建乙组-蒙特利尔世博会

GermanPavilionFreiOtto，EXPO67，Montreal13建筑学2班邓逸凡

姜林成

刘祺

唐谷雨

许轩仪

作品简介建筑名称：1967蒙特利尔世博会德国馆建筑师：Freiotto（建筑设计）

RolfGutbrod（建筑设计）所在地：加拿大，蒙特利尔

建筑类型：展览馆建筑建造年份：1966-1967（工期仅6周）占地面积：7730平方米薄膜张开面积：9500平方米建筑获奖：奥古斯都佩雷奖作品简介结构类型：索膜结构建筑材质：地基［混凝土体积350m³、预应力钢7t、钢筋20t］桅杆［德标37号钢（低碳钢C0.17-0.20Mn<1.4P/S<0.045）80t］薄膜［高分子聚合材料薄膜PVC顶层]索网［钢］建筑耗资：4520000德国马克FreiOtto（1925-2015）德国建筑师、工程师1943，德国空军飞行员，参与第二次世界大战1945－1947，沦为战俘，狱中建筑师1948，进入柏林工业大学学习建筑1952，于柏林成立事务所1964，成立斯图加特大学轻型结构学院1967，蒙特利尔世博会德国馆1972，慕尼黑奥运会场馆2015，获普利兹克建筑奖

“战火中燃烧的城市是一门惨痛的导论课”建筑设计特点FreiOtto认为一切笨重、坚固和固结于地面的建筑是日耳曼人对本国的一种感伤情绪的体现,是纳粹主义对血统和土地崇拜情结的体现。他抵制这种建筑,终生用轻型建筑来体现对野蛮建筑的反对。1967年蒙特利尔世博会的德国馆占地7730平方米，8根钢铁的桅杆（14m－38m）和12mm、54mm直径钢缆结成的索网支撑起半透明的白色涤纶帐篷。建筑特色分析

蒙特利尔世博会地域跨度为400公顷，为了解决蒙特利尔市和圣海伦娜群岛、诺特丹姆岛之间的交通运输，主办方不仅建造了四通八达的高架道路和轨大桥，还在岛内建造了世博捷运快车，再加上多个游船码头1967世博会建筑总平及建筑概况建筑特色分析

德国世博馆1967世博会建筑总平及建筑概况建筑特色分析

1967世博会建筑总平及建筑概况建筑临水边，利用丰富的地形以及轻盈的结构，形成了极具特色的形态和空间。建筑特色分析鸟瞰局部局部局部局部1967世博会建筑总平及建筑概况建筑特色分析鸟瞰局部局部局部局部1967世博会建筑总平及建筑概况建筑特色分析地下半层平面图一层平面图二层平面图建筑特色分析建筑特色分析建筑特色分析

