柯布西耶在1914年就構思了“"多米諾系統”,用鋼筋混凝土柱承重,取代了承重墻結構。建築師可以隨意劃分室內空間,設計出室內空間連通流動、室內外空間交融的建築作品。
多米諾住宅這個名字是壹個雙關語,結合暗指domus (拉丁語為房子)和多米諾骨牌遊戲的片斷,因為平面圖與遊戲類似,並且因為單元可以像多米諾骨牌壹樣對齊,所以稱之為多米諾體系。
前 世
柯布西耶1908 年在佩雷工作室工作,在14個月中學到了鋼筋混凝土的基本知識。佩雷善於使用鋼筋混凝土,他由於1904年在巴黎弗蘭克林街壹個公寓建築中使鋼筋混凝土框架“民用化”而壹舉成名。
佩雷 深信鋼筋混凝土是未來的材料。除了它具有可塑性、耐久性、整體性以及經濟性之外,鋼筋混凝土框架是解決多年來存在於哥特式結構真實性與古典形式中人文主義價值之間的沖突的壹個手段。
1910年, 柯布西耶 去了德國,為了深入了解鋼筋混凝土技術,他在貝倫斯事務所工作5個月。在與德意誌制造聯盟的成員接觸後,柯布西耶認識到現代產品工程學的成就,包括船舶、飛機、汽車。這是他對現代化、工業化生產的壹次重要體驗。
1913年柯布西耶在瑞士老家建立了自己的事務所,名義上就是專長於鋼筋混凝土技術。
1915年,柯布西耶與童年好友、瑞士工程師邁克斯杜波伊斯合作,提出了多米諾住宅原形。這個模型幾乎貫穿他後來至1935年設計的住宅中。
1916年移居巴黎。隨後5年中,柯布西耶白天在壹家建材工廠做經理,其它業余時間全部用於繪畫和寫作。
1920年,柯布西耶從“多米諾住宅”發展出“雪鐵龍住宅”。(被認為是馬賽公寓酒架上的壹個“酒瓶”。)
柯布西耶為這種基本類型做了兩個方案,他首次做出了他典型的雙層生活空間,包括中間的臥室夾層和頂部的兒童臥室。
▲ 雪鐵龍住宅? 1920、1922年平面.
▲雪鐵龍住宅
雪鐵龍住宅直跑樓梯的當代演繹
Gifu Kitagata apartment building ? 中國美院象山校區i9#樓
工業邏輯
“多米諾”(意為“骨牌”)模式,可以在不同層次上進行闡釋。壹方面,它僅僅是壹種生產上的技術設施; 另壹方面,它借用了“多米諾”這壹商標名稱,意指這是壹幢向骨牌那樣標準化的房屋。平面上的獨立柱子可視為單個骨牌,而這些房屋的組合所顯示的往復模式則類似於骨牌的排列陣式。
柯布西耶希望把多米諾骨牌視為壹項產品,在形式及其組合方式上類似於產品設計。柯布西耶把這些要素視為“對象-類型”,其形式隨著類型的需要而加以修正。(後世被歸類為範型類型學的代表)
幾何邏輯
埃森曼 曾經在壹篇文章中,用語言學的方法,詳細分析了多米諾的各個部件之間的邏輯關聯,用窮舉法來推理演繹各建築元素,如柱子、樓板、樓梯、基礎的位置與幾何關系,他通過對這個最基本的原型進行分析,來挖掘現代建築中的存在的基本語法。
埃森曼 試圖進壹步證明,現代建築與古典建築壹樣,存在著基本的語言、語法,只是我們還沒有總結出來。同時認為,文藝復興以來400多年的幾何學傳統,被這個原型打破了。
古典建築是精神性的,立面的 (平面代表內容,立面代表形式)。現代建築是功能性的,平面的。
柯林·羅認為: “柯布西耶的‘ 地板實際就是壹個水平的墻 。”這句話推理起來是這樣的: “地板是水平的墻; 墻也就是水平的地板; 立面也便變成平面。
▲多米諾體系圖解
發 展
二戰結束之後,材料科學和制造業得到了飛速 發展,多米諾體系也得到了相應的發展。當時的建築師們開始深入探討不同材料和建造方法對建築設 計可能的貢獻,尤其是基於標準化、模塊化的工業 化建造思想的應用。
1950、1960 年代,鋼結構多米諾也得到了很大的發展,最為著名的是瑞士建築師菲利茨·哈勒 提出的結構體系。他在研究了工業 化材料的設計和建造方法的基礎上,對柯布西耶以 鋼筋混凝土為材料的多米諾結構體系進行了改造。
?他以鋼 為結構材料,提出了3種改造體系:
適用於 私人住宅和辦公樓的? “最小體系”(Mini-System) 、
適用於高層建築的 ? “中間體系”(Midi-System) 、
適用於工業園區建築的 “最大體系”(Max-System)。
此類工業化背景下多米諾系統的特征是,配置了鋼結構柱,在柱與板之間增加了空腹桁架梁,而梁柱之間則通過螺栓連接,使該體系中的構件均可以拆卸和循環使用。
同時,空腹梁形成的空間可以被設備管線整合使用。
在鋼結構多米諾系統中,由於梁 元素的加入,結構力流傳遞路徑更加清晰,結構效 能明顯提升;由於標準化的連接節點和模數化構件的使用,多米諾快速建造施工成為可能。
木材作為結構材料在多米諾系統改造中也取得 了很大的突破,尤其是膠合木技術的發展,使得木材作為結構材料被廣泛運用於建築中。
