1、“力與形的完美結合”空間樹狀柱結構并不是所有的結構柱都是單枝、筆直的，比如說樹形柱。 樹形柱又稱樹狀柱、分叉柱，有人把它歸為建筑仿生結構的 范疇，有人說它是結構構件的拓撲演化。高迪在圣家族大教堂(Sagrada Familia)的設計中大量使用 了樹狀柱。柱子多次分生出枝叉，支撐著高低錯落的拱頂， 托起教堂內(nèi)部巨大的空間。圣家族大教堂：樹形柱仿生結構樹形柱將荷載傳遞由一點變?yōu)槎帱c，提供了更多的傳力路徑, 支承覆蓋范圍大。它通過樹杈分支減小屋蓋結構的跨度，用 較小的桿件即能支承更大的空間。我們今天就來介紹一下， 樹形柱的特點和工程應用案例，供大家參考。(以下案例的次序 按樹形柱分枝多少出場)Fo

2、rt Worth現(xiàn) 代藝術館有兩個分支的Y形柱，是最簡單的樹狀柱。Fort Worth現(xiàn)代藝術館采用了清水混凝土 Y形柱構件，有助于減 小屋面結構的跨度。直立的Y形清水構件、輕薄的混凝土屋 面平板形成簡潔大方的建筑效果Fort Worth現(xiàn)代藝術館建筑 設計TAAA，結構設計TT上海浦東機場T2航站樓上海浦東機場T2航站樓采用Y形 斜柱支承的張弦梁屋蓋結構，創(chuàng)造出輕盈、活潑的超大空間。 航站樓大廳采用兩級分叉柱，室外挑檐采用Y形斜柱，鋼結 構構件和節(jié)點細節(jié)都十分考究。上海浦東機場T2航站樓， 兩級分叉的樹形柱結構華東建筑設計總院Y形斜柱支承的屋蓋挑檐與登機橋桁架一起，呈現(xiàn)出簡潔的 效果一般來說

3、，樹形柱的末端與屋面結構之間采用鉸接連 接。這主要是基于兩點考慮：1)方便實際施工過程的安裝； 2)由于樹枝的末端截面一般非常纖細，鉸接連接可以避免 屋面梁的彎矩直接傳遞給樹枝端、產(chǎn)生破壞。浦東機場T2 航站樓，Y形柱頂采用萬向鉸節(jié)點樹形柱分枝構件通常非常 纖細，其整體穩(wěn)定問題需要設計重點關注。一般需進行彈性 屈曲分析來判定其計算長度系數(shù)，用于彈性設計；并根據(jù)考 慮非線性的彈塑性分析驗算其極限承載能力。N倍荷載時， Y形柱的失穩(wěn)模式和塑性應變南京祿口機場2號航站樓，華 東建筑設計總院馬德里機場T4航站樓由建筑師安東尼奧拉梅拉(Antonio Lamela )和理查德羅杰斯(Richard Ro

4、gers )設計的馬德 里機場T4航站樓，在2006年榮獲英國皇家建筑師協(xié)會所頒 發(fā)的R舊A Striling Prize獎。顏色鮮艷的Y形柱是航站樓最 主要的元素之一。馬德里機場T4航站樓航站樓內(nèi)部顏色漸 變的Y形柱樹干為混凝土斜柱，分叉構件為鋼管室外纖細的 Y形柱，柱頂鋼桿對拉平衡一般情況，樹形柱的分枝拓撲原 則，需盡量避免分枝對主干產(chǎn)生偏心彎矩。當分枝與主干在 二維共面時，盡量形成力的平行四邊形；當分枝在三維空間 展開時，需使分枝的軸力盡量匯交到主干的軸線上。桿件匯交節(jié)點的受力大且復雜，一般采用板件補強、勁板加 強的相貫焊接節(jié)點，或者鑄鋼節(jié)點。巴特洪堡人行天橋巴特 洪堡人行天橋的長度為7

5、6m，最大跨度為46m。設計的最大 亮點，是用高15m的分叉柱實現(xiàn)斜拉橋結構。均勻分布的樹 狀分枝，能夠確保樹柱只承受軸壓力。巴特洪堡人行天橋， 設計SBP這個樹形柱的材料非常特別。為了實現(xiàn)連接節(jié)點 處復雜的幾何造型以及平滑過渡，需要采用能夠三維成型的 材料。下圖節(jié)點照片看起來像是鑄鋼，實際上它是一種花崗 巖（輝長巖）。分叉節(jié)點：材料為輝長巖為了確保在風力和偶 然荷載下桅桿中也不會出現(xiàn)拉力，在巖塊內(nèi)設置了預應力鋼 筋使構件預壓。Boehringer Ingelheim餐廳餐廳美食廣場極具建筑效果的是， 6根形態(tài)自由的、清水混凝土預制的樹狀柱。樹狀柱支承著 混凝土無梁樓蓋形式的屋頂，以及直徑8.

