DESIGN STORY

山梨县立图书馆

挑战结构

结构设计室 室长 奥野亲正

  • 来自建筑家
    野口秀世先生的电话

    “要不要尝试做做看山梨项目的结构?”
    2009年夏天的某日,我接到了来自野口先生打来的电话。当然“我非常愿意尝试山梨项目”,抱着一定要得到野口先生认可的心情,我回答道。事情要从9年前说起。2000年春天,针对以“变化与潮流”、“进化与退化”为主题的2005年日本国际博览会北入口的概念设计方案,野口先生的建筑团队和我们结构团队一起进行了讨论,而我提出的结构方案却完全不被接受。最终,还是以野口先生的“这种感觉”画下的草图,并结合结构专家播繁先生(原鹿岛建设、代表作:M-WAVE 长野市奥林匹克纪念竞技场)提出的结构方案为基础确定了设计方案。事后我才从一位已经独立的晚辈那听说,当时野口先生对我提出的方案评价并不高。我认为这次野口先生之所以会联系我,可能是因为看了那之后我参与的大分县驾照中心的结构设计吧。

  • 野口秀世先生提出的要求

    就这样,我们正式开始了方案设计。野口先生说:“项目以【与自然共生】为主要设计理念,除了考虑节能、节约资源等环境问题之外,要打造一个能够让人们切身感受自然且舒适性高的设施,就像是漫步在巨大的果园内,一个被绿色植物和蓝天环绕着的图书馆。”具体的设计手法则是借用让人联想到葡萄筐、葡萄架的设计概念意向,将建筑的西侧和南侧打造成网格状的外立面,一直延伸至屋顶,最终包裹整个建筑外观。野口先生要求这个网格状的外立面要作为建筑的结构体,结构体本身将成为建筑外立面设计的一部分。网格作为结构体,结构体又作为建筑外立面装饰是最理想的设计手法。由于考虑到太阳能板的安装和北侧的采光,将屋顶规划成在南北方向上每隔9m呈锯齿形的倾斜屋顶。另外,呈长方形约38.5m×72m的二层阅览空间也应作为一个2层挑空(约8.5m)的开放式空间所使用。
    设计时尽可能使结构体轻盈,屋顶尽量与建筑立面相呼应。虽然屋顶结构的跨度只有9m,但普通的格子梁结构并不能达到轻盈的效果。所以我们还是考虑采用连续桁架结构,下弦材尽可能做到轻巧而不笨重。

带状构件的设计方案
弱化了结构构件的视觉感

在结构设计中,我提出了一个通过网格状结构来强调室内视觉效果的方案。首先,南北方向每隔9m设置利用天窗部分的高差而构成的隐蔽且自然的桁架主梁,将其架设于37m东西方向的跨距间。为了从天窗中引入光线,在相邻桁架梁的上、下大梁之间,用工字钢作为上弦以平面网格框架形式(兼顾水平面斜拉),下弦使用缓弧带状复合构件结合钢桁架相连接。
带状下弦材没有采用任何细杆材或工字钢,则是采用类似板材一样的带状材料。细杆件反而会造成结构体更加醒目,用带状板材则能将结构构件的视觉存在弱化,更加强化了网格状的视觉效果。我们考虑带有缓缓弧度的600mm宽的带状下弦材可以采用集成材、LVL、LSL等的木质材料所特有的易弯曲且能保证一定的强度。
起初,我认为这个方案比起强调建筑,更像是在结构上做文章,担心采用这样的设计手法是否和当初的设计理念有所差异。
而野口先生的回答则是:“让我考虑一下。”
第二天,野口先生说:“如果带状构件不用木材,改用钢材,能够实现吗?”带状构件通过采用平面钢实现结构体轻盈的效果。

  • 连续的网格状外立面设计

    我们将西侧和南侧的网格状外立面结合绿植,将整个幕墙打造成充满绿色的外立面。网格状结构设有水平方向缓冲装置,在发生地震时不需承担水平方向的作用力,作为悬挂构件仅以上部的悬挑梁承担外墙荷载,这样就实现了轻巧的结构形体。用于保养墙面绿化的维护通道的水平作用力通过设在通道下的水平支撑桁架结构转移到建筑主体上。网格面外方向的水平作用力(地震、风),主要通过作为抗风梁的平面钢来传递,屋顶的桁架也一样具有相同的辅助作用。在太阳照射下,由于热胀冷缩的原理,网格会上下移动,网格交叉部采用可动式连接方式,吸收并缓解每个交叉处旋转、收缩和膨胀的作用力。