今 生
單壹的多米諾結構體系顯然已不能滿足現代建築的設計和表達,
對傳統結構體系的優化自然成為構建多元化建築形態的必要手段。
效能優化
多米諾結構體系的優化略之壹是改善柱板體系的受力,
壹方面,有效抵 抗柱板部位的沖切剪應力,
另壹方面,改善板的受力,提升結構效能,使板的用材減少、自重減輕。
下圖中,柱頭的擴大處理或頂板局部加厚(a、b)、 框架體系支撐應用(c、d、e)、主次梁和井式梁支 撐應用(e、f),都是基於上述的優化考慮 。
構件重構
運用現代結構技術和建造工藝,通過對多米諾系統中的“柱”與“板”在結構構件的材料、 組織方式及結構抗力性能等方面進行了改造,建立建築形態、空間模式和結構體系的新特征。
▲伊東豐雄設計的仙臺媒體中心 ? 管狀柱+蜂窩板
拉壓系統整合
傳統的多米諾體系中所有結構構件都以受壓和受彎為主,其結構效能較低,而結構構件都會受到 拉力、壓力和彎矩的作用,普通結構構件無法達到 拉力和壓力的高效分配和組織,但是通過結構體系 中索線的加入,將結構體系中的拉力和壓力有針對 性地分配給受壓構件和受拉構件,使得結構體系更 加高效,同時更加節省結構材料。
▲日本神奈川工科大學KAIT工房 ? 石上純也
拉壓組合柱 + 預應力板
對板的改造方面:
樓板采用鋼肋梁體系,利用了預應力技術:先將壓力 構件就位去承受屋頂的重量,然後對1990 m2 的板面模擬施加可能的雪荷載,當屋頂受力變形降到某 個高度時,才將拉力構件從梁架往下與地面連結,當模擬施加荷載去除後,結構形成了預應 力(拉)和壓組合的高效體系。
對柱的改造方面:
因為有了上述預應力板的試 驗和改造策略,新結構體系中的“柱”自然而然表 現為受壓柱和受拉桿兩種形態。用42根柱子作為支撐垂直荷載 的壓力柱、263根柱子作為平衡結構體系的拉力桿, ***同完成了整個結構體系。
柱子都是矩形截面形態, 最薄的拉力構件是16mm×145mm,最厚的壓力構 件是63mm×90mm。
▲雞蛋展覽館 Ulrike Schartner 和 Alexander Hagner
設計旨在為收藏品提供最佳的觀賞角度的同時,釋放底層的建築 空間,將建築完全地融入周邊環境之中。
柱板改造方法:
利用兩根受壓鋼柱和邊緣下拉穩定索形 成建築結構豎向和水平受力體系;
壹層樓面采用鋼構井字梁式樓板結構,其中井字梁在檐部 向上折曲支撐上部結構體系,並給壹層空間提供較 寬闊的視野,建築底層兩根鋼柱刻意向不同角度傾 斜,也不同程度增加了建築視覺上的動感。
在施工中,首先建起兩根鋼柱,然後在矩形平面4個角點 豎起4根臨時支柱,再將樓面結構就位,建造膠合 木結構檐部和屋頂,之後加入底層穩定索線系統, 最後撤除角點 4 個臨時支柱。
這種結構體 系在穩定性和剛度方面都能達到甚至超越普通結構 的性能,達到功能、空間和結構的統壹,可以說, 改造是非常高效的。
平面柱網
從平面出發,打破傳統多米諾體系的平面組織方式,對柱網系統的組織方式進行重構,在滿足結構功能的基礎上,構建更加靈活且具有特質的建築空間。
規則型柱網
▲樂觀建築學院 WAI建築事務所設計
以傳統多米諾體系為起點,對傳統建築體系進行拓展。尤其是在結構體系方面,為適應現代多元化建築復雜的功能、 靈活的空間要求,它對傳統建築的正交型柱網進行了重構。
非規則型柱網
▲伊東豐雄 多摩藝術大學圖書館
結構仿生再造
仿生建築,就是借助於自然界中物質 的形態、行為等構成和邏輯,結合生態學、形態學、 建築學和技術科學等相關領域的知識,獲得相對優 化的形態或結構的建築類型。
類似的,結構仿生便 是汲取自然界中事物的形態或構成邏輯作為建築中 的結構體系,提高結構體系的抗力性能和穩定性。
▲波多黎 Wilfredo Mendez Vazquez 設計研究小組
通過對人體骨骼和肌肉的組成和結構進行的研究,以 結構仿生的方法將其抽象出來作為建築的結構體系, 使傳統多米諾結構體系在結構材料的使用量和結構 體系的抗力性能等方面得到了很好的改善 。
基於人體骨骼自重輕和結構能力強 的特點,利用計算機將骨骼和肌肉的生物形態學參 數(如幾何形狀、比例、結構等)轉譯為建築中以鋼筋混凝土為材料的結構構件,並模仿骨骼中空的 特點,利用結構柱幾何中心區域受彎極小的力學原理,將結構構件也處理為中空的形態,同時使用索 線增強結構體系的穩定性。
結 語
經典的多米諾系統蘊藏著極豐富的內涵,采用特定的技術思考路徑和相應的技術動作, 即可激發其內在的生命力,最終貢獻於建築創新設計的目的。因此,研究傳統多米諾體系,對我們還原體系的本構,運用新材料、新技術和新思維,探尋建築 設計創新渠道,依然有非常好的啟示作用。