黄艾娇:同济大礼堂的大跨网壳结构
(2016-01-23 18:40:28)
标签:
同济大礼堂 |
分类: 建筑文化与历史建筑保护 |
“在我生活的那个时代,国家没有大规模建设,机遇难逢。我所能做的就是不断钻研进步,在机遇来到面前时,能倾尽全力抓住它,做成做好这一件事。接手大礼堂对我来说就是人生一大机遇。”
在同济大学这么多的校园建筑中,由我主持设计的大礼堂的结构造型算是较为特别的,称得上是一项创新性成果。它净跨40米的拱形网架结构被誉为当时同种形式的亚洲之最,在国内外结构领域都曾引起过积极反响。而今,近半世纪风雨剥蚀,其风姿神韵仍在。
曾有为数不少的人好奇地向我询问:上世纪五六十年代,科研条件十分有限,这一新颖的结构形式是如何构想出来,并变为现实的?这里,我愿意将作品诞生背后自己所亲身经历的这个完整过程与大家分享。
让时光倒流到46年前。那是1959年,我所在的建筑设计院第一设计室接到了重要任务,学校要在校园中轴线的另一端建造可供3000名学生用膳的饭厅兼礼堂。当时,黄家骅是一室的建筑主任,我是结构主任,时年39岁。
不久,一室建筑小组提出的长方形建筑平面方案顺利通过。一般来说,建筑方案一旦确定,结构方案也要马上配套。在我印象中,当时一共考虑了五、六种结构方案,包括钢筋混凝土双铰拱、双曲扁壳、多波圆柱长薄壳、圆柱短薄壳以及联方网架等。设计院吴景祥院长、黄家骅主任和庄秉权老教授对此都十分关心,大家从耗材量、视觉效果、施工难度、工期长短等多方面对这些方案进行反复对比,最后意见集中在装配整体式钢筋混凝土网架结构上,认为它既经济又美观,结构外露、轻巧、爽亮。
“如何布置网架”,是横在我们结构小组面前的第一道难关。当时,钢网架结构好像是建工部推荐结构改革的五种新型结构之一,才刚刚起步,加上钢筋混凝土的网架结构在国内似乎还没有一个建设先例,对于我来说也是头一次接触,记得那个时候自己的精神负担很重。
就在我冥思苦想之际,“柳暗花明又一村”,我突然联想到了短薄壳结构。对,可以模拟短薄壳受力情况来布置网架,困扰心头的大难题一下子豁然开朗。这种于瞬间闪现的灵感火花,有如南宋词人辛弃疾所描述的“众里寻他千百度,蓦然回首,那人却在,灯火阑珊处”。就这样,受了短薄壳的启发,我决定采取对连续结构进行离散化的方式,使它们成为网架结构。
如何对布置好的结构进行计算,是我们紧接着要攻克的又一拦路虎。我又拿起纸笔,陷入了新的思考。当时,没有电子计算机,有限元法尚未传到国内,手头可供计算的工具仅有两台老式手摇计算机。面对这样复杂的结构,一般只能采取近似计算方法来解决设计问题。问题是,如何才能使用比较科学正确的近似方法进行计算呢?