6、5m的圓形玻璃天 窗。德國BoehringerIngelheim公司餐廳建筑設計BM+P， 結構設計SBP,2008相較于其它“分杈”的樹形結構，這里將 分杈設計成葉處形。葉片表面形狀不是標準的圓錐面，而是 用膜結構找形原理優(yōu)化而得的。樹形柱主干與葉片組裝現(xiàn)場 樹形柱的主干和分枝均采用自密實的混凝土預制而成，并在 現(xiàn)場通過澆筑節(jié)點成為一個整體。Lee Hall Clemson大學當樹形柱的分叉點比較高、分叉角度 比較大時，分枝傳遞豎向荷載同時產(chǎn)生的水平分力很大，柱 頂需要拉桿平衡。這時分枝更趨近是屋面結構的一部分，而 樹形柱的受力狀態(tài)則像是傘狀結構。Lee Hall Clemson大學采用類似

7、扁平樹形柱的還有TEXACO加油站TEXACO加油站樹形柱結構超過4個分枝 的樹狀柱，一般會采用更貼近自然的仿生結構的手法，以免 給人雜亂的感覺。堡尚茨利戶外餐廳堡尚茨利戶外餐廳是卡拉特拉瓦在1988 年設計的一個小規(guī)模項目。用鋼材和玻璃模擬的樹狀結構， 成為他后期作品的一個重要元素。結構總高12m，由4棵纖細的樹狀分叉柱支承。每棵柱頂有 4片自動控制、可折疊的玻璃方格，通過8條鉸鏈連接，根 據(jù)天氣情況控制折疊或開啟。堡尚茨利戶外餐廳（模型），1988 年纖細的樹狀柱和可折疊屋面森林禮拜堂/ForestChapel森林禮拜堂是一座規(guī)模很小的教 堂，在樹木環(huán)繞的公園中。建筑師將花園中的樹木作為設

8、計 主題，樹形柱既是支承結構，也是建筑表現(xiàn)的一種元素。森 林禮拜堂，Hironaka Ogawa & Associates, 2011 每棵 樹形柱都是由90 x90 x7mm和75x75x6mm的兩種L形角鐵 組裝成的，樹干部分呈十字形，向上分叉伸展成柔和的曲線 形“樹枝”。像大自然中的樹木一樣，樹形柱彼此之間保持著一定的距離。伸展的樹枝減小了梁的跨度，托起輕薄的屋面?？此茝碗s、 隨機的樹形柱，實際上是由統(tǒng)一的基本單元旋轉布置而成的。建筑創(chuàng)造出豐富造型的同時，也有效地控制了建筑成本。法 國Margaux酒莊法國Margaux酒莊建筑外形簡煉，重新詮 釋著鄉(xiāng)村的瓦片屋頂，與既有的工業(yè)建筑相和諧

9、。新建的傾 斜屋頂由樹形承重柱支撐，安裝玻璃窗作為采光井。法國 Margaux 酒莊，F(xiàn)oster + Partners，2015.柱子分叉與 屋蓋結構形成了空間整體作用，這使得樹杈構件的截面能夠 更加纖細，同時有利于提高結構抗側剛度。建筑師們精心 地設計了樹形柱的形態(tài)，每根柱有5個不對稱的分枝。樹干 部分為焊接的閉口截面，而在分叉點十分自然地過渡為H形 分枝構件，受力合理、形式新穎，細節(jié)處理簡潔美觀。樹 形柱的分叉節(jié)點，焊接形式 德國斯圖加特機場T3候機樓斯圖加特機場T3候機樓，采用 了大型的樹狀支撐結構體系。屋面被設計為單坡斜面，以便 采用相同的樹形柱結構支撐（18根樹形柱僅變化樹干部分的

10、 斯圖加特機場T3候機樓建筑GMP,結構SBP,2000-2004年 樹形柱呈三級分叉，橫向分枝深遠。每棵樹形柱分出48個 端支點（4x3x4），支承屋面格柵梁和屋面板。樹形柱的第2、3級分枝處采用鑄鋼節(jié)點（共16個）。仰視樹形柱的分枝拓撲 關系加拿大BCE宮加拿大BCE宮Allen Lambert長廊，屋頂使 用了拱結構和“羽毛”系桿，構造波浪狀的屋頂。支承結構是 兩列高聳的樹狀柱，使得長長的柱廊像“林蔭大道”一般。 Allen Lambert 長廊，1987-1992 年 Allen Lambert 長廊， 纖細的構件和節(jié)點處理里斯本東方車站里斯本東方火車站，樹狀柱，1993-1998年還有一些樹形 柱案例，限于篇幅無法一一介紹，僅羅列出來供大家欣賞。 Haramain高速鐵路車站，建筑設計Foster+Partners樹干為 板肋形式，并由此向上分枝分枝構件與屋面梁融合成整體 Medina Airpo