1、悉尼歌劇院拱結構的完美之作摘 要：從建設澳洲悉尼歌劇院的背景出發，紹了設計師情況、建造過程，并分析了歌劇院的建筑結構，以及整體結構特點，總結歸納了對悉尼歌劇院的認識。關鍵詞：悉尼歌劇院；拱結構；拱肋結構悉尼歌劇院（Sydney Opera House），位于澳大利亞新南威爾士州的首府悉尼市貝尼朗岬角。這座綜合性的藝術中心，在現代建筑史上被認為是巨型雕塑式的典型作品，也是澳大利亞的象征性標志。悉尼歌劇院于1973年正式落成，在2007年6月28日被聯合國教科文組織列入世界文化遺產名錄。1 悉尼歌劇院建造背景1.2 建設歌劇院的起因上世紀1950年代，澳大利亞悉尼交響樂團的常任指揮和樂團總監尤金古

2、森斯( EugeneGoossens)，他注意到悉尼這座迅速繁榮和發展的城市缺少演出高雅音樂的場所，因而提議在悉尼建造一個專供交響樂團使用的音樂廳。而工黨的領袖、當時的首相J.卡希爾（J.Cahill）想藉此機會改變工黨的面貌，借助一座漂亮的音樂中心使悉尼超過它的對手墨爾本。最后兩人達成一致。1954年9月， 卡西爾總理召集會議任命了一個委員會來幫助政府建立一個歌劇院, 并最終選定在悉尼市的貝尼郎岬島角( Bennelong Point ) 作為歌劇院建設用地。1.2 悉尼歌劇院項目概況悉尼歌劇院于1959年3月在澳大利亞新南威爾士州首府悉尼市貝尼郎岬島角破土動工， 歌劇院三面環水，其西邊是H

3、arbour Bridge，南邊是市植物園與政府大廈。整個建筑花費1.2億美元與14年的時間，于1973年10月落成。劇院占地1.84公頃，總建筑面積88258平方米，坐落在距海平面19米高的花崗巖臺階上，長183米，寬118米，高67米。建筑造型猶如一組揚帆出海的船隊，也像一枚枚屹立在海難上的潔白大貝殼，為悉尼的標志。2建筑設計師情況喬恩伍重( Jorn Utzon)1918年生于丹麥，他的父親是一個擁有造船廠的很有才華的船舶建筑（naval architect）。家里的很多成員都是優秀的水手，小時候，他曾經渴望成為一個水手。18歲上中學時，他開始在父親的造船廠幫忙，畫些圖紙和制作模型，朝著

4、船舶建筑師方向訓練。但是那年暑假，他在祖父母家里遇到了兩個藝術家，建議他去學藝術，而且他的堂叔父還是皇家藝術學院的雕塑家和教授，于是他喜歡上了雕塑，但是最終他還是選擇了建筑專業，在哥本哈根的皇家藝術學院上學，不久便顯示出他在建筑設計方面的天賦。1942年他從藝術學院畢業，這時第二次世界大戰也開始了，和很多的建筑師一樣，他流亡到中立國瑞典，在斯德哥爾摩的一個事務所里工作。二戰后他去了芬蘭，在阿爾瓦阿爾托那里工作。他從上學時就很崇拜阿斯普朗德（Gunnar Asplund ）和賴特（Frank Lloyd Wright），受到他們的巨大影響。接下來的十年里，伍重開始周游世界，曾去過摩洛哥、墨西哥、

5、美國、中國、日本、印度、澳大利亞等地，訪問過梁思成先生。這個經歷成為他一生的創作源泉。回到哥本哈根后，1950年他成立了自己的事務所。1955年9月澳大利亞新南威爾士州政府宣布在全世界范圍內舉行設計競賽，征集歌劇院的方案，當年38歲的丹麥年輕建筑師喬恩伍重參加了競賽，在全世界233份建筑設計方案中，他做的殼形方案被當時的評審委員會成員艾羅薩里南( Eero Saarinen) 所欣賞并采用。然而，工程受到了來自各個方面的阻撓。有一大批人反對這一激進的設計觀念，而伍重則成了政治性權力游戲的犧牲品。盡管伍重最初的設計創意大部分都是通過模型展示出來的，仍有人抱怨說，設計與圖紙有出入。最終，這位建筑師

