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[分享]中小尺度梁的N中打开方式，你都知道吗？
来源：iStructure
一提起梁，大家的第一印象或许和小编一样，就是一条直线，A到B的过程，从祖先的一根过河独木，到现在的跨海大桥，AB之间的距离越来越大，工程师的一生，或许就是和跨（wan）越(ju)纠缠的一生。
总的来说，跨越有两种方法，第一种就是依靠结构的形态去承载，上凸形成压力结构，下凹形成拉力结构，好比我们做平板支撑时，你的身体就是一根简支梁，当你怀疑人生时不妨弓弓背或者索性肚皮贴地，此时你便轻松许多。
▲ 形态承载
但很多时候，空间、支座条件的限制以及教练的眼神让我们只能平直的死撑，这时候，对于一根梁来说，下部拉伸，上部压缩，中部不怎么拉压偷懒的材料只会增加结构的负担，不要也罢。
▲梁的弯曲变形（下拉上压）
所以跨度越大，越需要把材料集中在外侧，中间掏空形成桁架、张弦梁等拉压组合结构。
▲空间结构（通过拉压抗弯）
对于中小尺度，为实现跨越，一般采用增加截面高度，改变截面形式的方法，其操作空间相对更大，同时带来不同的空间体验。下面小编尝试按照不同材料的逻辑和大家简单聊聊中小尺度（约20m以内）下梁形式的一些可能变化。
混凝土梁
对于平面比较规整的建筑，可采用预制混凝土梁，细节的处理也会让人眼前一亮，东京工业大学生命科学研究院就是小编比较喜欢的一个例子，整个楼为清水混凝土构造。
▲东工大生命科学研究院
次梁采用预制T型简支梁，两肋组成一个单元，端部局部放坡增加截面的抗剪能力，与主框架梁脱开营造了一种天然吊顶的既视感。
▲预制T形梁
▲角部精致处理
学校内图书馆地下为书库和阅览室，采用预制装配式混凝土梁板，梁高800mm，实现了阅览室的大空间。
▲预制装配式混凝土梁板吊装
预制梁截面呈特殊的S形状，开槽与设备管线、照明相结合，实现了室内无吊顶的简洁效果。
▲预制S形混凝土梁的室内效果
所以对于人工费比较高又想追求一些建筑效果的，预制次结构是个不错的选择。但有时候业主有钱任性，怎么贵怎么酷炫怎么来，比如下面这个豪宅。
▲Hemeroscopium House
Hemeroscopium house坐落于马德里，住宅建筑面积400平，于2008年完工，工期仅有7天，主要构件均工厂预制现场组装。
▲工厂制作V形柱
作为住宅，Hemeroscopium House构件尺度相当大（高度约2.5m~3m），从而将层高消化在梁高范围内，除V型柱和部分桁架为钢结构外，其余均为预制混凝土构件，截面为工字型以及槽型。
▲建造过程示意
▲顶部花岗岩
此时这些预制构件既是梁又是柱，最终竣工时候顶部压了一个20吨重的花岗岩作为配重，小编是难以想象地震来的时候的样子，默默祝福这位业主吧。
对于现浇混凝土梁来说，常见形态有矩形、倒梯形，梁的高度通常为跨度的1/8~1/12左右，在一些展览馆等高层高空间中，有秩序的大梁结合侧窗和天窗，带来漫反射的光影变化。
▲MUSAC Art Forum in León
矩形梁底凹槽可内嵌一些灯带，同时视觉上也会感觉梁比较纤细，亦可作为吊顶。
对于变截面梁，结合弯矩的变化，有时候可以尝试“卡拉特拉瓦式”的风格，整个结构的动感呼之欲出，但这种做法比较适合规则的平面，否则模板工程的量也是巨大的。
▲法国里昂火车站
▲伦敦金丝雀码头地下广场
当梁从单向过渡到交叉网格，可以得到菱格纹或者井字的平面，梁的传力也从单向到双向， 梁的尺寸也可以适当的减小。
▲米兰文化艺术中心
▲Sheats House - John Lautner
钢梁
相较于混凝土梁，钢结构梁的尺寸可以说小一圈，常规截面高度为跨度的1/15~1/20左右。
▲钢结构构件尺寸估计
由于钢材加工以及成型工艺比较方便，截面形式的选择也多种多样，单一的多边形，组合截面，立面上也可依据弯矩需求改变截面高度。
▲钢梁横截面及立面
