GermanPavilionFreiOtto，EXPO67，Montreal13建筑學2班鄧逸凡

姜林成

劉祺

唐谷雨

許軒儀

作品簡介建筑名稱：1967蒙特利爾世博會德國館建筑師：Freiotto（建筑設計）

RolfGutbrod（建筑設計）所在地：加拿大，蒙特利爾

建筑類型：展覽館建筑建造年份：1966-1967（工期僅6周）占地面積：7730平方米薄膜張開面積：9500平方米建筑獲獎：奧古斯都佩雷獎作品簡介結構類型：索膜結構建筑材質：地基［混凝土體積350m3、預應力鋼7t、鋼筋20t］桅桿［德標37號鋼（低碳鋼C0.17-0.20Mn<1.4P/S<0.045）80t］薄膜［高分子聚合材料薄膜PVC頂層]索網［鋼］建筑耗資：4520000德國馬克FreiOtto（1925-2015）德國建筑師、工程師1943，德國空軍飛行員，參與第二次世界大戰1945－1947，淪為戰俘，獄中建筑師1948，進入柏林工業大學學習建筑1952，于柏林成立事務所1964，成立斯圖加特大學輕型結構學院1967，蒙特利爾世博會德國館1972，慕尼黑奧運會場館2015，獲普利茲克建筑獎

“戰火中燃燒的城市是一門慘痛的導論課”建筑設計特點FreiOtto認為一切笨重、堅固和固結于地面的建筑是日耳曼人對本國的一種感傷情緒的體現,是納粹主義對血統和土地崇拜情結的體現。他抵制這種建筑,終生用輕型建筑來體現對野蠻建筑的反對。1967年蒙特利爾世博會的德國館占地7730平方米，8根鋼鐵的桅桿（14m－38m）和12mm、54mm直徑鋼纜結成的索網支撐起半透明的白色滌綸帳篷。建筑特色分析

蒙特利爾世博會地域跨度為400公頃，為了解決蒙特利爾市和圣海倫娜群島、諾特丹姆島之間的交通運輸，主辦方不僅建造了四通八達的高架道路和軌大橋，還在島內建造了世博捷運快車，再加上多個游船碼頭1967世博會建筑總平及建筑概況建筑特色分析

德國世博館1967世博會建筑總平及建筑概況建筑特色分析

1967世博會建筑總平及建筑概況建筑臨水邊，利用豐富的地形以及輕盈的結構，形成了極具特色的形態和空間。建筑特色分析鳥瞰局部局部局部局部1967世博會建筑總平及建筑概況建筑特色分析鳥瞰局部局部局部局部1967世博會建筑總平及建筑概況建筑特色分析地下半層平面圖一層平面圖二層平面圖建筑特色分析建筑特色分析建筑特色分析