“所有的物体都是结构。”结构设计概念FreiOtto注重从自然中寻求灵感，而不是技术体系本身入手。建筑技术的目的是为了更好的表达自然。自然不应该被简单的复制，而是通过技术进步被更好的理解。他认为生物学知识对于建筑学的意义,可以从生物界内部空间结构加以探寻,达到利用尽可能少的建筑材料通过围绕覆盖来形成空间的目的。1950年，FreiOtto开始进行帐篷式建筑的研究，总结出“最小面积”——一个闭合框内用最小覆盖面积形成的马鞍形弯曲形体的面积，此时帐篷膜在所有方向受力均等。该形式遵从自然规律，形式结构是一体的。结构设计概念皂膜实验——研究帐篷式建筑的一种理想模式：将围合框架浸入肥皂泡中再取出，会在框内形成十分薄的薄膜，这种膜的面积总是最小的，且各处的表面压力相同。FreiOtto所在的轻型结构事务所为此研制了一种“肥皂泡试验装置”，便于几何分析和测量这些肥皂泡模型。结构设计概念当皂膜表面上所有的点都具有符号相反的曲率，就称该皂膜为互反的，皂膜各点两个主方向的曲率半径也处在同一量级，所形成的皂膜能够处于各点各向预应力相同且预应力保持常量不变状态。此时的皂膜是包含空间曲线圈的面积最小的曲面。符号相反的曲率结构设计概念Otto用他的试验装置研究了不同种类的帐篷形式：帆行、尖顶式、拱形、凸起式、波浪式......然而初期，由于蒙布受力要求的限制，这类结构多用在跨度较小的中小型展览以及歌舞表演建筑。结构设计概念膜结构的形式很大程度上取决于它的边缘形式及高低点分布情况，这些因素的确定必须确保帐膜能够产生足够大的曲率，并且膜应力能够顺利传递。膜材必须安装到直线型边缘上，同时在设置边索或者圈带来确保膜材在边缘部分承受连续平稳的外力。膜材不能采用单点支撑，否则将产生强力的应力集中，支点像针一样刺穿膜材。结构设计概念尖顶帐篷在膜平面内仅仅由一根桅杆支撑，由于对膜材不可能单点受力，所以让膜材应力聚集到指定的线上并沿着该线传递到桅杆顶部——一般通过设置脊索、谷索、索圈（“索眼”）或几个“索眼”实现。索圈——其做法是从在皂膜试验中使用细线而逐步发展出来的，其形状是一条常曲率空间曲线。Otto以这一方式解决了了上述问题。在真实建筑中面荷载通过线的形式吸收，从边缘到中心，并传递到节点支撑处（桅杆、锚固点）。结构设计概念索网结构本质上，索网结构与膜结构有着相同的受力机理，而钢索的存在可以形成更大跨度的结构。各种形式的帐篷结构可以通过索网代替膜材料来实现。与膜结构不同的是，索网结构无需做成特定的形式以满足曲面互反的要求，当加工好的索网结构被张拉成鞍形曲面时，索网中的方形或矩形网格将变成菱形。假如索之间的角度可以改变的话，索网结构可以变成任意由正则曲线构成的曲面形状，所以，索网结构在边缘处的构件必须固定。

蒙特利尔德国世博馆

结构应用结构起源该结构的原型来自洛桑的预制绳网。创新：使用了薄膜和线网的结合，采用棉织夹带用钢线编织大面积的线网的薄膜，提高薄膜的强度以覆盖更大的面积同时保证防水。缺陷:1.在天气变化的情况下，两种不同的材料有着不同的收缩比率。2.由于制造技术原因，被PVC材料所包裹的8mm钢线被简单地缝合到薄膜上去，虽然是在拉紧状态下被缝上去的，但是仍有一些独立表面垂落在绳网上。在蒙特利尔德国馆中实现了