要想完成近似计算,必须首先要对结构的受力情况和传力路线及其形态作出大致准确的判断。对结构传力的概念是否清晰准确,是决定这一步成败与否的关键。这,考验着一名结构工程师的素质。经过反复思量,我考虑到整个屋面结构的自身重量是主要荷载,而且分布比较均匀,再从整个网架结构的布置方式来看,可以认为结构的传力形态基本上是单向而均匀的。于是,我们决定选取一条标准的网格带进行近似计算。
这样简化计算看似简单,实则不然。由于网片高仅45厘米,宽15厘米,而建筑物跨度40米,高跨之比为1/90,属柔性结构,这就增加了计算的繁复性,必须按非线性理论计算分析。除此之外,还要考虑两个三角架之间X形边梁的卸荷问题以及在结构设计计算中所必须考虑的各种问题,计算任务十分艰巨。我和刚毕业不久的周利吉同学,花了整整半年时间用手摇计算机得出了一大堆数据。
紧接着开始画施工图,图纸出来时,距最初方案设计只有9个月时间。1960年大礼堂破土动工。
令我终身难忘的是承担施工任务的工人师傅们。当时礼堂前面的一大片开阔的场地上,铺满了一块块钢筋混凝土预制网片。由于没有好的起重设备,这么多的网片,只能由师傅们两人一组,一前一后用竹杠绳子一步步抬到礼堂周围施工现场,再用最原始的方法将它们吊到屋顶。
紧接着,他们还要按照满堂脚手架模板上的网格样子,将网片一块接一块地拼装。此前,这些模板上已由经验丰富的放样师傅,根据施工图纸,用黑线标记好网格中心线的位置。工人师傅们按照这些事先标注好的位置将网片一块块摆放在模板上,然后再在网片的连接点上用混凝土进行现场浇灌。难度之大可以想见!每次置身在大礼堂,我就会很自然地想起这些师傅们,当年的施工场景历历如在眼前浮现。
第二年结构部分完成,开始成为校园里又一道优美的风景,引人注目,让人流连。这一作品是建筑、结构、施工等各方面共同合作的心血结晶,缺少哪一方的贡献都不可能实现。
在我的书柜里,一直珍藏着一本纸页早已发黄的1960年第3期的《同济大学学报》工程结构专辑,这本期刊的头三篇文章分别介绍了大礼堂工程设计、计算、试验等方面情况。在满眼数字、方程的第二篇文章中,仅记载大礼堂结构计算过程和结果的内容就长达10多页。可见当时计算任务有多么繁重!
与这本专辑存放一处的还有一册4页纸的泛黄单印本,那是西班牙国际壳体结构协会第16期通讯上刊登的“同济大学学生饭厅的设计与施工”英文稿。那是1963年,我接到了经由北京图书馆转来的国际壳体结构协会的约稿函,原来该协会看到了1962年9月《建筑学报》上登载的“同济大学学生饭厅的设计与施工”一文及封底刊出的照片后,表示出极大兴趣而专门来约稿的,这也是意外的收获。
1999年10月,大礼堂获“新中国50年上海经典建筑”提名奖消息传来,我不禁心潮起伏,这完全出乎意料之外。远隔40年后,这一规模不大的建筑能获此荣誉,回想起参与设计的一位位同事、同学们,如今在同济大概仅剩下我这位耄耋之人。物虽在人却去,我心中充满感伤怀旧的情结,那么多并肩战斗、挥洒汗水的难忘日子,犹在眼前!大礼堂诞生在那样的年月,它是一个集体的智慧、激情、战斗力的最好见证!
(注:大礼堂设计上不仅在结构、立面表现出它的先进性和科学性,同时表现在建筑功能和形式结合上的统一性,它的体量和容量庞大,但视觉、感觉上却很轻盈,是同济建筑风格在校园建筑的继续和发展,还被列为上海市第四批优秀历史建筑。)
后记:
在保留原有设计精华“装配整体式钢筋混凝土拱形网壳结构”的前提下,大礼堂经过一年多的保护性改造,青春光彩重现。2007年1月5日,一台新年交响音乐会在此成功举办,拉开了同济百年校庆系列活动的序幕。
1月10号的午后,冬阳煦暖,校庆办公室的倪颖等同志特地来到我家,用车将我接到大礼堂参观。拄着拐杖在礼堂内外缓步徐行,看着眼前原本已届中年的大礼堂如今又焕发出了年轻人的朝气和风采,我按捺不住内心的激动之情,连声为它叫好。
此时,我又一次想起了当时辛苦施工的工人师傅们。若是没有他们那个时候的倾力付出,何以能有这部创新作品的诞生呢?
一栋建筑,可以重新拥有第二次青春,可是我们人呢,曾有的青春韶光能再回来吗?我为作品的重获新生而高兴,也为自己一去不复返的青春而感慨。
新闻中心 黄艾娇