“所有的物體都是結構。”結構設計概念FreiOtto注重從自然中尋求靈感，而不是技術體系本身入手。建筑技術的目的是為了更好的表達自然。自然不應該被簡單的復制，而是通過技術進步被更好的理解。他認為生物學知識對于建筑學的意義,可以從生物界內部空間結構加以探尋,達到利用盡可能少的建筑材料通過圍繞覆蓋來形成空間的目的。1950年，FreiOtto開始進行帳篷式建筑的研究，總結出“最小面積”——一個閉合框內用最小覆蓋面積形成的馬鞍形彎曲形體的面積，此時帳篷膜在所有方向受力均等。該形式遵從自然規律，形式結構是一體的。結構設計概念皂膜實驗——研究帳篷式建筑的一種理想模式：將圍合框架浸入肥皂泡中再取出，會在框內形成十分薄的薄膜，這種膜的面積總是最小的，且各處的表面壓力相同。FreiOtto所在的輕型結構事務所為此研制了一種“肥皂泡試驗裝置”，便于幾何分析和測量這些肥皂泡模型。結構設計概念當皂膜表面上所有的點都具有符號相反的曲率，就稱該皂膜為互反的，皂膜各點兩個主方向的曲率半徑也處在同一量級，所形成的皂膜能夠處于各點各向預應力相同且預應力保持常量不變狀態。此時的皂膜是包含空間曲線圈的面積最小的曲面。符號相反的曲率結構設計概念Otto用他的試驗裝置研究了不同種類的帳篷形式：帆行、尖頂式、拱形、凸起式、波浪式......然而初期，由于蒙布受力要求的限制，這類結構多用在跨度較小的中小型展覽以及歌舞表演建筑。結構設計概念膜結構的形式很大程度上取決于它的邊緣形式及高低點分布情況，這些因素的確定必須確保帳膜能夠產生足夠大的曲率，并且膜應力能夠順利傳遞。膜材必須安裝到直線型邊緣上，同時在設置邊索或者圈帶來確保膜材在邊緣部分承受連續平穩的外力。膜材不能采用單點支撐，否則將產生強力的應力集中，支點像針一樣刺穿膜材。結構設計概念尖頂帳篷在膜平面內僅僅由一根桅桿支撐，由于對膜材不可能單點受力，所以讓膜材應力聚集到指定的線上并沿著該線傳遞到桅桿頂部——一般通過設置脊索、谷索、索圈（“索眼”）或幾個“索眼”實現。索圈——其做法是從在皂膜試驗中使用細線而逐步發展出來的，其形狀是一條常曲率空間曲線。Otto以這一方式解決了了上述問題。在真實建筑中面荷載通過線的形式吸收，從邊緣到中心，并傳遞到節點支撐處（桅桿、錨固點）。結構設計概念索網結構本質上，索網結構與膜結構有著相同的受力機理，而鋼索的存在可以形成更大跨度的結構。各種形式的帳篷結構可以通過索網代替膜材料來實現。與膜結構不同的是，索網結構無需做成特定的形式以滿足曲面互反的要求，當加工好的索網結構被張拉成鞍形曲面時，索網中的方形或矩形網格將變成菱形。假如索之間的角度可以改變的話，索網結構可以變成任意由正則曲線構成的曲面形狀，所以，索網結構在邊緣處的構件必須固定。

蒙特利爾德國世博館

結構應用結構起源該結構的原型來自洛桑的預制繩網。創新：使用了薄膜和線網的結合，采用棉織夾帶用鋼線編織大面積的線網的薄膜，提高薄膜的強度以覆蓋更大的面積同時保證防水。缺陷:1.在天氣變化的情況下，兩種不同的材料有著不同的收縮比率。2.由于制造技術原因，被PVC材料所包裹的8mm鋼線被簡單地縫合到薄膜上去，雖然是在拉緊狀態下被縫上去的，但是仍有一些獨立表面垂落在繩網上。在蒙特利爾德國館中實現了