对它的优化。结构特点德国馆第一次创造性地大规模成功应用了支撑膜结构技术——帐篷的放大——实现展馆内完整的大空间。德国馆是用高强度的金属索与用高分子聚合材料做成的薄膜一起组合起来的具有足够大的空间的建筑。这种结构的特点是结构非常简洁，便于组装和拆卸，与传统结构比起来有相对低廉的造价。它的屋面用特种柔性化学材料敷贴，呈半透明状。由铸钢的金属丝制成的12mm厚的轻微地绞合在一起的镀锌绳索有着100KN的抗拉强度。这些42000m的绳索用交口夹连接起来，组成了一个大约为10000平方米的规则网，索网有着规则的50cm见方的网孔，在地面上网条用丝扣接口的方式被螺丝旋紧在一起，形成大型的连贯型的网。背脊处和边缘处的绳索是54mm厚。在内部有着高度超静定的交换系统，在其中变形会影响力的改变，对整个装载承重系统进行线性计算是不可能的。建筑结构形式语言与建筑空间特点完整大空间建筑结构形式语言与建筑空间特点展览面积活泼和谐建筑结构形式语言与建筑空间特点展览面积活泼和谐建筑结构形式语言与建筑空间特点“轻盈”（Otto的定义）——一个相对的定义弗雷•奥托对长细比的定义，某个力传递的距离s和力F的本身大小：结构的相对长细比λ=s/√F从广义角度上来说，Tra表示的是物体传递荷载的能力。力和位移的乘积是一个标量，所以Tra与方向无关:Tra=F•s不论是参数λ还是Tra都没有反映轻型建筑的另一个重要的参数指标——结构的质量m。因此，还需要定义另外一个参数。弗雷•奥托用字母组合的方式命名为B-I-C:Bic=m/Tra“Bic反映的是一个物理量。如果Bic值较小，就说明该结构相对较‘轻’。而一个较小的Bic值是轻型建筑的基本特征。”建筑结构层级分解及类型膜索网柱建筑结构层级分解及类型柱承受压力，将整体的力传导至地面。同时，也将索网支撑起来，于主索内施加预应力。建筑结构层级分解及类型索网整个结构体系的重点。内力均布，且内部施加有预应力。建筑结构层级分解及类型索网索网内部有3个低位锚固点，周边设有31个锚固点建筑结构层级分解及类型索网并设有三条脊索（主索）建筑结构层级分解及类型锚固基础通过混凝土卡位将拉索锚固在地面为预应力的施加与维持提供锚固点建筑结构层级分解及类型膜（膜、天窗）——在此建筑内不起受力作用仅悬挂于索网之下，创造特色的内部空间，为内部空间提供遮蔽。建筑结构层级分解及类型水平柱头（挂索点间夹角为180度）建筑结构层级分解及类型水平小柱头（挂索点间夹角为180度）——用于一些较矮柱子顶端建筑结构层级分解及类型夹角柱头（挂索点间呈一定角度）——角度形成是因为索眼，以满足维持一个足够良好的空间形式，需要调整索的夹角。建筑结构层级分解及类型柱脚根据视频中的图像，推断柱脚为刚性连接而非铰接。主体结构整体受力索网与柱主体结构整体受力受力：索网搭在柱上，和柱与地面有连接，将力传到柱，再经由柱传递至地面。网——地面／柱——地面在预应力施加的情况下，桅杆与地面形成了一定的夹角，是为了在保证空间大跨度优势的情况下，尽可能使受力杆大部分承受轴向力。索网上，每根索受力相等，应力平均，且施加荷载以前仅受轴向拉力主体结构整体受力外围绳索以及内部低点的负载绳索被固定在事先准备好的向后锚固在岩石地面的混凝土模块基础上。索网的外围绳索以及内部低点的负载绳索被固定在事先准备好的向后锚固在岩石地面的混凝土模块基础上。桅杆靠水压力来上升，这使整个结构进入到预先计划好的预应力状态。通过预应力使其成为一个具有足够刚度的承载结构。特殊结构问题索眼受力于索的边缘，向外拉扯。索眼中的网面在整体受力上并不起作用，但可以保证在各种应力作用下索圈变形不大。特殊结构问题索眼高脊处的绳索和绳圈被称之为“索眼”，这是因为他们的形状，将负载力从巨大的绳网向柱端传递着，这样的“索眼”一共有8个通过设置索眼剔除单点支撑带来的集中应力，从而使膜材应力聚集到指定线上，并沿该线传递到桅杆顶部。特殊结构问题索眼索眼受力膜面受力四叶草构件将整个膜均匀悬挂在索网体系上，令膜与索网受力均等，最大程度上分布其应力特殊结构问题落地索眼分散应力，使之均匀分布于索圈上特殊结构问题落地索眼

