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1、东京国际会议中心:建筑家和结构设计者的共同合作东京国际会议中心 功能组织者美国建筑家拉菲尔维诺里，在国际建筑家联合公认的国际设计竞赛中，以最优秀作品夺魁的时间是1989年11月。那时，我并不知道维诺里是谁。我依稀记得，我在建筑杂志上看到这个竞赛方案时，非常钦佩设计师把这座设施布局得如此井然。当时，刚刚迎来了幕张国际会展中心一期建设的竣工，心身皆惫的我正想利用接下来的时间稍稍休息一下。 但是，在翌年三月当东京都政府和拉菲尔维诺里正在签订基本设计合同的时候，我接到了结构设计的委托，之后一直到这个项目竣工，拉菲尔，维诺里和我之间的共同合作关系持续了七年。 维诺里的设计方案在竞赛审查评述中是这样被描述
2、的，“本方案巧妙地利用了基地的特殊性，并将所有的设计要求逐一均衡的配置到方案中。而且，本方案的功能性组织是最为明晰的。”我对这段评述真正感到体会深切的是在和维诺里开始进行基本设计会议的半年后。这段评述的对象不仅是设计方案，它更是维诺里个性的体现。 结构方法的构思：包含建筑物在内的大方向构思 其实，在这座设施中容纳了不胜其数的功能，4个多功能剧场和与之相关的展示场、商业设施、公开空间、会议室、停车场、管理部门、中庭等。将这些内容按照功能进行分割后，用垂直和水平流线将它们再次整合入一个整体建筑。当然，结构必须对应分割后的每一个空间，这也是十分重要的，但是，同时也必须对建筑物整体的大方向构思进行统筹
3、。 为了充分配合维诺里设计的空间构成，在基本设计阶段大致决定了以下四点结构的整体构思： 在整体设施中，主体结构集中在图6中的阴影部分。这也是常常运用在剧场等大空间构成中的套用手法，将能够抵抗较大外力的抗震要素集中配置在该处，其它部分就可以结构性地尽量配置开放空间。这时，我们所追求的大致的结构规划合理性是可以实现了。但是，这个结构想法是否和建筑规划能够完美结合是个问题。 基地四周的地下有营团地铁、JR京叶线和总武线，玻璃大厅的背后有高架的山手线和东海道新干线，所以，噪音和振动的发生是不可避免的。同时，在道路方面，设施周边的交通量也相当大，因此，保证设施整体不受基地外部影响的对策势在必行。实际上，
4、维诺里也从一开始就已经着眼于这个问题了，所以可以说，图6所示的结构构思正是体现建筑规划出发点的图式。虽然我们很轻松地得到了赞同，但是，对于在各剧场之间梳形抗震要素的构成部分，如何将楼梯、电梯、设备管线空间配对和结构形式更完美地整合，我们并没有能够在基本设计中成功完成。将垂直流线和设备核心筒作为结构核心筒来考虑的方法，古往今来的实例已经数不胜数。然而，这个结构存在着基本的矛盾。核心筒周围必须用比结构核心筒更牢固的结构来实现，可是，垂直流线作为剧场出入口必须有很多开口，设备核心筒的纵向管线也必须在每层进行水平移动，否则无法发挥功能。因此，这个结构核心筒实际上是“千穿百孔”，只有通透的结构才能实现。
5、于是，负责流线规划的维诺里和我们结构设计者还有设备设计者三方针锋相对地激烈竞争着这个核心筒的应有形态。大家都知道矛盾的根源，但是三者都站在自己的专业设计角度，互不相让。中途，我有几次都甚至想退出。也就是说，只要改变结构方式，不用和建筑设计以及设备争吵就可以完事了。其实，我考虑过改变图6的结构概念，但是没有其他比这个更好的结构方案。结果，就核心筒的构成，我们整整争论了一年多。 将这个巨大的复杂的设施整理成一个秩序井然的结构空间，必须先决定这座设施特有的模数。4个剧场建筑和地下结构的平面网格按9m间距为原则，xxxx的尺寸来统一。为了保证玻璃大厅镜片型平面，采用从中心位置开始角度均等分割。在广场高