對它的優化。結構特點德國館第一次創造性地大規模成功應用了支撐膜結構技術——帳篷的放大——實現展館內完整的大空間。德國館是用高強度的金屬索與用高分子聚合材料做成的薄膜一起組合起來的具有足夠大的空間的建筑。這種結構的特點是結構非常簡潔，便于組裝和拆卸，與傳統結構比起來有相對低廉的造價。它的屋面用特種柔性化學材料敷貼，呈半透明狀。由鑄鋼的金屬絲制成的12mm厚的輕微地絞合在一起的鍍鋅繩索有著100KN的抗拉強度。這些42000m的繩索用交口夾連接起來，組成了一個大約為10000平方米的規則網，索網有著規則的50cm見方的網孔，在地面上網條用絲扣接口的方式被螺絲旋緊在一起，形成大型的連貫型的網。背脊處和邊緣處的繩索是54mm厚。在內部有著高度超靜定的交換系統，在其中變形會影響力的改變，對整個裝載承重系統進行線性計算是不可能的。建筑結構形式語言與建筑空間特點完整大空間建筑結構形式語言與建筑空間特點展覽面積活潑和諧建筑結構形式語言與建筑空間特點展覽面積活潑和諧建筑結構形式語言與建筑空間特點“輕盈”（Otto的定義）——一個相對的定義弗雷?奧托對長細比的定義，某個力傳遞的距離s和力F的本身大小：結構的相對長細比λ=s/√F從廣義角度上來說，Tra表示的是物體傳遞荷載的能力。力和位移的乘積是一個標量，所以Tra與方向無關:Tra=F?s不論是參數λ還是Tra都沒有反映輕型建筑的另一個重要的參數指標——結構的質量m。因此，還需要定義另外一個參數。弗雷?奧托用字母組合的方式命名為B-I-C:Bic=m/Tra“Bic反映的是一個物理量。如果Bic值較小，就說明該結構相對較‘輕’。而一個較小的Bic值是輕型建筑的基本特征。”建筑結構層級分解及類型膜索網柱建筑結構層級分解及類型柱承受壓力，將整體的力傳導至地面。同時，也將索網支撐起來，于主索內施加預應力。建筑結構層級分解及類型索網整個結構體系的重點。內力均布，且內部施加有預應力。建筑結構層級分解及類型索網索網內部有3個低位錨固點，周邊設有31個錨固點建筑結構層級分解及類型索網并設有三條脊索（主索）建筑結構層級分解及類型錨固基礎通過混凝土卡位將拉索錨固在地面為預應力的施加與維持提供錨固點建筑結構層級分解及類型膜（膜、天窗）——在此建筑內不起受力作用僅懸掛于索網之下，創造特色的內部空間，為內部空間提供遮蔽。建筑結構層級分解及類型水平柱頭（掛索點間夾角為180度）建筑結構層級分解及類型水平小柱頭（掛索點間夾角為180度）——用于一些較矮柱子頂端建筑結構層級分解及類型夾角柱頭（掛索點間呈一定角度）——角度形成是因為索眼，以滿足維持一個足夠良好的空間形式，需要調整索的夾角。建筑結構層級分解及類型柱腳根據視頻中的圖像，推斷柱腳為剛性連接而非鉸接。主體結構整體受力索網與柱主體結構整體受力受力：索網搭在柱上，和柱與地面有連接，將力傳到柱，再經由柱傳遞至地面。網——地面／柱——地面在預應力施加的情況下，桅桿與地面形成了一定的夾角，是為了在保證空間大跨度優勢的情況下，盡可能使受力桿大部分承受軸向力。索網上，每根索受力相等，應力平均，且施加荷載以前僅受軸向拉力主體結構整體受力外圍繩索以及內部低點的負載繩索被固定在事先準備好的向后錨固在巖石地面的混凝土模塊基礎上。索網的外圍繩索以及內部低點的負載繩索被固定在事先準備好的向后錨固在巖石地面的混凝土模塊基礎上。桅桿靠水壓力來上升，這使整個結構進入到預先計劃好的預應力狀態。通過預應力使其成為一個具有足夠剛度的承載結構。特殊結構問題索眼受力于索的邊緣，向外拉扯。索眼中的網面在整體受力上并不起作用，但可以保證在各種應力作用下索圈變形不大。特殊結構問題索眼高脊處的繩索和繩圈被稱之為“索眼”，這是因為他們的形狀，將負載力從巨大的繩網向柱端傳遞著，這樣的“索眼”一共有8個通過設置索眼剔除單點支撐帶來的集中應力，從而使膜材應力聚集到指定線上，并沿該線傳遞到桅桿頂部。特殊結構問題索眼索眼受力膜面受力四葉草構件將整個膜均勻懸掛在索網體系上，令膜與索網受力均等，最大程度上分布其應力特殊結構問題落地索眼分散應力，使之均勻分布于索圈上特殊結構問題落地索眼

