钢结构之美 | 印第安纳大学埃斯克纳兹艺术、建筑和设计学院_最新动态

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钢结构之美 | 印第安纳大学埃斯克纳兹艺术、建筑和设计学院

2024-09-2163

转自公众号：建筑钢结构进展
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优秀奖——造价在1,500万美元以下的工程

印第安纳大学埃斯克纳兹艺术、建筑和设计学院，布卢明顿，印第安纳州

“你无法将钢材的理念和建筑的理念分开，因为钢材是唯一能够使得建筑实现其功能的东西。”

——Anders Lasater

路德维希·密斯·凡德罗（Ludwig Mies van der Rohe）是20世纪最著名的现代主义建筑师之一，他设计的著名作品包括希格拉姆大厦（Seagram Tower）、巴塞罗那展馆（Barcelona Pavilion）和范斯沃斯住宅（The Farnsworth House）等。出生于德国的密斯·凡德罗通过砖石、石雕、灰泥装饰和家具设计等领域进入建筑行业，之后在彼得·贝伦斯（Peter Behrens）的工作室工作。到20世纪20年代末，密斯·凡德罗已成为德国建筑的领军人物，此后更是成为了20世纪最著名和最有影响力的建筑师之一。密斯·凡德罗以其富有远见的摩天大楼项目而闻名，他设计中明显的轻盈感以及清晰显露的“皮与骨”的现代建造方法让光线得以最大程度地在建筑上闪耀。密斯·凡德罗于1969年去世，作为现代主义的先驱，他是包豪斯学校的第三任也是最后一任主管，直至他离开德国前往美国躲避纳粹为止。

1952年，密斯·凡德罗受Pi Lambda Phi兄弟会的委托为其在布卢明顿的印第安纳大学主校区的阿尔法-西塔（Alpha-Theta）设计了一栋房子，但项目随后因资金问题而被废止，这个未建成的设计被遗忘了几十年，直到前国际大学学生和兄弟会成员西德尼·埃斯肯纳齐把这些图纸告诉了国际大学校长迈克尔·麦克罗比。密斯·凡德罗创作的该建筑平面图的原始文件被存放在纽约现代艺术博物馆（MoMA）和芝加哥艺术学院（Art Institute of Chicago）的档案馆中。密斯·凡德罗设计的这所大学建筑的方案与范斯沃斯住宅和以及印第安纳大学设施的设计相似，采用白色钢框架、宽大的落地窗以及釉面周边墙，地面层几乎完全打开，中央的方形中庭则被置于上方。密斯·凡德罗的孙子德克·罗汉（Dirk Lohan）说：“作为一个从1957年起就和我祖父密斯·凡德罗一起工作的人，我想我知道他从事过的所有项目”，他说，“但我从来没有听说过这个项目，直到印第安纳大学联系我，希望将这个70年前的设计建成。在考虑了这个要求之后，我和他另外三个孙子得出结论，这的确是对密斯·凡德罗作为一个建筑师的意义的一个极好的声明。”他说：“我相信，50多年前去世的密斯·凡德罗会很高兴看到他的标志性建筑最终诞生。”

这座采用经典的钢结构和玻璃的两层建筑是路德维希·密斯·凡德罗原设计方案的现代式复现，于2022年4月正式对外开放。这栋新/旧建筑的复活是通过Thomas Phifer建筑事务所和SOM设计事务所的共同协作完成的。项目设计团队研究了最初的方案、图纸、施工详图以及计算书，并将其和同时代的路德维希·密斯·凡德罗的类似建筑进行了对比，建筑、玻璃和体量的比例关系必须保持不变，因为这是一座“密斯”建筑，这些比例决定了建筑的成功与否。该建筑事务所在保留密斯·凡德罗原有方案建筑美学的同时，加以适应当代建筑规范与学术功能，作为该大学布卢明顿校区的“埃斯克纳兹艺术、建筑和设计学院”（Eskenazi School of Art, Architecture + Design）的一部分，面向学生和教职工开放。项目设计团队还收集了关于对著名的“少即是多”的说明，包括由Myron Goldsmith为一栋类似建筑进行的最初结构计算，之前是SOM和密斯·凡德罗的办公室。该项目的一个关键挑战就是在忠实于原设计意图的同时还要使得项目满足当前的建筑规范和环境要求。

该两层建筑占地10,000ft.²（929.03㎡），宽60ft.（18.29m）、长140ft.（42.67m），采用白色结构钢外墙，纤细的白漆钢架支撑着10ft.（3.05m）高的玻璃窗。顶层完全由玻璃包裹，下层大部分是开放的，建筑的中心有一个庭院，中央中庭向上延伸到2层。室内由纯白色和木制墙壁装饰隔断，地板材质为灰色石灰石和白色环氧水磨石。这座建筑与密斯·凡德罗的许多作品一样，具有纪念性。简洁的柱网与体量，给人以庙宇般的感觉。但当人靠近时，又能感受到亲切感。