6、在1966年離開了悉尼，一去不返。伍重在1992年接受采訪時坦言，他并沒有放棄，而是迫于政治性的明爭暗斗，以及取消了同他簽訂的合同，從工程中退出的。未完成的內部設計工作被轉給了其他人。如今，自1973年建成以來,悉尼歌劇院已成了世界上最火爆的藝術表演中心，被公認為是20世紀最偉大建筑之一， 而他的設計師丹麥建筑師喬恩伍重， 戴上了2003年度普利茲克建筑獎的桂冠，躋身于古往今來最偉大的天才之列。2008年11月29日，偉大的丹麥建筑師喬恩伍重（Jorn Utzon）安然地在睡眠中辭世，享年90歲。3悉尼歌劇院結構體系分析3.1 悉尼歌劇院的平面布置歌劇院有一個音樂廳(2700座)，一個歌劇院(

7、1550座)，一個話劇院(550座)，一個兼放電影用的室內小劇場，一個大展覽廳,以及錄音兼排練室、餐廳及各種輔助用房( 圖1)。圖1悉尼歌劇院的各層平面布置圖3.2 歌劇院結構類型3.2.1結構方案伍重與阿魯普決定采用預制混凝土拱券來設計屋頂結構。具體說，構成歌劇院屋頂的大大小小的三角形殼片都從球的殼面割取(圖2)，使每條拱券具有相同的曲率半徑，解決施工上的模板難圖2從球面中切取曲面體，曲面體的正投影與取出后的體塊題。經過細致研究，伍重與工程師們確定球的半徑為76.3m，這些三角形的球面殼片可以劃分成許多細肋，這些肋類似于中國竹子折扇的扉骨，再用鋼繩索將他們固結成一片。同時，這些肋還可以分成小

8、段，用鋼筋混凝土在地面上預制，再吊裝拼合，組成歌劇院屋頂。3.2.2拱肋結構組合體悉尼歌劇院在外觀整體上看，有由十對殼體組成的3組白色殼狀屋頂，兩個劇院占用兩組大的殼體，另外一組小殼體為餐廳，其中歌劇廳、音樂廳與休息廳并排而立，各由四塊巨大的殼狀屋頂覆蓋，這些殼狀屋頂依次排列，前三個一個蓋著一個，面向海灣依抱，最后一個則背向海灣侍立。可以認為，單個殼體之間的組合是其屋頂的基本組成成分。與巨大的殼形屋頂相協調的是底部高達19m的基座，這為屋頂結構提供了一個有效地抗側推力的手段(圖3)。在扇形肋拱間形成的空的部位的結構組合上，采用梁板式結構體系，以拱肋的主體結構為基礎，于拱肋上搭梁，并且因交接處應

9、力的圖3頂組合示意圖集中，在結構交接處的部位梁截面較厚，從而形成了這樣的一個傳力體系，來自屋面板的壓力傳遞給梁，再傳遞給作為主體結構的拱肋，最后傳至大石座基礎(圖4、圖5)。圖4屋頂連接部位結構圖圖5頂連接部位受力分析圖3.2.3拱肋結構單體方案拱肋單體采用預制的Y形與T形截面鋼筋混凝土落地三鉸拱肋的結構方案，挺立的拱肋由大到小順序成對并列拼接呈殼狀，就位成型后用后張法施加預應力，使之形成整體， 又能防止受拉開裂。由于殼體的造型從下而上逐漸張開，肋拱的斷面從下至上分成數個Y形斷面，高大的殼頂，肋更長，段更多，張開越大，而矮小的殼頂則肋短，段少，張開小，只重復大殼的下面部分的結構( 圖6)。圖6

10、殼形外殼（實際為拱）生成透視圖3.3 歌劇院總體結構特點歌劇院總體上屬于拱的大跨度結構體系，而非表面上所顯示的殼結構體系，且這一拱結構體系有如下幾個特點:1) 小的圓脊和大的拱肋；2) 現場預制加強型鋼筋混凝土；3) 共有2194個預制鋼筋混凝土切片作為它的屋頂；4) 共使用了350km長的鋼繩索來固定這些混凝土切片；5) 歌劇院重達161100t，由深入海平面25m以下的580根混凝土橋墩支撐；6) 歌劇院屋頂自身重27230t，每一個混凝土切片自身重達15.5t，混凝土自身的重量減小了屋頂拱向外的推力，同時，屋頂由32根2.5平方米見方的混凝土柱支撐，共同抵抗側推力。4 設計理念和效果悉尼

