面高度比之前的单边悬挑人行桥更小。写到这里,小i只能是佩服。




单边悬挑的人行桥sbp做了很多探索,在此无法逐一展开,小i给大家罗列几个。




德国国家博物馆入口人行桥(Deutsches Museum Visitor/1998)


德国国家博物馆入口人行桥是第一个取消了背索的人行桥,比加仑所大街人行桥要早。而且从图中可以看出,桅杆是竖直的。桥面上覆玻璃,使受力体系更加清晰地展现出来。参观者经过桥面所引起的振动以及桅杆的内力通过设备记录下,并实时地展示给参观者。




Federal Garden Show,Havel Region/2015


薄到不可思议



恩茨河三号桥(Bridge III across Enz river/1992)


一座薄得几乎看不见的带桥,轻盈地横跨在恩茨河的水面上,几乎和水面相接,行走其上,对于步行者来说,有着莫大的乐趣。这样低的设计高度有一个先决条件:恩茨河不是通航水道,而且水面标高常年稳定。



桥面主要的受力体系是两根预张拉的钢带。480mmx40mm的两条钢带锚固在河岸两端的桥台上,钢带上铺预制混凝土板,作为桥面板。同时,混凝土板作为配重压住钢带,使其保持一定的形态。


桥长50m,混凝土板厚度为10cm。桥面坡度为6%,主要是考虑到轮椅的通行。



这么薄的人行桥如何解决振动问题?施莱希给出的方案是增加阻尼:在桥面板的接缝中安装了氯丁橡胶用于增加桥梁阻尼;同时,栏杆用螺栓固定在混凝土板上,每一个扶手都有滑动接头与相邻扶手连接,这些滑动接头中的摩擦起到增加阻尼的效果。因此,行人或自行车经过桥面时,桥只会产生轻微的晃动。




基于上述原理,SBP不断尝试推进,设计了很多优美的作品。



▲博斯特尔桥(Borstel Bridge/2000)




▲罗斯托克北桥(Rostock North Bridge/2003)



▲Fehrlesteg桥/2011



▲Phyllis TilleyMemorial Bridge/2012


运动的人行桥



三跨折叠桥(Three-Segment Folding Bridge Kieler Hörn/1997)



在德国基尔霍恩区的码头,码头栈桥的中段是一个三跨的可折叠桥,每天12次张拉、折叠、弹出,成为港口的一个醒目标志。



展开状态时,折叠桥是跨度为26m的单边悬索桥。桥面可以绕桥上三个铰点进行转动提升。5m宽的桥面在两侧分别由两个门架上伸出的悬索承担,门架以铰接方式锚固于栈桥基础上。



为了使展开和折叠的过程坚固耐用,施莱希设计了一个简洁的驱动系统。绞盘以匀速转动,或由一个恒定的扭矩驱动,即可保证到两边拉索的同步性。整个折叠或展开过程仅需要2min。


弓背桥(Footbridgeover the Inner Harbour Duisburg/1999)





位于杜伊斯堡中心水面内港的一座桥可以像猫一样把背弓起来,以便大型船只通过。船只驶过,它又收缩起来恢复成一座含蓄的后锚固悬索桥。


四根纤细的桅杆(每根高20m,直径42cm),通过悬索吊挂着轻薄的桥面板,轻松地实现73m跨越。偶尔,警报声响起,桅杆将桥缓缓地拉起。桥面最大能被拉起到9.2m矢高处,而达到最大高度也只要5min。


桥面可以停留在任意一个位置处,但有三个位置是预先设定好的,90%的船只都可以从中档通过。在这三个预先设定的位置,桥梁仍可让行人通过。



桥面的抬升是通过液压装置驱动背索来实现的,液压装置收索,背索缩短,桅杆向外倾斜。桅杆顶部在空中划出一个优美的弧线,引起主承重索收缩,将桥面升起呈放射形状。桥身拱起8.1m高度,索长减小了3m,而桅杆顶部仅平移1.7m。



由于桥面需要能够应对巨大的变形,所以被设计成铰链形式。14块宽3.5m的预制混凝土板,用钢框镶边,角部用可转动的销轴连接。当桥面升高时,从两边基础中伸出约1.8m长的附加构件,满足桥面必要的伸长以便于搭接在河岸上。


其他人行桥欣赏




▲Footbridge BleichwieseBacknang/2013



▲Passerelle de la Paix/2014



▲Margarete-Müller-Bull-Steg/2011



▲Footbridge acrossHessenring/2002



▲Pedestrian BridgesEXPO/2000



▲Passerelle La Défense/2007



▲FootbridgePragsattel/1992



▲Footbridge HeilbronnerStrasse/1992


小结



写完人行桥部分,小i最大的感叹就是,人家是在设计,我们是在生产。大神施莱希的每一个项目都很经典,在开创一项设计后,持续改进,不断推向极致,比如弧形的单边支承桥。


最后以安东尼·亨特的一段评语作为结束。“这些工程实践是富于冒险精神和创造性的。他们所采用的先进技术不是为了展示技术本身,而是为了以结构工程师的方式创造出真正的典雅和优美。”


参考资料:

1. 《轻·远—德国约格·施莱希和鲁道夫·贝格曼的轻型结构》

2.   http://www.sbp.de


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  • 2楼
    谢谢楼主分享
    2017-12-6 08:03
  • 3楼
    很漂亮,很不错,谢谢分享。
    2017-12-6 08:34
  • 4楼
    谢谢楼主分享!!!
    2017-12-7 09:45
  • 5楼
    实在是佩服
    2017-12-7 16:38
  • 6楼
    谢谢楼主分享!!!
    2017-12-8 16:34

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