理论教育 建筑构造技术发展演变:撑脚基础的适应热带气候需求

建筑构造技术发展演变:撑脚基础的适应热带气候需求

时间:2023-10-06 理论教育 版权反馈
【摘要】:在大多数常年气候炎热的地区,为了实现舒适的通风环境,从结构到围护体都会采用木材,而为了防止底层潮气的影响,将建筑抬升脱离地面就成为自然而然地应对气候的策略,由此诞生了一种轻型基础支撑形式——撑脚基础。这种点式的独立基础为建筑设计带来了诸多新的可能:基础的工作量减少了,节约了时间与成本;底层的空间可以用于对舒适性要求不高的辅助功能区,既可以充分利用空间,也不影响使用的舒适性。

建筑构造技术发展演变:撑脚基础的适应热带气候需求

通常关于建筑基础的观念就是与大地紧密接触以保持建筑结构的稳定性,这一点在森佩尔的基座要素以及与之对应的砌筑工艺中也得到了显著的体现。尤其是随着现代建筑体量和高度的日益增加,基础的埋深和处理技术也愈发复杂。深埋地下的基础不仅需要考虑结构的强度,还要考虑防水、防冻、防腐蚀等诸多耐久性问题,因此采用混凝土基础也成为通常的选择。

但当上层建筑形态与质量发生质的变化后,基础的处理原则也并非一成不变。与深埋地下的整体基础所不同的策略,在早期轻型建造系统中就已经出现了。当上层建筑的自重与荷载显著降低后,结构的整体抗震性能也会得到加强,进而也减轻了基础的结构强度,传统的木结构建筑就具备这样的潜质。在大多数常年气候炎热的地区,为了实现舒适的通风环境,从结构到围护体都会采用木材,而为了防止底层潮气的影响,将建筑抬升脱离地面就成为自然而然地应对气候的策略,由此诞生了一种轻型基础支撑形式——撑脚基础(传统的“干阑式”基础)。这种点式的独立基础为建筑设计带来了诸多新的可能:基础的工作量减少了,节约了时间与成本;底层的空间可以用于对舒适性要求不高的辅助功能区(如传统干阑式建筑底层作为牲畜圈、厕所),既可以充分利用空间,也不影响使用的舒适性。对于可移动建筑来说,这种基础在建筑迁移的过程中,不会对既有环境如植被、土壤造成不可逆转的破坏。除了上层建筑质量、形态以及功能使用上的考虑,从结构的合理性来说,由于可移动建筑产品大多采用轻型框架结构,主要受力荷载最终落在点式的结构柱上,因此采用独立的点式基础也合乎建筑的受力机制。因此,采用撑脚基础不仅符合可移动建筑产品的结构形式需求,还对环境的可持续发展以及建筑空间灵活拓展有着诸多益处。

确立了以撑脚式基础为核心设计理念之后,团队根据模块化装配的工序将基础模块的功能进一步分解进行细化设计。第一个问题就是,主体单元模块如何与基础连接?是直接连接还是间接连接?这个问题的最佳解决策略从装配的过程来看,显然是间接连接更合理:因为采用了独立式撑脚基础,在安装过程中要使得主体建筑结构柱和每个点的基础实现对位需要极高的安装精度。不仅如此,在对位的同时还要将主体与基础固定,而且必须是所有的点都对齐了才可以操作,这种方式耗时又耗力。于是采用过渡连接的策略很快就形成了,这个过渡组件就是基础平台。

基础平台不仅是承上启下的重要过渡组件,也是单元在任意水平位置拓展的基准,同时还可以连接附属功能,如作为设备系统的承载、入口和景观休息的平台等。基础平台由工业铝型材组装而成,尺寸与单元模块的结构尺寸保持一致以实现连接的精确性(图F23)。作为基础模块的核心部分,独立撑脚不仅需要具备足够的强度,还要具有灵活调整的可变性,这样才能保证在不需要大量平整场地的情况下可以迅速地完成基础平台的调平作业。在考察和调研了大量工业产品之后,团队决定采用螺纹千斤顶作为撑脚的核心构造组成,这种千斤顶具有高承载力、操作简易、经济适用等优点。在该产品的基础上,团队对其进行了特殊的改进设计:在千斤顶的顶部增加了可以与基础平台连接的节点板;在中部增加了钢管提高了撑脚基础的高度;在底部增加了圆形底盘,用以增加撑脚与地面的接触面积,增加基础的稳定性(图F24)。

图F23 由可调式撑脚与基础平台组成的基础模块

资料来源:铝合金可移动建筑设计团队提供,作者编辑;自摄

图F24 可调式撑脚基础的构造设计与产品改进(www.daowen.com)

资料来源:铝合金可移动建筑设计团队提供,作者编辑;自摄

这种经过改进后的撑脚基础具有较强的场地适应性,既可以用于具有一定平整度的硬质场地上,也可以用于起伏不定的松软地形中。不过根据地质的差异,一定的地基处理还是必要的:在土质条件较好,不会发生明显沉降的场地上,一般只需要在撑脚下增加碎石垫层,再通过钢钎穿过撑脚底盘与大地加固即可;如果场地地质松软,地基承载力较弱,容易产生不均匀沉降,则还需要做特殊的基础加强设计。在南京陶吴镇台创园的可移动铝合金办公建筑工程中,场地为未经处理的软质土,且一边有陡坡,为了避免不均匀沉降的出现,在安装撑脚基础组件前,在场地内预先为每个撑脚建造了独立的砖基础。在砖基础之上,特制的混凝土圈用来固定细石垫层,成为独立撑脚的缓冲层。虽然进行了一定的地基处理,但对场地的影响是有限的,如果日后建筑迁移或拆除,可以迅速恢复原先的地貌(图F25)。

图F25 在特定的工程中,基础根据地质条件进行灵活的调整

资料来源:自绘、自摄

由于基础模块和装配模块的生产与建造过程是同步进行的,因此在主体模块完成之前,基础的建造与平台的调整就已经完成了,实现了高效的并行建造流程。从可移动太阳能房到多功能可移动办公建筑,再到“微排屋”,每一个不同功能和形式的可移动产品都采用了原理相同、灵活可变的基础模块。正如阿尔瓦·阿尔托指出的,建筑的标准化不应造成相似的建筑或者不能改变的实体,而应该深入建筑的构件和元素的内在系统中,以一种有机的方式着重保留这些元素的性质,使它们能构成无穷的不同组合形式。基础模块作为标准组件的同时也具备了可更改和添加的功能,同时又不需要为适应不同的情况改变组件的生产工艺和组合原理,这样就保证了产品实现标准化的同时具有较大的自由度和可变性。

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