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蜿蜒起伏的螺旋状贝壳结构--岛城中央公园的核心设施


岛城中央公园的核心设施模型。屋顶上开的大口子是用来向建筑物内采光的顶窗。房上经过绿化后,将建成一条可供人们步行的人行道(摄影:后藤 光一) 一个长约190m、最大宽度约50m的呈螺旋状建筑物横亘在人们的面前。利用两处葫芦腰使表里形成转换,整体上则属于一个内外相连的空间。蜿蜒起伏的建筑主体是一个由厚40cm钢筋混凝土建成的贝壳结构。这座建筑是作为岛城中央公园的核心设施由福冈市政府在博多湾建造的人工岛上建设的。2004年2月开工。

  佐佐木睦朗结构规划研究所按照伊东丰雄建筑设计事务所绘制的造型,进行了结构设计。使用了逆向分析的设计手法。

  佐佐木睦朗解释说,"假如将正常的分析定义为首先赋于形(坐标),再对应力和变形进行分析,那么逆向分析就是指将形设置为未知量,然后根据力学原理逐渐确定一个最佳形状的设计方法"。

  这种设计方法的前提条件是,即便是具有自由曲面的非线形贝壳结构,从某个局部来讲也能将其看作线形结构。利用基于有限元法(finite element method)的结构分析,对由大约2500个节点组成的贝壳结构中当一个节点发生变化时,整个结构体的应变能量将会如何变化进行了定量分析。设计过程中,使用修正参数,反复进行上述作业,不断改变结构体的形状,直到整个结构体的应变能量处于稳定状态为止。

  佐佐木表示,"一般来说,弯曲较小的轴向载荷型结构形状其应力传导效率最高时,整个结构体的应变能量最小。如果能做到这一点,就能用最小的材料高效地建造空间结构。从而实现形状自由、且具有严格力学依据的构造"。

  在这座公园设施中,对于伊东事务所绘制的原始形状,利用了厚40cm的钢筋混凝土屋顶形状,以便减小因垂直载荷(1.5t/m2)导致的变形量。从原始形状开始经过45个步骤才确定了最终的形状。垂直方向的最大位移,原始形状为11.1cm,最终形状则减小到2.81cm。

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