新建筑包括一个报告厅和办公室及员工会议室。用中空高性能玻璃取代了单层玻璃，漆成白色的钢框架以及落地窗的设计将充足的日光引入室内空间。新的设计方案以对可见建筑的最少改动实现原设计。建筑师还挑选了由密斯·凡德罗和佛罗伦斯·诺尔设计的家具对项目进行补充。与密斯·凡德罗的最初方案相比，最终实现的项目增加了一个西侧端部的楼梯并对原来的东端楼梯进行修改，使其符合目前的安全规范。此外，建筑师扩大了机房，增加了一台液压电梯并将单层透明玻璃更换为高性能中空玻璃。建筑2层基本上原封不动地保留了原设计方案，只是将卧室改成了办公室。埃斯卡纳齐学院院长Peg Faimon认为，没有比学习和研究这位20世纪建筑巨人的杰作更好的灵感来源了。

既然这个结构是原始钢结构设计的重现，那么钢材是唯一可行的选择。就像现在一样，它因轮廓分明的柱和格栅边缘形成了一种清爽的美感，还可以通过钢结构来打造更纤薄的楼板，在15in.（0.38m）厚的天花板内为机电设备管线提供更多空间。主要的结构挑战包括要设计钢格栅来布置中空玻璃，抵抗风荷载，以及要满足典型的密斯·凡德罗的设计中格栅剖面最小变动的建筑变形，并通过10in.（0.25m）高的梁来协调机电设备管线等。尤其是要对钢梁中允许空调管道穿过的相对较大的开洞进行定位和设计，而这一点在原设计中是没有考虑到的。另外，还要打造没有可见焊缝或者螺栓的结构细部构造，同时要保证所有的现场连接都是螺栓连接以方便安装，从而在满足一定可调性的情况下保持非常严密的公差。

应对钢格栅挑战的解决方案是采用条钢来作为格栅的结构核心，将玻璃固定件用螺栓拧紧在条钢上，条钢中部用机加工的0.375in.（9.53mm）厚的腹板来打造1in.（25.4mm）厚的玻璃槽，这也是所需的满足安装公差以及框架受风荷载作用时的分离以及竖向楼面变形的尺寸。在进行格栅变形计算时，玻璃固定件也被包含在格栅的刚度特性之内。格栅固定螺丝尺寸和间距的仔细选择导致了最小格栅尺寸。一共有15in.（0.38m）的高度用于布置楼板、钢框架、隔热层、设备管线以及天花板，这个高度是由周边托梁的槽钢截面尺寸决定的，也和原设计保持一致。项目团队指定了2in.（50.8mm）的楼板，布置在0.5in.（12.7mm）厚的压型钢板上，实现了这个极薄的夹心构件。楼板内还集成了辐射供暖管道，这需要对楼板体系进行仔细的设计和协调。对于建筑设备管线，2层楼面的钢梁内开了220个从直径3in.（76.2mm）的圆孔到20in.（0.51m）×6in.（0.15m）的矩形孔等尺寸不一的大小孔洞，对这些较大尺寸的开孔需要进行深入的计算来验证其强度是否满足要求。

柱网上的所有钢梁在设计时都考虑了连接节点的部分约束作用来抵抗侧向荷载并尽量减小变形。梁柱连接节点采用的是齐平端板连接，横跨柱设置的组合截面钢梁在靠近悬挑的平衡跨反弯点处采用的是端板拼接节点。槽钢托梁在靠近反弯点处（每个立面方向有两处）也采用了螺栓端板连接节点，角部则采用工厂焊接。随后对端板连接节点进行密封焊接并磨平处理以展现出一个连续构件的外观。钢梁和边柱的连接是通过螺栓连接到已经焊接在边柱上的短柱，以免去在外部进行的任何焊接作业，连接节点的构造也是尽量可以先进行槽钢的装和螺栓连接，然后再进行钢梁的端板连接。

鉴于15in.（0.38m）厚的2层楼面的槽钢托梁不足以跨越30ft.（9.14m）的跨度，也无法满足10ft.（3.05m）悬挑的变形要求，因此除了要抵抗作用于玻璃幕墙体系的风荷载之外，竖向钢格栅也构成了2层楼面承重体系的一部分。因此，介于屋面和2层托梁之间的竖向钢格栅是采用螺栓进行刚性连接的，使得2层楼面的部分荷载得以由屋顶托梁来分担。对托梁进行刚性连接也避免了屋面和楼面之间的竖向变形差，因此所需的玻璃安装槽也较小。

单个的格栅单元都是通过玻璃安装槽内的埋头螺栓连接在结构框架上的。水平格栅则通过螺丝固定在竖向格栅上。竖向格栅的端板连接被包含在玻璃安装槽内，因此在外部是不可见的。通过将所有的紧固件都布置在玻璃安装槽内，紧固件都是不可见的，也无需进行焊接，这就使得所有的格栅单元有着清爽的角部和边缘外观，无需对焊缝进行打磨处理。

尽管将格栅构件集成在结构体系内不是一个新想法（事实上，原设计就运用了这个概念），但是仅采用螺丝和螺栓来连接玻璃幕墙系统，唯一可见的只有那些连接玻璃固定件的紧固件，这方面的做法是具有创新性的。