6、度和地下结构中，这两个基本网格局部发生交错，这时采用大梁结构使之保持交错状态。垂直方向的模数以5m层高为基本，并用2，5m进行组合，1层和地下1层设定层高为7.5m。 地下部分的展示场延用了地上部分的9m模数，因此会发生柱数过多的问题，于是，采用了在根部实现18m跨距集约4根柱子的方法。这样，地下3层停车场的停车数量就可以大幅度的增加了。模数的展开就是这样在平面上和剖面上自由进行的。 为了实现42个月的短工期，并切实保证稳定的品质，柱、梁和斜向支撑采用钢结构，楼板、墙采用PC。对这个复杂的空间来说，怎么做都具有登天的难度，主体结构采用钢结构在音响上存在着很大的问题。这个设计方针是否可行，在重复
7、进行结构模型分析设计后，终于在基本设计的尾声敲定了。图8是图6中梳形结构核心筒的侧面图，墙面是由桁架构成的超级框架，面向内部广场的悬挑部分采用普通刚接桁架。决定使用这种结构形式的原因是，它能够充分满足结构的性能，能够确保楼梯、电梯等开口部，并能够实现设备管线水平引线的自由性，广场一侧的部分框架作为设计要素被进行了防火包覆，完成后也能看到“饱受苦难”的框架的一部分。 为了实现短工期，采用了“逆作法”施工。最初先开始1层结构的构筑，然后进行地下结构和地上结构的同时施工，这种工法尤其对地下结构的设计具有很大的 玻璃大厅的结构创意 1.纵向的布局结构 自始至终，玻璃大厅的结构规划一直都举棋难定，因为可
8、以参考的制约条件实在太少了，即使制定了方案，也没有对这个方案正确性的判断标准或评价标准。实现一个庞大的光筒，其实只要用玻璃来作墙作屋顶就行了。可是，这些玻璃的支撑方法具有无限的可能性，将它们特定化的条件却没有。 我在基本设计的前半段也就是大约半年的时间，放弃了任何思考。在纽约和东京交替进行的设计会议中，我也只是在简单确认维诺里提议的系统方案后，仅仅给予他一些诸如“这个方案的话就会出现这样的结果吧”等等的适当回应。不管怎么深究，它应该是什么样的建筑的价值观还是产生不出来，那么深究只是徒劳。 东京到纽约飞行需要13个小时，我就把自己关在这个密室里。有一天，我下定决心要利用这13个小时来尝试总结玻璃
9、大厅的可能性，于是我坐上了飞机。因为要做一个屋顶和墙壁都是玻璃材料的透明箱子，所以构成这个空间的柱子应该是多少根呢?起初，我设想沿玻璃墙壁建立12根柱子，用这些柱子来支撑一片屋顶，这样就可以自然的想像出力的传递，即在这个玻璃大厅的横向将发生很大的力，而在纵向不传力。因此，在横向上需要用某种结构，或者是将其稍稍倾斜后架设斜交结构。如果决定了屋顶的平面面积和支撑它的柱子的位置，“自然的”力的传递就可以知道了，于是就可以决定与此相对应的结构形式了。但是，如果只是局限在这样的思考中，独特而崭新、刺激而生动的结构是无法产生的，因此，必须这样做的“强烈意志”是必不可少的，当我有这种想法的时候，飞机正临近北
10、极上空。“自然的”诸如此类以及常识的东西，是不可取的，先强行决定力的传递，然后再将它形态化，我应该还没有做这样的尝试吧?于是，我开始思考，在纵向架设某种巨大的空中结构来代替只是为了追究效率而在横向跨距上架设结构将带来怎样的结果。 在从北极上空飞越到北美五大湖的时间中，按照顺序我在绘图纸上画了用一根柱子支撑大屋顶的方案，用两根柱子支撑大屋顶的方案，3根，4根，一直画到5根为止。柱子的根数和配置的变化产生了各种各样的屋顶结构，看着这些草绘，我觉得两根柱子和梭形镜片型屋顶的结合是最完美的。怎么一开始我竟然没有察觉到如此不可思议的吻合呢?当飞机到达肯尼迪机场时，我已经坚定了两根柱子的信心。 2.玻璃大
11、厅的7种结构形式 玻璃大厅中主要的抗风抗震要素如图6所示，存在于山手线一侧称作会议栋的设施中。在理解了玻璃大厅的创意基础后，这个初期的结构规划具有重要的意义。因为玻璃大厅的特异结构只有在充实了图6的基本原则之后才能成立。这座会议栋也是钢结构，在纵向和横向各处都设置了支撑，使用了非常牢固和稳定的结构形式。 在用两根柱子支撑玻璃大厅的主意产生后，又经过了多方面的讨论、不计其数地制作模型、不分昼夜地开会、反复地进行电脑解析以致解析结果堆积如山，同样程度的大量传送接收传真，以及维诺里极尽全力的草图研究，终于得到了全面的结论。 (1)屋顶结构 全长207m，中央宽度32m，梭形镜片型平面，上部为玻璃屋顶
