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无限可能!用简单元素搭建刚性结构

作者: 来源: 日期:2021/10/20 15:09:43 人气:1184

前 言

本次STEAM课程对于今后于致力于在工程与建筑专业领域学习的同学会很有帮助,通过本次课程的学习,他们能够了解张拉整体的设计思路,体会如何用简单元素组合与约束,制作出刚性结构,能够动手实操并与同学合作进行组合扩展,搭建张拉整体结构模型。


何为张拉整体?


张拉整体最先由谁发现并设计尚有争论,但这个词最初由理查德·巴克敏斯特·富勒提出。富勒是美国上世纪的一位哲学家、建筑师及发明家。他常用 Geodesic domes(网格穹顶/测地穹顶)去设计各式各样的建筑。这种穹顶目前在军事与科学领域也有广泛应用。

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图为montreal的biodome


而张拉整体本身则是由Kenneth Duane Snelson推广开来,主要是在建筑与艺术领域(图为斯内尔森和他的作品)。整个作品由简单的‘杆’ ‘索’两种元素构成,但形状复杂,并且杆与杆之间没有任何接触,仿佛悬空,给人以极大地视觉冲击。


在课堂中因为时间有限,学生们将会学习如何搭建这个结构的简化版,一种基础的张拉整体构型:X(如下图)

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举一反三
生活中的案例

在生活中也存在无数这样的结构,包括但不限于人的骨骼与肌肉,在人体中骨骼就相当于杆, 肌肉就相当于索。如果没有肌肉,骨骼便会散架,而没有骨骼,肌肉也无法支撑人体,做出各种各样的动作(如下图)

生活中的案例
人体的骨骼与肌肉
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建筑行业案例

而在建筑行业更加多见:当结构设计的足够巧妙,就可以轻松实现了建筑师苦苦追求的立体交通、无柱空间、复合功能以及多元体验。这种近似悬浮的观感能够给人以极大的视觉冲击!


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雕塑 悬浮


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库里帕大桥-世界上最大的混合张拉桥


理论结合实践

对于学生来说,学习并理解张拉整体结构的最好方法就是亲手制作一个。同学们在动手制作的同时也可以去理解为何这些张拉体能够稳定存在,感受如何将不受限的杆与端点,一步一步添加索去约束杆,使整个结构具有之前元素所不具有的刚性(rigidity)。杆和索本身在三维空间并不能稳定存在,如果没有连接在一起,他们只会散落一地,而他们结合在一起就成了张拉整体。这种物体结构具有了其组成部分本身没有的属性的现象就是科学界常说的涌现 emergence 。


制作的过程并不容易,需要耐心去感受整个结构的平衡及制力点、受力点,反复探索,确保整个结构的稳定与力量。如下图为同学们认真制作的图片:

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学习 实践 反思

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虽然这只是一个基础的构型,但他却可以进行模块化的叠加(同学做的大图,可以和下图斯内尔森的作品Fair Leda 对比)

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斯内尔森的作品Fair Leda


在桌面上,同学们已经可以做出与大师作品相仿的小雕塑了。 过去的人们用线与麻在二维的衣物平面上编织制出花纹, 现在同学们用杆与索在三维空间 中进行更复杂的“编织”,创建几何与光影的空间“花纹”。学生们所学习并掌握的基础就像是一颗的种子,假以时日在合适的土壤就能成长为下一代的大师。

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斯内尔森的其他作品



行是知之始 知是行之成

通过本次STEAM 课程, 学生可以用一种全新的视角去看待生活中的其他事物:简单元素,可以搭建刚性的结构,生活中存在无限可能,人生的智慧又何尝不是如此呢?


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