  • 从不安到激情投入,建立在信任和合作基础上的钢结构

    屋顶钢结构的制作当时选用了甲府当地的一家小型钢结构厂家。对于钢构件的弯曲、倾斜以至于结构体同时也是建筑设计的重要表现手法,对于钢结构加工的技术要求很高,小型厂家是否能够胜任,起初我是比较担心的。
    怀揣着不安的情绪下我们开始了图纸的沟通。“这个能够实现吗?那个能够实现吗?”面对我的这些问题,山梨建铁的常务董事伊藤先生轻松地回答道:“可以实现!我们尝试做了一下。”“真的吗?让我看一下,完成得不错呢!”像这样不断地进行着沟通。“虽然设计图纸中没有特别要求,我们还是做个样品吧”、“我们进行了施工模拟”,针对屋顶的带状下弦钢材的形状、薄厚、质感等进行了反复的研究和尝试,从样品A一直尝试到了样品J。另外,还针对各个钢结构的重点部分积极地进行了施工模拟。被常务董事伊藤先生和其他员工的工作热情所感染,我们也变得越发积极投入。当项目顺利竣工时,我们在室内仰望着屋顶结构,这井然有序的钢结构中蕴含着肉眼无法看到的辛勤付出,每次看到屋顶结构都令我感慨万分。

  • 钢结构的制作
    就好像解读一本推理小说
    山梨建铁株式会社 伊藤征人

    我一直有这么一个想法“设计图纸就好比是一本小说”。它的题材是充满多样性的,可以是感人的、治愈的、浪漫的、成长的或幻想的。其中当然也有无聊的,甚至也会出现中途让人感到厌烦的。当我第一次看到山梨县立图书馆的设计图纸时,我就认定:“毫无疑问,这是一本推理小说!”而且这并非是普通的推理,其中蕴藏着非常难解的谜团,我很快就沉浸在这本推理小说中,开始试图解开其中所有的谜团,我彻底被它所吸引。提示在我面前的线索并没有很多,只有满足最低条件的几个关键线索。但我越是反复阅读,整个故事就越是占据我的脑海。我设法去体会作者(设计师)的意图。这样的项目对于我来说简直就是千载难逢的机遇。我内心琢磨着“无论如何我都要想办法破解这些谜团”。起初,结构设计师们都对我投来怀疑的态度。但我却并不在乎,因为我全心身都投入在这个项目中。最终结构设计师的设计意图在一系列的会议中逐渐得到了深刻的领会。接下来就是建筑效果表现的问题!当时的建筑专业设计师是个非常有名的建筑家,很难抽出时间亲自来现场开会。某天,我被告知他会来现场,我对现场负责人说:“我马上把模型拿来,请一定帮我留住他!”。我请他给我一点时间,希望能在我拿来的3~4个模型中做个选择。最后他选择的和我所预想的是同一种方案。这么一来所有的谜团都已浮出水面。接下来,就正式进入施工阶段吧。

采用特殊工艺的屋顶施工方法

该建筑的屋顶由于重力作用,会有倾斜于屋顶较低侧的特性(相邻桁架大梁由上弦材方向倾斜于下弦材方向)。根据结构施工方法和顺序的不同,竣工时的应力可能会超过设计中的假设值。所以这次项目中最重要的就是要确保合理的结构施工方法和质量。倾斜过大,会影响整体建筑的外观形象。为了重现设计中假设的应力状态,考虑到施工时的可操作性和经济性,尽可能减少了支撑物的搭建,根据施工解析数据制定了施工计划。结构施工要点是桁架小梁单元化,为施工现场的网格状构件连接提高了效率,另外还采用了临时固定梁和吊装材料。在项目的整个施工过程中,我们通过不断地测量来确保钢结构施工精度。

野口秀世
原 久米设计执行董事 设计长
1983年
久米建筑事务所入职
2002年
时津Canary Hall竣工
(BCS奖・公共建筑奖 获奖)
2003年
北上市Sakura Hall竣工
(日本建筑学会奖・BCS奖・公共建筑奖 获奖)
2007年
东京音乐大学100周年纪念本馆竣工
(BCS奖・日事连建筑奖・东京建筑奖 最优秀奖・日本建筑学会作品选奖 获奖)
2012年
山梨县立图书馆竣工
(东京建筑奖 最优秀奖/JSCA奖 获奖)
2015年
去世