11、歌劇院座落在悉尼港灣，三面臨水，環境開闊，以特色的建筑設計聞名于世，它的外形像三個三角形翹首于河邊，屋頂是就像一組潔白的雕塑，如同海邊礁石上巨大的貝殼，又像是一組迎風揚帆的船隊，與海灣中的片片白帆相互掩映，富有詩意，充滿浪漫的色彩，因而有“翹首遐觀的恬靜修女”之美稱，這是每一個去過悉尼歌劇院或者見過悉尼歌劇院照片的人都會有的聯想。僅從建筑師自身的角度來看，伍重的想法十分獨到，這一想法便是“第五立面”，即在滿足東、南、西、北四個立面需要漂亮的基礎上，還應當有一個從上面看下來也十分優美的“第五立面”(圖7)。于是伍重按照這一理念設計了殼形的屋頂與巨大的基座，在設計之初，伍重是考慮了屋頂的結構問題，

12、按照其原始想法，屋頂厚度當在100 mm 500mm之間，在班尼朗岬這個三面環海的狹長基地上，通過薄殼結構形成的貝殼或者帆狀的屋頂表達了建筑師對于這一基地的特殊理解與感受力，盡管后來由于結構上的原因，將殼結構改為拱體結構，但依然表達了設計將形式與結構相統一的設計理念。圖7悉尼院鳥瞰現今，悉尼歌劇院成為了澳洲的地標，每年在悉尼歌劇院舉行的表演大約3000場，約二百萬觀眾前往共襄盛舉，是全界最大的表演藝術中心之一。她不僅是悉尼藝術文化的殿堂，更是悉尼的靈魂，清晨、黃昏或星空，不論徒步緩行或出海遨游，悉尼歌劇院隨時為游客展現不同多樣的迷人風采。5 建造過程工程于1959年3月開工， 計劃分三個階段建

13、設， 第一階段是建造基座， 第二階段是建造屋頂部分，第三階段是安裝設備和內部裝修。設計和施工同時進行，在進行基礎施工和基座的施工同時，伍重和阿若普分別在哥本哈根和倫敦設計屋頂的殼體，一直都沒有找到解決的方法。阿若普開始設計的是雙層的殼體，一層承重一層是外面的造型，但是困難重重。最后的解決方案還是由伍重自己想出來的，像傳說中的那樣，1961年9月某天，在他剝桔子的時候，忽然有了靈感，那個時候他每天都在思考屋殼的問題，像他說的，“我每天就像一個雕塑家那樣工作，每天都塑造那個形狀，還做了很多的模型。它來自模型的工作，而不能來自紙面草圖，你不可能在紙上做出它來，因為在紙上是沒有生命的。”他的解決方法是

14、所有的屋面殼體都采用相同的球面曲率，從一個木頭球體模型的球面上割取出來。經過仔細計算，這個球體的直徑是76.3 米。殼體又可以分成許多條拱肋，像中國的折扇一樣，拱肋共同組成殼體。拱肋又可以分成小段，在地面預制后吊到空中拼裝。1962年3月，他帶著這個屋頂方案到了悉尼，得到批準，歷時5年的對于屋頂的各種嘗試終于有了結果。雖然如此，但是由于這是一個前所未有的挑戰，建設工作和設計工作依舊在艱難地進行著，比預想的建設周期要長很多，也比預想的造價超出很多。終于由于經濟和政治原因，悉尼的政府沒有耐心了，在經過很多次的不愉快后，1966 年2 月，伍重遞交了辭職信離開澳大利亞，從此再沒有回來過。這時剛剛完成

15、歌劇院的屋頂部分，開始進行表面瓷片的鋪裝。之后工作由三個當地的建筑師負責完成。但是他的離開，并沒有加快工程的進度，一直到七年后的1973年，歌劇院才宣布竣工。10月20日，歌劇院正式開幕。從開工到竣工總耗時15年，最終造價超過1.2億美元。6 總結悉尼歌劇院是一座帶著假面的建筑，它擁有殼形的外表皮，內在的拱結構。建筑方案設計經歷了從最初優美的殼形但卻無法實現的結構到經過幾年艱辛的探索最終采用拱結構來表達建筑師的設計理念的過程，其過程之艱辛讓我明白了計劃與現實的落差，但是只要堅持不懈，所有困難的事都會像建造悉尼歌劇院一樣，最終都將得到滿意的答案。同時，在查閱了悉尼歌劇院的照片之后，令我深深震撼的是她散發出的藝術氣息，無論線條、曲面、造型，還是在不同場景映襯下的悉尼歌劇院都顯得分外宏偉壯麗，她是人類在探索新型空間結構及施工方式的道路上，一個美麗的里程碑！參考文獻 1 孫鳳岐. 悉尼歌劇院20世紀偉大又浪漫的