2014年1月16日 星期四

挑戰住宅模矩化的極致結構─預力混凝土

【建築家/文/陳冠帆、圖片來源/SDG構造設計集團














1976年的日本東京,有一棟使用預力混凝土結構的嶄新住宅建築被建造出來,在30多年前的那個年代,連鋼筋混凝土結構尚屬於發展中的時候,那時的設計者卻不願僅僅滿足於眼前已趨於完整的鋼筋混凝土結構(Reinforced Concrete)-RC,而在那建築、技術、思想蓬勃躍進的年代,他們著眼於更有效率、更符合經濟、更簡便方式來進行所謂的「混凝土結構的挑戰與極限」,也就是預力混凝土結構;除此之外,他們還希望新的構造技術能超越當時鋼筋混凝土的某些限制,達到如同像樂高積木一樣可以方便組裝、短時間就可以建造完成、能夠彈性變更的方式,於是一棟左右皆是鄰房面寬僅有7m的狹小住宅在當時巧然而生。


談到預力混凝土就必定會跟PC這兩字連想在一起,或許大部分的專業者都能理解PC建築是事先施加預力反向對抗垂直力的混凝土結構行為,但是實質上PC卻有三種意含,在不同的地方中雖然使用同一個字眼卻會有不同的意思,就讓我們稍做說明:


PC的三種意含:

1、Pure Concrete純混凝土:只有混凝土,沒有其他任何構材的合成。

2、Pre-Cast Concrete預鑄混凝土:預先製作的規格化、模矩化的高品質混凝土,塊體彼此可以迅速組合。

3、Pre-Stressed Concrete預力混凝土:事先施加力量,使其反向抵銷原本應受之力的結構方式,可讓材料大幅降低,讓結構性能充分發揮,一般來說比其純混凝結構可以減少約30%的混凝土。


而這棟距今37年的建築就是以施加「預力」並且利用「預鑄」構件所設計而成的經典PC住宅建築,他的設計理念在於:「極窄的面寬裡,混凝土不易澆置的前提下,利用設計手法、使用既容易搬運、且方便組裝的模矩式預鑄思考」,設計者利用在工廠生產單元可以創造出高品質、極佳型態的混凝土塊體,並且反過來利用狹窄的基地條件,創造出各層能夠輕易堆疊而且完全無柱的室內空間。
















▲完全利用預鑄塊體加預力鋼索交織而成的預力住宅建築(照片中可看出垂直向與水平長向的預力鋼索),右側則可以看出只利用兩側垂直壁所形成的「無柱空間」。
















▲使用2間×4間的版牆一體化結構系統,極致的單元讓「製作、搬運、組裝」還有空間與力學一氣呵成!


PC結構魔力的純化甚至極致的將牆壁與樓板直接一體考慮,創造出符合經濟、力學、空間的有效單元,每一個結構框的模矩,使用日本單元:2間×4間(約3.6x7.2m),也因此一個立體框架系統的自由層疊形成了整棟住宅的所有空間設計;正是因為設計的起點在於考慮基地特性、結構骨架的製作、搬運、組裝加上對建築技術與空間的挑戰,才創造出與鋼筋混凝土截然不同的預力建築,它是屬於混凝土建築的一種新的思維也是項新的啟動。對空間機能來說,7公尺面寬下完全無柱的空間讓使用上大大釋放,而長向的連續性更延伸了空間的變化思考,即便是端部一景的螺旋梯上,也大膽採用了預鑄塊體的踏板形成獨樹一幟的垂直動線。
















▲預力結構所設計而成的旋轉樓梯,讓狹小空間發揮最大的平面效能。
















▲利用堆積木式的方式所構築出的新型混凝土系統,你難以想像它在30多年前便被先驅者以對建築技術永無止盡的好奇心與驅使下建造而成,或許可以更感受到結構設計的無限創意。


利用單元立體框架的組合,當然在空間的使用就像積木般的自由變化,而就結構系統來說,框架體的堆疊加上垂直方向與水平長向利用預力鋼索予以連接加以鎖固,便能讓框架體不僅能垂直抗載重,亦能抵抗地震來襲的水平力,整棟建築毫無一處浪費、極致的力學性能,讓全新的構造方式得以誕生。


1970~1980年間正是日本代謝派蓬勃發展的年代,整個日本建築界的思想除了吸取西方的建築理論,還企圖創造屬於自身的建築論述與設計理論,因此在當時的日本代謝派理論獨領風騷,而在這同時日本結構界的構造家亦是藉由這股狂風熱浪與建築家們共同創造出無數個具有生命力的結構系統;就在建築設計與結構邏輯交織般的對話下,當時20~30年代日本的年輕建築人被這些無限的可能性啟動著,而我們試圖遙想著過去日本的那個年代,對這已到來嶄新的一年與未來的我們,是否也企圖創造著屬於我們自己的建築思維呢?


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