理论教育 可移动建筑的历史及建筑构造技术发展

可移动建筑的历史及建筑构造技术发展

时间:2023-10-06 理论教育 版权反馈
【摘要】:ct=503316480&z=0&tn=baiduimagedetail&ipn=d&word=蒙古包帐篷是所有可移动建筑中建造效率的极致表现,通过轻质杆件形成的支撑结构和弹性的覆盖外围护材料的组合构造,帐篷可以在极短的时间内形成一个“临时庇护所”。因此,帐篷成为最通用的可移动建筑产品,尤其是在急需使用的情况下是最佳选择。集装箱房是一种利用现有的集装箱产品直接改装而成的可移动建筑产品,由于吊装方便,改造容易,反复使用率高,是一种经济实用的过渡性建筑产品。

可移动建筑的历史及建筑构造技术发展

可移动建筑产品最早可以追溯到游牧时代,为了满足游牧生活的季节性迁移需求,智慧的古人发明了最轻便的可移动建筑——帐篷。从早期木杆支撑、树叶兽皮覆盖的简单形式到后来由架木、苫毡、绳带组合的蒙古包,再到现代材料多样、形式多元的各种登山帐篷、军用帐篷、展览帐篷等,帐篷已经成为类型最丰富、生产制造技术最成熟的可移动建筑产品之一(图F1)。

图F1 传统蒙古包的构造:架木、绳带和苫毡

资料来源:http://image.baidu.com/i?ct=503316480&z=0&tn=baiduimagedetail&ipn=d&word=蒙古包

帐篷是所有可移动建筑中建造效率的极致表现,通过轻质杆件形成的支撑结构和弹性的覆盖外围护材料的组合构造,帐篷可以在极短的时间内形成一个“临时庇护所”。折叠构造和轻质覆面材料是确保帐篷方便携带和快速搭建的关键技术:轻质高强的杆件,通过可动式螺栓结构实现在一定范围内的自由折叠,配合弹性布料得以在最短时间内实现空间围合。帐篷的质量很轻,需要一定的抗风构造加强结构稳定性。早期是采用将帐篷的各角用绳索与插入地面的地钉连接的做法,之后多杆交叉的构造方式被用来进一步增加帐篷的抗风效果(图F2)。

图F2 现代更轻更灵活的帐篷结构构造

资料来源:自摄

虽然是提供临时的居住功能,但帐篷的覆层材料依然需要有一定的物理性能,如防水、透气、防火、保温隔热等。早期的帐篷一般采用尼龙作为覆面材料,但是尼龙耐光性稍差,长时间受日照时易生黄,强度下降。针对这些缺点,产品工程师研究出各种改善措施,如加入耐光剂以改善耐旋光性,或者制成异形断面以改善外观及光泽,以拉伸变形丝(draw texturing yarn,DTY)或空气变形纱(air textured yarn,ATY)加工或与其他纤维混纺或交织,以改善手感等。除了改进材料,采用多层覆面也可以改进帐篷的性能,比如一种合适各种季节户外活动的四季帐,这种帐篷一般设有双层覆面,一层采用网布用来三季通风,一层用透气布用来冬季保暖。对于行军和紧急救灾用的帐篷,考虑到大量人群聚集的情况,对覆面材料的防火性能会有更严格的要求。为了提供更灵活的大空间用于临时储存、办公、展览等功能,在撑杆帐篷之外还出现了充气式帐篷产品(图F3)。充气式帐篷可以在保持轻质的情况下实现尽可能大的空间,同时充气的表皮具有更好的保温性能,但充气式帐篷需要不间断地补充气体以保证结构的稳定性。

图F3 多元的帐篷产品

资料来源:http://image.baidu.com/i?ct=503316480&z=0&tn=baiduimagedetail&ipn=d&word=帐篷

帐篷将可移动产品的构造系统简化到了极致:制造简单、运输方便、建造方便。因此,帐篷成为最通用的可移动建筑产品,尤其是在急需使用的情况下是最佳选择。但帐篷在物理性能和使用功能上存在的天然缺陷,使得其不足以成为一种满足一定使用品质的过渡性可移动建筑产品。为了实现更好的建筑性能和使用体验,在帐篷之外,又产生了两种可移动建筑产品——集装箱单元房和板房。集装箱房是一种利用现有的集装箱产品直接改装而成的可移动建筑产品,由于吊装方便,改造容易,反复使用率高,是一种经济实用的过渡性建筑产品。相比较帐篷,其围护结构的热工性能更好,并且可以安装空调设备,可以提高使用的舒适性;不过由于集装箱本身的材质局限,其整体热工性能不佳。虽然集装箱房建造高效,但受限于其固定的空间形式,功能较单一,并且由于其较大的体积,运输受到了一定的限制,安装的时候也必须通过吊车才能完成,不适合限制条件较多的场所使用(图F4)。

