ganggouren
本文来源iStructure公众号，获授权转载。
结构工程师日常工作中遇到的建筑基本上都是“永久性”的，业主希望建筑能够存续的时间越长越好，我国民用建筑一般是要求设计基准期达到50年以上。事实上，还有很多建筑是临时性的，或者称之为装置，存续的时间往往只有几天或几个月。
左为巴黎圣母院，右为奥托设计的临时帐篷
蛇形画廊（Serpentine Gallery）位于伦敦的肯辛顿花园，原址为古典主义风格的一个茶室，因其附近海德公园中的蛇形湖而取名为蛇形画廊。每年夏天肯辛顿花园内都会出现三个月的临时建筑 – Serpentine Gallery Pavilion，作为派对、展览或演讲等活动的场地，夏天过了就立即拆除。设计任务书只有三点要求：需为开放空间、基地面积300平方米、临时性建筑。
从2000年开始，画廊连续19年都邀请来自世界各地的最为知名建筑师设计师进行临时展厅的设计。被选中的建筑师都可谓是“当红炸子鸡”，扎哈·哈迪德、伊东丰雄、阿尔瓦罗·西扎、库哈斯、弗兰克·盖里、妹岛和世、BIG都曾参加过展馆设计。
下面小编就尝试以一个结构工程师的视角来介绍蛇形画廊。
临时建筑的结构特点
结构材料
对于“永久性”建筑，50年这样一个时间跨度，给建筑带来了很多限制。首先，材料的耐久性是一个基本要求。不可能房子造好了，每隔一段时间要去更换一下结构梁柱。因此，目前世界范围内大量应用的结构材料就两种：钢筋混凝土和钢材。其他的材料，比如铝合金、木材、石材、FRP、玻璃、膜都只能算是小众的结构材料。
但是在蛇形画廊中，出现了很多种小众的结构材料。
2001: 丹尼尔·李伯斯金（DanielLibeskind）和 Cecil Balmond
折纸形式，钢结构骨架和金属表皮。
2003: 奥斯卡·尼迈耶（Oscar Niemeyer）巴西建筑师
混凝土场馆。
2006: 雷姆·库哈斯（Rem Koolhaas）
充气膜结构。
2008: 弗兰克·盖里（FrankGehry）
木结构
2014: Smiljan Radic
玻璃纤维建成的壳体
2015: SelgasCano
设计荷载
临时建筑由于使用周期比较短，在整个周期中风荷载、地震作用就可以大大减小。很多时候约束结构设计的水平力，由主要矛盾变成次要矛盾。基本上只要解决竖向力的传递就可以了。比如由妹岛和世+西泽立卫（Kazuyo Sejima + Ryue Nishizawa）设计的2009年蛇形画廊，采用了极细的柱子支撑了一整片铝合金板。
2009: SANAA
同样由SANAA设计的格雷斯农场河畔建筑，其形态与2009年的蛇形画廊类似，受力体系也均为依靠柱子抗侧。但因为后者是永久性建筑，其柱子的尺度就比前者大不少。
格蕾丝农场河畔建筑
临时建筑这一特点，在2008年威尼斯双年展的日本馆表现到了极致。建筑师石上纯也希望用一个玻璃盒子覆盖植物，同时希望立面的柱子尽可能细。
2008威尼斯双年展日本馆
据说展览结束后有一只猫闯入玻璃盒子，撞到其中一个柱子，然后温室就塌了这个还没有考证过，但从构件尺度上来看，这个玻璃盒子应该不能受太大水平力。
巴尔蒙德的方盒子
由于临时建筑往往规模不大，结构能不能搭出来并非一个很难的问题。在临时建筑的设计中，往往不是建筑师提出一个很难的结构体系，结构师埋头去解决。而是结构师怎么与建筑师互相配合，碰撞灵感，创造出更富创意的建筑。下面以巴尔蒙德与伊东丰雄合作设计的2002年蛇形画廊为例，看一下大师是怎样配合的。
巴尔蒙德与伊东丰雄联合设计了2002年度蛇形画廊。建筑师给巴尔蒙德提出的难题是：如何在一个方盒形的建筑中，感受不到方盒子？
作为数学与几何学都有极高造诣的巴尔蒙德，提出了一个算法。在正方形的相邻两边中，从一边的中点向邻边的1/3处连线，按照此1/2-1/3法则，便得到了在原正方形内部互不相交的4条直线。
而1/2-1/3法则迫使该轨迹打破方形边框束缚，从而产生一个新的方形，如此，该法则才得以延续生效。以此法则运算6次就得到了一个基本的结构。在这里，如果该结构内部的所有线段在两个方向延伸，将生成一个具有很多交点的图式。其中某些线段将作为主要承重结构构件，某些将作为次级承重构件，而其余的将作为建筑装饰结构。