12、虽然有排水斜率但是几乎是平顶，下部是船底的形状，上下最大间距位于中央处为12.5m。在这个船底状空间中设置了两种结构形式。一种是沿屋顶上部镜片形设置的受压杆件和悬链状的吊挂杆件的组合，另一种结构形式是架设在两根大柱子之间的拱形杆件和与之相对的连接柱头的拉杆。拱形杆件有助于屋顶面的水平刚性，由此平面上也为拱形。在这两种独立结构系统的共同作用下，可以抵抗屋顶的主要应力。另外，还有连接这两种结构中共通的受压杆件和受拉杆件的钢肋，于是大屋顶就形成了。 受压杆件采用钢管，厚度要求的必要性决定了使用离心铸造的Gcolumn，受拉杆件使用高强度拉杆。悬链状拉杆贯穿钢肋，用角度变化调整力的传递，整体作为受拉杆
13、件发挥功能，所以在穿过钢肋的位置考虑采用图16的部品。首先，高强拉杆在钢肋间分割，在钢肋的腹杆部固定球状部品，球体可以决定整体的角度。然后，拉杆的一端插入球体后固定，另一端是拉杆的安装固定部必须是可以旋转的。这样既可以保持悬链的形状，杆芯又能照常贯通，而且钢肋的施工精度也能得到保证。 (2)大柱 大屋顶由建立在两侧的两根大柱支撑。跨度为117m，两端悬挑长度为45m。大柱为钢结构2重管，内部灌注高强混凝土以防止屈曲提高刚性。同时，在大柱内部还内置了雨水立管、用电管线等，因此，大柱也正是大屋顶的设备柱。 高度52m的大柱在形态上的创意是在忠实体现应力分布和变形控制的基础上进行设计的。柱子在7层与
14、会议栋相连接，因此该部分的直径最大，而柱脚只设计传递轴力。大柱在与其它要素连接的位置会传递很大的应力，因而在这些部分都采用大型的铸钢部品。钢柱使用FR钢(耐火钢)，采用涂漆装饰，这样可以如实的表现钢铁所具有的强大震撼力。 (3)会议栋楼层甲板结构 对于地震力和风荷载等水平力作用，大柱太高而难以抵抗。所以，在中间将力传递到会议栋的结构中去。在会议栋的7层和4层高度，大柱和会议栋之间用楼层甲板结构作为媒介紧紧相连。钢结构梁从会议栋延伸至大柱，为了防止发生弯曲在接合部采用铰接。为了不约束大柱，5层和6层会议栋的楼层甲板与大柱之间采用罗拉连接。 (4)外墙玻璃面的竖框结构 由于支撑屋顶的只有两根大柱，
15、所以在横向当然会发生翻转。约束这种翻转的是，大约每隔10.5m设置竖框结构。竖框本身可以用很小的剖面实现，对于大屋顶的翻转可以用压缩或张拉进行抵抗。 室内一侧的竖框上凹凸地张拉高强钢缆以抵抗作用在玻璃墙面上的水平力。竖框本身对于防止屈曲也十分有效。凹凸张拉是面外的左右作用的必要对策，也是为了预先给予这些钢缆张力使其处于张力状态而不发生压缩。这种初期张力的反力转化为竖框的压缩力，这种力的平衡在对结构系统与结构细部进行研究后形成的，也可以说这是一种自我完成型张拉结构。把钢缆上发生的张力传递到其它杆件上去的代表性金属构件如图28，在包有压接金属的钢缆前端进行螺纹处理，然后，再使用另一种金属构件(接头
16、)作为媒介把钢缆拧入一种叫做马蹄钩的金属构件，这种类似用制作机械的方法来调整钢缆长度的做法，它的目的是提高施工精度。在马蹄钩的端部开孔插入销部品后可以与其它部件进行连接。 会议栋一侧的玻璃墙面高度约25m，所以钢缆只需要一种曲率就行了，然而，在广场一侧的高度有60m，所以对这侧墙面的结构进行了三段分割，并同时考虑与会议栋规模的协调性以及玻璃墙面的整体均一性。 (5)中间两段水平梁结构 在广场一侧玻璃墙面的竖框结构中包含了两段重叠的水平桁架梁。上段与会议栋屋顶高度一致，从这里到大屋顶为止的上部空间作为玻璃大厅整体可以实现左右对称。下段使用为环游这座玻璃大厅的斜向散步道，同时发挥水平梁功能水平支持