图F4 集装箱房是一种可循环使用的轻型建筑产品,高效是其最大的优点,舒适性是其最大的短板

资料来源:自摄

和集装箱房性能类似,但建造更灵活的活动板房是目前市场上应用广泛的一种成熟的可移动建筑产品。在2008年四川汶川大地震后,活动板房被大量地作为灾区的过渡性居住周转使用。活动板房是以C型薄壁轻钢为骨架,以夹芯泡沫板作为填充结构的一种轻型建造系统,在1970年由日本的东海株式会发明,也被称为“K形房”。由于板房采用了骨架和轻型墙板组合的构造方式,因此平面设计灵活,可以以标准模数为基础在水平和垂直维度上自由扩展。连接构造以螺栓为主,方便建造和拆卸后循环使用。虽然活动板房具有快速装配、经济实用、安全抗震、多次拆装、灵活使用的优势,但作为一种长期的过渡性建筑产品,它在围护体上的热工性能、建造的可持续性上依然存在不少问题。(www.daowen.com)

活动板房采用了具有高热阻值的EPS泡沫作为绝缘层,但由于形成结构的C型钢龙骨与保护泡沫的钢板皆直接外露并互相接触,因此围护体周围充满了“冷桥”,室内外的能量绕过绝热层可以方便地交换,绝缘构造形同虚设。另一方面,由于围护体的重量过轻(是普通砖混结构的1/6),围护结构几乎没有“蓄热”作用,室内环境温度极易受到外界环境波动的影响,在寒冷的冬季和炎热的夏季,不借助空调设备,室内的舒适性很差。此外,由于板房在建造过程中需要大量的平整场地工作,在建筑拆除后需要处理大量的场地垃圾,不然会造成对环境的破坏,由此增加了人力资源的消耗。同时由于板房围护系统的彩钢板之间、彩钢板与结构之间的连接多需借助铆接(拉铆连接)方式进行连接,在拆卸过程中难免会造成构件的损坏,从而降低了产品的回收率(图F5)。

图F5 板房的应用和构造技术

资料来源:周舒.不同社会价值观下的应急建筑[J].建筑技艺,2009(8);http://www.baidu.com;作者编辑

由此可见,不论是集装箱房,还是板房,虽然在建造过程中有重型结构不可比拟的优势,但在外观、性能和空间使用上的短板,使得这些临时建筑产品一度成为“廉价”和“低品质”的代名词。毕竟,相比较建造过程,房屋的舒适性才是用户可以直接体验到的建筑品质。那么,如何使得这些批量制造的产品可以在保持高效建造特征的同时,兼具优良的物理性能与一定的美学品质呢?建筑师需要和产品制造商联合起来,进行深入的研发,寻找更好的材料和建造方式,来实现工艺改良和新的产品形式。

为了进一步提高集装箱单元的使用舒适度和全天候的适应性,一些建筑师与产品工程师保留了集装箱的运输尺寸以及吊装方式,改进了建筑的围护体材料,增加了内部设施以提高产品的使用舒适性。De VIJF设计公司成立于1998年,该公司从2003年起开始研究用新的材料和全新的方式建造房屋。公司在荷兰成功地研究并实现了类似集装箱房的空间盒子(spacebox)可移动建筑产品,并将产品的形式作为公司的注册品牌。为了找到更多适合预制装配式建筑的材料,公司广泛地与不同的厂家合作,最终采用了一种柔韧的、半永久性的塑料复合材料。空间盒子采用了轻型框架结构复合轻质墙板的单元盒子形式,在工厂实现包括设备组件的完整的单元组装。空间盒子单元的上面四角预留有与吊装器械连接的构件,底面四角预留有与平台插接构件连接的接口,保证装配的高效性(图F6)。

图F6 De VIJF设计公司设计的更为整体的空间盒子厢式建筑产品

资料来源:照片由张弛提供,作者编辑

在先进的制造技术下,这种进化还在继续。ETH在2012年夏季建造了一种可移动的集装箱式微住宅“self”(图F7)。“self”意味着建筑的完整性:在这个标准的集装箱单元内,集起居、卫浴、厨房于一体,功能齐全,可以通过独立能源供给在任何地方使用。建筑设备全部安置在建筑的一端,包括了太阳能光电光热、供水、排水以及通风等设备。建筑构造设计做到了高度集成化,基础采用了三个液压杆件为一组的独立点式可调基础,可以快速适应有起伏的地坪;墙面采用了铝合金轻型龙骨框架复合木板岩棉瓦楞纸等多重材料的高性能保温隔热构造;单元末端的墙板设计了可以电动折叠的运动构造,方便随时打开检修设备;入口处可折叠的太阳能光伏一体化面板(BIPV)打开时既可以吸收太阳能也可以作为遮阳板和雨篷(图F7)。

虽然“self”在各方面性能上都达到了很高的水准,但如果作为一个投入市场批量生产的产品,它的性价比过低,更像是用于极端条件如科学考察活动中的前沿产品。要实现能够量产的通用产品,材料工艺的经济适用性是重要标准,从成熟的工业产品中寻找合适的材料和制造工艺进行改良的途径更加适用。20世纪后期,随着制铝技术的成熟,铝合金产品制造工艺的进步已经使其具备了成为一种新的轻型建造材料的潜力;在不同国家、不同的建筑师以及研究机构的轻型建造系统的研究与实践中,铝合金得到了越来越多的应用。

图F7-a ETH设计的“self”可移动建筑产品

图F7-b “self”全面的设备以及高性能的构造技术

资料来源:照片由赵虎提供,作者编辑

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