單個帳篷時，其索網結構較為簡單，預應力施加方式簡潔。當多個帳篷組合時，帳篷邊緣交匯處形成懸掛結構，無法維持自身剛度強度，且無法施加預應力。為了施加預應力，于形成懸掛結構的位置下沉，形成地面支撐點，為避免單點支撐帶來的應力集中，設置落地索眼，從而保證自身剛度強度并得以施加預應力。建造特色與建造過程制作小模型找形因為對整個裝載稱重系統里進行線性計算是不可能的，因此，費里茲里昂哈特不得不限制這項研究對每個單獨結構單元的最大受力的大小的限制。但是一個繩網結構有一個優勢，所有的受力能夠在一個模型內被研究而且可以保持不變的測量出來，同時可以在建造體內被監控。建造特色與建造過程立柱上網在康士坦茨的斯特羅姆耶公司制造了一條寬為9.5m，并將其卷起寄至蒙特利爾。在這里，在地面上網條用絲扣接口的方式被螺絲旋緊在一起，形成大型的連貫型的網。此后這個網被升高掛在了最高37m的8個不同高度的桅桿上，外圍繩索以及內部低點的負載繩索被固定在事先準備好的向后錨固在巖石地面的混凝土模塊基礎上。桅桿靠水壓力來上升，這使整個結構進入到預先計劃好的預應力狀態。建造特色與建造過程預制建造前，于康斯坦茨的斯特羅姆耶公司制造了一條將由12mm厚的絞合的鍍鋅繩索用交口夾連接起來，形成擁有50cmX50cm規則網孔，

寬為9.5m，大達約10000㎡的規則網。并將其卷起寄至蒙特利爾。該公司亦制作了透明的，有聚酯細絲構成的有著防火效果的表層編織成1.5m寬的橫條，以色彩涂料，PVC和其他的化學物質從兩個方面保護著織物。此外，頂部的特殊密封劑防止了其迅速變臟，并且保持了材料中的柔軟劑成分。根據模型中的切花圖案，將薄膜橫幅裁剪成24個獨立的區域，一同郵寄過去。薄膜帳篷展開圖（第一部分）建造特色與建造過程調整網面（20%邊索繩夾有調整）因為無法對整個體系進行線性計算，于懸掛之前只能對網面情況進行預測。故而立柱升網之后，為制造一個事先計算過的有著平均張力的省網，精細的調整開始了，20%的外圍繩索的夾子不得不作輕微的移動。建造特色與建造過程上膜一旦承載受力的結構站立了起來，為帳篷特殊制造的構造空間感的隔膜就可以在下方懸掛起來。這些隔膜的組成部分被高升到由繩索、滑輪、發動機和絞盤共同組成的網之下30cm的高度，成千的四葉草形跳躍而出的光盤將它們固定在繩網上，并且把他們相互連接在一起，同時，還將他們和外圍的繩索連接在一起。建筑所擁有的8個“索眼”在繩圈內被他們自身的細小網所閉合著。在連接在一起形成頂棚的巨大的窗戶的繩索之下15cm處，面積為0.5m2的透明PVC薄片隔膜替代了隔膜。節點構造

地面錨固點節點構造張拉錨固事先準備好的向后錨固在巖石地面的混凝土模塊基礎上，以此來固定外圍繩索以及內部低點負載繩索。節點構造張拉錨固雙索T型低位錨固設置于邊索與邊索相交處，將兩條鋼索同時錨固在地面節點構造張拉錨固雙索T型高位錨固設置于邊索與邊索相交處，將兩條鋼索同時錨固在高于地面的位置，從而滿足空間的需求節點構造張拉錨固四索低位錨固設置于兩條邊索以及圍合索眼的兩條鋼索相交處，將四條鋼索錨固于一起節點構造

交口夾地面錨固點節點構造由鑄鋼的金屬絲制成的12mm厚的輕微地絞合在一起的鍍鋅繩索有著100KN的抗拉強度這些42000m的繩索用交口夾連接起來，組成了一個網格為50cm

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50cm，大約為10000平方米的規則網螺栓交口夾構件交口夾構件交口夾構件螺母節點構造

交口夾邊索地面錨固點背脊處和邊緣處的繩索是54mm厚邊緣及高低點的分布情況是確保膜能夠產生足夠大的曲率的重要因素。為保證應力順利傳遞，同時再設置邊索或