17、玻璃墙面。这些水平梁重量和作为斜向散步道所需要考虑的装修荷载。活荷载的支撑，并不是用下部立柱的方法，而是用拉杆将其拉到竖框结构的顶部并把它们作为竖框轴力来考虑。 (6)玻璃大厅内束材构件和联络桥结构 上段和下段水平梁在中间两个部位设置了结构，使力传递到会议栋。上段是2根束材构件，是吸收压缩或张拉的轴力杆件，此外由于跨度大，为了防止因自重而发生下垂以及为了防止在压缩时发生屈曲，加上了高强拉杆。下段是连接斜向散步道和会议栋的联络桥，将其作为水平梁的约束结构。 (7)玻璃墙面的顶端桁架结构 玻璃墙面的面外荷载是可以用竖框结构抵抗的，但是对于面内的水平荷载，就需要另外布置别的结构了。面内的作用基本上是
18、间隔2.5m的水平杆件的轴力，最后被传递到会议栋。 因此，水平杆件也受到压缩力，所以不得不采用箱形截面。从会议栋屋顶突出的上部空间，由于没有反力机构，所以在玻璃墙面的顶端部分采用立体桁架与空腹梁的合成结构来抵抗水平力。为了不让大屋顶的重量传递到此处，采用了相应的施工步骤和细部处理。 以上7种结构形式构筑了玻璃大厅，而且这些结构本身就形成了这个空间的创意设计，所以非常有趣。在设计过程中，我将各种结构元素的结构功能尽可能地单纯化，它们的相互关系尽可能地明确化。这个结构非常巨大而且几乎可以说它等同于土木工程规模了，然而，因为这个结构是在将每一个细小杆件精巧的进行组合下成立的，所以，这个特别的结构就是
19、这座玻璃大空间具有独特魅力的原动力。 玻璃大厅没有任何特定的建筑功能。换一种说法来说，就是我们必须自己去寻找答案来回答我们应该建造一个什么样的建筑物。因此，我的答案就是，将这个玻璃大厅作为东京的标志，将建造当时的钢铁技术工程学的精粹全部凝结到玻璃大厅中去。结果，这座建筑的确集约了东京20世纪末的技术，而且它自身就是一座纪念碑，将永远的存续下去，这正是我们所期待的。 玻璃雨棚：透明雨棚的诞生 就在这座建筑物整体工程竣工前的六个月，位于基地内的有乐町线地铁站出口需要架设雨棚的会议开始了。其实，开始了的这个说法并不贴切，因为实施设计图中已经有了这个雨棚，所以只要照图施工就行了，但是，我；中动的想极大
20、程度地改良原设计。 设计当初的雨棚做法为钢结构悬臂上盖玻璃。制作模型后，仰视雨棚可以看到华丽的钢结构骨架设计，但是雨棚后的景色都被遮挡了。如此雄壮的玻璃大厅却不被看见，那就太可惜了!所以，我想如果雨棚能够更加透明，结构骨架本身就是玻璃的话会怎样呢?会议中心整体的结构设计主题就是“钢铁与玻璃”，可是玻璃的崭新结构还没有实现，如果雨棚采用玻璃结构是否是玻璃的一种全新可能性的追求呢?这些提问在我脑海交错着，于是玻璃雨棚就结论性地产生了。 玻璃梁分4段制作，在施工现场组装后形成悬臂。那么玻璃之间的接合怎么办呢?对这个问题，伦敦的结构设计师T马克法伦(我们称他提姆先生)给了我非常漂亮的回答。当时，SDG
21、在东京国际会议中心项目的监理团队中，有一位叫阿郎，巴登的设计师，他曾经在提姆先生的事务所工作过，当这个玻璃结构决定后，阿郎代我跟提姆对此进行了详谈。提姆的方案中用到一种称为“Bezel”的金属构件，把它放在钢化玻璃与销之间可以发挥磨合整体防止局部接触的功效。 那时，在日本还没有生产大型钢化玻璃，因此我们委托了一家伦敦的生产厂家，同时，我们还委托了伦敦大学对提姆方案中的Bezel的实效性进行了试验验证。经过无数次失败与成功，最后终于得到了令人满意的结构体系。其实，这个部分的全面指导者应该是旭硝子玻璃公司的伊势谷三郎先生。他是一位特别“顽固”的玻璃工程师，他不相信任何人说的话，和其他能工巧匠一样，他认为只有经过自己大脑思考过的才是可取的。这座玻璃雨棚从生产制造到安装完成，伊势谷先生的功劳是最大的。另外，充当纽约东京伦敦之间的联络和意见交流的中心人物的是阿郎。我本人也好，维诺里也好，几乎都只不过是些旁观者而已。在东京国际会议中心宏大的建筑群中，这座玻璃雨棚的存在是一种象征，它告诉人们，东京国际会议中心这座建筑中蕴涵着人力和物力的巨大能量。 (本文图片除属名外均由SDG公司提供) 作者：渡边邦夫，SDG构造设计集团董事长 翻译：王健，SDG构造设计集团翻译 收稿日期：2011年10月 第 13 页 共 13 页