这一形式的美学效果是一种网络形态的复杂体，并且，随着眼睛追随着这些结构元素运动，视线将被引至室外，对平面的感觉被某种无限的空旷感觉所代替。方盒子在这里消失了。
结构工程师总是有想要表现结构的冲动。而在蛇形画廊的设计中，巴尔蒙德为了建筑效果，压制结构表达。巴尔蒙德试图将一种基本构型或几何算法，从一开始就植入建筑的基因。正如他在《异规》中所倡导的，一种由内而外的构建方式。
搭积木
2016年，蛇形画廊委托BIG进行设计。建筑师从一个最为基本的元素——“搭积木”出发，开展这次的设计。玻璃纤维制作的矩形管一个个堆叠起来，组成墙体。墙面的弧形通过矩形管的错位堆叠来达到。
仔细观察发现，一个个方盒子之间是通过角钢和螺栓连接的。对此小编开了一下脑洞：如果方盒子之间没有连接，只是依靠的错位堆叠，结构最多能悬挑出去多少？
请大家再来一次头脑风暴。假设有一块积木，长度是L，质量均匀，则重心在积木的中心。将这块积木放在地上，它是永远稳定的，我们称之为0号积木。
在0号积木的基础上，放置1号积木。我们发现，要使1号积木稳定地搭在0号积木上，则0号积木的右端是临界点（红色三角）：当1号积木重心在红色三角左侧时，1号积木稳定；当1号积木重心在红色三角右侧时，1号积木就会倾覆。
以0号积木的左端为参考系（蓝色三角），假设1号积木向右侧偏移x，1号积木的重心距离蓝色三角距离为W1。可以推导处1号积木的稳定条件如下图所示。
继续放上2号积木，其相对1号积木再向右偏移x。我们发现，2号积木的位置相当于上图中1号积木的位置，那它的稳定条件是x不大于L/2。
而1号积木由于上面加了2号积木，其两者合起来的重心发生了变化。还是以0号积木的左端为参考系（蓝色三角），假设1号、2号积木的重心距离蓝色三角距离为W1。可以推导1号及其上部积木的稳定条件如下图所示。
再放上3号积木，其相对于2号积木向右同样偏移x。最终控制是否倒塌的还是1号及其上部积木。所以，我们推导得出1号及其上部积木的稳定条件如下。
假设，我们放上了第n号积木，每一块积木相对其下边的积木均向右偏移x。我们可以得到整个体系的稳定条件如下。
由上图可知，积木越多，能挑出去的长度越大；但是，悬挑的长度有一个极限，即最多也只能挑出去一块积木的长度。不信，大家可以尝试一下。
历年蛇形画廊简介
从2000年开始至今，共有19位建筑师设计了蛇形画廊。除了上文提到的，限于篇幅，其他年度的蛇形画廊罗列如下：
2000: 扎哈·哈迪德（Zaha Hadid）
2004: MVRDV (未建)
2005: 阿尔瓦罗·西扎（Alvaro Siza）和
索托·德·莫拉（Eduardo Souto de Moura）
2007:Olaffur Eliasson和 Kjetil Thorsen
2010: 让·努维尔（Jean Nouvel）
2011: 彼得·卒姆托（Peter Zumthor）
2012: 艾未未（Ai WeiWei）和赫尔佐格&德梅隆（Herzog & De Meuron）
2013: 藤本壮介（Sou Fujimoto）
2017:弗朗西斯·凯瑞（Francis Kéré）
2018:Frida Escobedo
2018的蛇形画廊是由墨西哥建筑师 FridaEscobedo 主创设计，是2000以来操刀蛇形画廊的最年轻建筑师。展庭以水泥瓦建造墙体，通过运用光与水的元素，使用英国本地的建材营造出墨西哥民居的感觉，
2018北京：刘家琨
同时，蛇形画廊2018年委托刘家琨设计在北京设计了一个展厅。建筑师以“弓”为意向，利用钢和拉索营造了一组极简的力学装置。工业建筑公众号（id:gongyejianzhu)对此进行了详细的报道，欢迎点击阅读：
小 结
像蛇形画廊这样的临时建筑与永久性建筑有较大的不同，本身结构的难度不会很大。对于结构工程师来说，可能跟建筑师一起灵感碰撞做一些好玩的东西出来，才是真正的使命吧。
参考资料
1）http://www.serpentinegalleries.org/
2) https://www.archdaily.cn/cn/790533/adzong-jie-li-nian-she-xing-zhan-guan
3) 蛇形美术馆北京展亭 | Serpentine Pavilion Beijing 刘家琨
4）本文图片均来源于网络，版权属于原作者或网站
购买《钢结构》纸刊 点击下图链接