对于一些雨棚等承受轻质荷载的结构，钢片梁是个不错的选择。
▲Gallery of Leaf-Structured Canopy
SAM Architekten und Partner
▲雨棚制作过程
对原有钢梁进行几何切割，错位焊接后便形成了蜂窝梁，不同的切割方法带来不一样的韵律，还是原来的材料，局部掏空中部效率低的材料，转化为截面高度，既提高了抗弯能力又方便了机电管线的穿过。但由于削弱了腹板，其稳定性值得关注。
▲蜂窝梁制作及样式
▲芝加哥机场
金贝尔美术新馆中，将钢梁一分二，中间采用系杆连接，与柱子的关系也不同于常规的平接，格构化的构建思路使整个建筑看上去十分的轻质。
▲金贝尔新馆
结合结构的受力特性，钢梁截面高度的变化以及外露的节点，一般人看到都会感受到结构之美。
▲诺丁汉大学游泳馆
▲钢结构节点
木梁
梁起源于木，古时候人们采用原木，现在大多都是集成木材，原木干燥后的收缩率约为3%，现代木结构大多采用现代工艺加工的规格材和工程木材料，比如胶合木，CLT交错层积材等。这些材料的强度、耐久性、稳定性、环保性、经济性都要远远好于一般木材。
▲集成材料与原木对比
木梁的形式大多为单梁或者双梁并联的组合形式，可在双梁之间设置一些灯槽等装置，平面上也可采用不同形式的编织方案。
▲Neudorf sports hall
妹岛和世做的鬼石多目演艺厅采用当地的杉木，吊顶包平，只露出270的高度，看上去木梁只是装饰，其实截面由端部到跨中不断加大，符合简支梁的弯矩变化。
▲鬼石多目演艺厅
▲木梁断面
由于木材不能像钢结构那样焊接或者混凝土那样整体浇筑在一起，所以节点基本都为铰接，令人心动的一个当代木结构要数位于苏黎世的Tamedia办公大楼（Tamedia Office Building, Zurich /2013），节点不依靠金属部件，而完全用木栓来衔接木梁和其他木结构。
▲Tamedia办公大楼
为了建造Tamedia大楼，结构工程师首先对房屋架构中所要使用的木材进行了必要厚度的计算。然后在此基础之上又多加了4厘米，以备万一发生火灾时，来保护木材内层。
▲钢木节点
现在大部分木结构节点多采用钢木节点，利用钢的可塑性与强度，在木结构的节点处起到点睛之笔。
玻璃梁
一说到玻璃，我们第一反应就是“脆”，没有延性，对边界条件比较敏感。先看一组玻璃和钢材的数据比较，基本的力学性能都打了三折。所以目前来说玻璃这种材料是不大适合做结构的，但，谁让他好看呢，所以用到玻璃都是静定结构，设计也增大安全冗余度。
▲玻璃力学性能
为了追求极致的通透，在小尺度的地方可以尝试使用下玻璃梁，一般幕墙结构中会比较常见。
▲玻璃肋梁
▲Pola 美术馆
东京有乐町地铁站出口，有一个10米长的玻璃建造的悬臂雨篷，由建筑师Rafael Vinoly设计，于1996年完成。
▲东京有乐町地铁站悬臂雨篷
结构为四列平行相扣的胶合强化玻璃片组成悬臂梁。设计风载重为每平方米5kN与最高标准的地震作用。厚度19mm的玻璃平板开72mm直径之孔洞，玻璃板之间搭接、粘合。每个玻璃杆件节点可承载12kN剪力。
写在最后：在日常工作中，对于大跨的部分，往往可以顺利的定好方向，越是中小尺度的地方，越是反复推敲，难以定论，也印证那句话，“最简单的，就是最好的，也是最难的” 。
“对于高技派的钢架、钢索之类的有限建筑语汇的热衷。或者只满足于横平竖直梁柱体系都是值得质疑的。我们所探寻的结构，既非强加的形态，亦非笨拙的骨架。”——巴尔蒙德
大家共勉！
参考资料
1.《建筑结构的奥秘》.川口卫
2. https://www.archdaily.com
3.Structure As Architecture.Andrew Charleson.
4. informal.CecilBalmond
5. 维基百科
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