单个帐篷时，其索网结构较为简单，预应力施加方式简洁。当多个帐篷组合时，帐篷边缘交汇处形成悬挂结构，无法维持自身刚度强度，且无法施加预应力。为了施加预应力，于形成悬挂结构的位置下沉，形成地面支撑点，为避免单点支撑带来的应力集中，设置落地索眼，从而保证自身刚度强度并得以施加预应力。建造特色与建造过程制作小模型找形因为对整个装载称重系统里进行线性计算是不可能的，因此，费里兹里昂哈特不得不限制这项研究对每个单独结构单元的最大受力的大小的限制。但是一个绳网结构有一个优势，所有的受力能够在一个模型内被研究而且可以保持不变的测量出来，同时可以在建造体内被监控。建造特色与建造过程立柱上网在康士坦茨的斯特罗姆耶公司制造了一条宽为9.5m，并将其卷起寄至蒙特利尔。在这里，在地面上网条用丝扣接口的方式被螺丝旋紧在一起，形成大型的连贯型的网。此后这个网被升高挂在了最高37m的8个不同高度的桅杆上，外围绳索以及内部低点的负载绳索被固定在事先准备好的向后锚固在岩石地面的混凝土模块基础上。桅杆靠水压力来上升，这使整个结构进入到预先计划好的预应力状态。建造特色与建造过程预制建造前，于康斯坦茨的斯特罗姆耶公司制造了一条将由12mm厚的绞合的镀锌绳索用交口夹连接起来，形成拥有50cmX50cm规则网孔，

宽为9.5m，大达约10000㎡的规则网。并将其卷起寄至蒙特利尔。该公司亦制作了透明的，有聚酯细丝构成的有着防火效果的表层编织成1.5m宽的横条，以色彩涂料，PVC和其他的化学物质从两个方面保护着织物。此外，顶部的特殊密封剂防止了其迅速变脏，并且保持了材料中的柔软剂成分。根据模型中的切花图案，将薄膜横幅裁剪成24个独立的区域，一同邮寄过去。薄膜帐篷展开图（第一部分）建造特色与建造过程调整网面（20%边索绳夹有调整）因为无法对整个体系进行线性计算，于悬挂之前只能对网面情况进行预测。故而立柱升网之后，为制造一个事先计算过的有着平均张力的省网，精细的调整开始了，20%的外围绳索的夹子不得不作轻微的移动。建造特色与建造过程上膜一旦承载受力的结构站立了起来，为帐篷特殊制造的构造空间感的隔膜就可以在下方悬挂起来。这些隔膜的组成部分被高升到由绳索、滑轮、发动机和绞盘共同组成的网之下30cm的高度，成千的四叶草形跳跃而出的光盘将它们固定在绳网上，并且把他们相互连接在一起，同时，还将他们和外围的绳索连接在一起。建筑所拥有的8个“索眼”在绳圈内被他们自身的细小网所闭合着。在连接在一起形成顶棚的巨大的窗户的绳索之下15cm处，面积为0.5m²的透明PVC薄片隔膜替代了隔膜。节点构造

地面锚固点节点构造张拉锚固事先准备好的向后锚固在岩石地面的混凝土模块基础上，以此来固定外围绳索以及内部低点负载绳索。节点构造张拉锚固双索T型低位锚固设置于边索与边索相交处，将两条钢索同时锚固在地面节点构造张拉锚固双索T型高位锚固设置于边索与边索相交处，将两条钢索同时锚固在高于地面的位置，从而满足空间的需求节点构造张拉锚固四索低位锚固设置于两条边索以及围合索眼的两条钢索相交处，将四条钢索锚固于一起节点构造

交口夹地面锚固点节点构造由铸钢的金属丝制成的12mm厚的轻微地绞合在一起的镀锌绳索有着100KN的抗拉强度这些42000m的绳索用交口夹连接起来，组成了一个网格为50cm

x

50cm，大约为10000平方米的规则网螺栓交口夹构件交口夹构件交口夹构件螺母节点构造

交口夹边索地面锚固点背脊处和边缘处的绳索是54mm厚边缘及高低点的分布情况是确保膜能够产生足够大的曲率的重要因素。为保证应力顺利传递，同时再设置边索或