建筑结构 | 富有争议的结构大师-卡拉特拉瓦

   Santiago Calatrava卡拉特拉瓦（1951～）Santiago Calatrava 圣地亚哥·卡拉特拉瓦，1951年出生于西班牙文化名城瓦伦西亚，先后在瓦伦西亚建筑与艺术学院和苏黎世联邦高工(ETH)就读，1981年博士毕业后成立了自己的建筑事务所，仅仅十年后的1992年便获得了IStructE 金奖(结构工程师最高荣誉之一)。卡拉特拉瓦是当代少有的拥有建筑师和结构工程师双重身份的大师级人物之一。他的作品打破了传统结构稳固的形态，常常以动感的、雕塑般的形式表现，特色鲜明。


“金鸡独立” Montjuic通信塔相比于我们之前介绍的结构大师，以及将要介绍的如Ove Arup、约格.施莱希等，卡拉特拉瓦算是晚辈，也是最富有争议的一位。斋藤公男在《空间结构的发展与展望》中讲过一个段子：一个学生问伊斯勒如何评价卡拉特拉瓦，他立刻做出金鸡独立，大鹏展翅的动作。这就是卡拉特拉瓦的独特标志。

“大鹏展翅”  密尔沃基艺术博物馆绝大多数结构工程师追求的是稳定、闭合的结构，以确保安全。然而，卡拉特拉瓦的设计常让人联想到自然、肌体、骨骼、运动，仿佛一位舞者对重力的挑战，捕捉一种变化的、动感的平衡。


1992年西班牙世界展览会，科威特亭尽管卡拉特拉瓦的设计作品丰富而迥异，但几乎可以概括为几个特色手法，并追溯到他早期的数个项目中。早期形成的理念和设计“基因库”，在他后期的作品中留下了深深的印记。小i在本文中将侧重介绍他早期的作品，尝试梳理卡卡拉特拉瓦设计风格形成的过程。折叠的空间、运动的机体
卡拉特拉瓦年轻时接受了传统的文化、艺术和建筑教育，遵从着面向工程严谨的思维，直到他开始博士研究课题“可折叠的空间结构”时发生了转变，并为他之后的职业生涯埋下了伏笔。

可折叠的空间结构，ETH博士课题，1981年“可折叠的空间结构”通过杆件和节点的机械变动，设计出能折叠的三维空间结构。对于这个课题，他将形体变幻和结构稳定放在同等重要的位置，建筑须运动、结构能伸展。

IBA大厅设计方案，机械蜻蜓，1979年1979年为IBA大厅设计的方案，是一个既像飞翔的机械，又像是玩具、雕塑的建筑，其中诸多因素昭示着动感。1981年卡拉特拉瓦博士毕业后，成立了自己的建筑事务所，起初承接了两座工厂仓库的设计。1984年的Jakem Steel仓库，跨度26米的屋顶拱形三角桁架结构，利用桁架腹部和屋面的褶皱形金属板增加整体稳定性，比普通檩条结构更简洁。

瑞士Jakem Steel仓库，1984年屋盖结构用钢量仅28kg每平米。三角桁架形成的折面，和褶皱形金属板呈现出羽毛或树叶的机理。

1985年设计的厄恩斯仓库，他第一次在项目中尝试了运动的结构。通过对立面巧妙的划分，仓库大门能够折叠开启，变身为边角上扬的雨蓬，又仿佛是一个优雅的微笑。

ErnstingWarehouse仓库,运动的大门,1985年在1988年，瑞士混凝土预制协会为了准备建筑展览会，邀请卡拉特拉瓦设计一个结构，希望能够展示混凝土的现代制造工艺。于是，卡拉特拉瓦将运动的思想与预制混凝土结合，将传统观念中僵硬、静态的混凝土转变为生动、鲜活的形象。14根内置钢材的混凝土“肋骨”悬挑7.8米，构件宽度为52cm~10cm渐变，又像纤细的手指。


类似的阴影渐变装置Icaros， 1992年每根肋骨的后端通过曲柄和关节连接在可旋转的轮盘上。通过机械旋转轮盘，控制结构如翅膀一样挥舞运动。之后，卡拉特拉瓦延续这种机械控制结构运动的想法，创造了一系列类似的设计。

为纪念瑞士解放700周年而设计的混凝土亭，1989年控制24片“花瓣”的开启，覆盖了30m直径的圆顶

1992年西班牙世界展览会，科威特亭17根25m长的运动悬臂，像手指一样交叉闭合时形成圆柱状的屋顶覆盖定型与异化卡拉特拉瓦设计的结构作为建筑的的一种表现形式。例如，在受力薄弱部位加强而使得构件外形收分、中部加宽而端部纤细的变截面、构件相交时作精细的变形或节点处理。将结构构件根据受力或功能异化，受压和受拉使用不同材料处理。此外，倾斜的、折返形态的柱子也经常被使用，表达一种力量和动感。


Stadelhofen火车站，1983-1990年
Stadelhofen火车站是卡拉特拉瓦设计的第一个大型建筑。在苛刻的场地条件下，站台、轨道、屋顶步道、悬挑露台、地下商场等功能有序。同时，外露的结构构件几乎都表现出一种动势。背部弯起的混凝土箱梁由倾斜的钢柱支承，与托梁融为一体的变截面斜柱增加了结构侧向稳定，折返形态的悬臂雨蓬有着骨骼关节一样的节点样式，而支承轨道的是刚劲有力的混凝土刚架。

Stadelhofen火车站，剖面，1983-1990年在这个项目中，构件的倾斜和截面变化基本符合力学的需求(小i个人觉得他后期的个别项目，构件形式变化已经超出了受力和功能需求)。Montjuic通信塔是一座新奇、精巧的结构。倾斜折返的塔柱同时表现出稳固和倾倒两种感觉。圆弧形的工作平台与天线结构若即若离，天线中部和底部通过纤细的拉杆和桁架与塔柱拉结。


Montjuic通信塔，巴塞罗那，1989-1992年

塔尖、平台和塔柱之间的连接空间结构
1983-1988年设计的Wohlen高中集会大厅，他借鉴了Jakem Steel仓库的一些作法。5个预制三铰拱覆盖了16x28米的空间，由松木板条支承屋面结构并维持拱的侧向稳定。

拱搁置在顺势倾斜的、变截面钢柱上，拱脚的铰节点作了精细的处理(注：此处是真的铰接，他的其它项目中有一些装饰性铰节点)。稀疏间隔的松木板条允许自然光穿过，即使在拱脚低矮的空间也不会感到压抑。

Wohlen高中集会大厅，1983-1988年里昂铁路航空站，采用了拱结构实现120m跨度的大空间，4道钢拱的一端汇聚在巨大的V形混凝土墩台上。整个建筑采用仿生手法，中部2根拱像是动物的脊背，侧向的悬挑结构像是张开的翅膀，从不同角度看又有不同意象。


里昂铁路航空站，法国，1989-1994年树状柱
堡尚茨利户外餐厅，是卡拉特拉瓦在1988年设计的一个小规模项目。用钢材和玻璃模拟的树状结构，成为他后期作品的一个重要元素。

堡尚茨利户外餐厅(模型)，1988年纤细的树状柱和折叠屋面结构总高12m，由4棵纤细的树状分叉柱支承。每棵柱顶有4片自动控制、可折叠的玻璃方格，通过8条铰链连接，根据天气情况控制折叠或开启。

Allen Lambert 长廊，1987-1992年加拿大BCE宫Allen Lambert长廊，屋顶使用了类似Wohlen高中的拱结构和“羽毛”系杆，构造波浪状的屋顶。支承结构是两列高耸的树状柱，使得长长的柱廊像“林荫大道”一般。

Allen Lambert 长廊，纤细的构件和节点处理桥梁为了迎接巴塞罗那奥运会，1986年卡拉特拉瓦获得了在祖国西班牙设计桥梁的一个机会，自此开启了桥梁设计的篇章，其中不乏十分新颖的结构形式。

罗达巴赫拱桥，1986年罗达巴赫桥，直立的主拱跨距46m，由另一个斜靠着的辅拱提供整体的抗侧能力。辅拱同时负担着人行道和广场阶梯的荷载，优雅的曲线顺势指向通向广场的阶梯。人行道向外弧出，由钢索拉结在辅拱上。罗达巴赫拱桥开创了一种综合了建筑、工程和雕塑美的卡拉特拉瓦风格。

罗达巴赫拱桥，1986年

Alamillo阿拉米罗桥，西班牙，1992年虽然Alamillo阿拉米罗桥不是最经济的结构形式，但它以一种独立、非对称的新颖形态，突破了原有的结构框架，给人们留下非常深刻的印象。内灌混凝土的钢结构箱形桥塔，倾斜58度，高度达162m，以自重平衡桥面荷载。桥塔的设计可以看作是他惯用斜柱的一种演化。13对平行的斜拉索、倾斜的桥塔、微微拱起的桥面，仿佛一架竖琴，充满了紧张的力量感。


阿拉米罗桥，力的平衡Volantin瓦伦蒂诺步行桥，延续了卡拉特拉瓦的非对称结构形式。一个倾斜的、弦高14.6米的单拱斜跨75米长的桥面。曲线形桥身和拉索呈现优美的韵律。


Volantin瓦伦蒂诺步行桥，1990年桥面以电镀钢格网和玻璃板铺装灯光安装在玻璃板以下，夜晚呈现出璀璨的效果。
拱脚支承在巨大的三角形构架之上整个桥结构被高高地抬起来后期作品卡拉特拉瓦在1992年以后主持设计了一系列大型项目。在这些项目中，他将职业生涯前10年所创造的设计元素重新结合、反复使用，形成了鲜明的个人特色，建筑表现则更加理想化、更加张扬。
Lusitania桥， 1991年格构式拱形桁架，矢高34m，主跨189米，与紧临的有2000年历史的罗马大桥，连续拱券呼应
瓦伦西亚科技中心天文馆，1991年拱结构的“眼睛”形象，开合原理与Ernsting大门相似

里斯本东方火车站，树状柱，1993-1998年巨大三角构架支承的雨蓬，类似瓦伦蒂诺桥

密尔沃基艺术博物馆，1994-2000年

西班牙Auditoriode Tenerife，混凝土结构，2003年
缠绕的脊椎状雕塑与Turning Torso大厦，2005年
Samuel Beckett Bridge，爱尔兰，2007

Samuel Beckett Bridge，桥身转动使大船通过
卡拉特拉瓦的作品隐喻着有机生物体的形象，运动的主题贯穿其中，体现在结构整体上、也潜移默化于细节中。
他后期的作品中过于装饰性的结构表现主义，引起了比较大的争议。单纯从结构角度讲，小i认为其中一些设计与力学原理不相符、材料利用和经济性并不好。尽管存在着不同的评价声音，但不可否认卡拉特拉瓦独创的、富有动感和生命的结构带给人们丰凡的视觉体验，称得上结构创新大师。众多作品中的力学平衡、新颖的结构形式、细致的节点处理、精美的构造等，值得后辈们揣摩学习。参考资料：
1.《圣地亚哥.卡拉特拉瓦：运动的诗篇》,(中文译本), Alexander Tzonis.2. Wikipedia.org/wiki/Santiago_Calatrava3.《空间结构的发展与展望》,斋藤公男.4. 本文图片均来源于网络，版权属于原作者或网站.