六月‧結構|台灣學生的5式創意結構!長竹籤、塑膠杯、紙盤,烤肉餐具也能組成富勒圓頂


結構,是建築的根本,但一想到結構課,可能會想到公式與計算,怎麼看都讓人昏昏欲睡,成大建築的結構老師杜怡萱副教授告訴我們:「回顧人類的建造歷史,會發現一件振奮人心的事實,也就是:似乎不用太懂結構也可以把房子蓋起來。」於是,「學習建築的過程中,培養結構直覺,比熟悉結構計算來得重要。」為了讓學生們不在課堂上睡整片,也為了能讓結構以更直覺的方式被吸收,她致力於「聽得懂的結構」的教學,開始了她不用教科書、以「實作」為核心的教學實驗,甚至,她讓同學在與日本交流的工作營中,跳過草圖繪製,直接動手做模型!2013年,她捉住先前的短暫合作機會,與日本空間構造設計第一人齋藤公男教授提議舉辦工作營,就此開始了SSS工作營「聚積或變化的Structural Art」。雖名為暑期工作營,SSS實則為設計與實作競賽,每年從東京大學、早稻田大學、日本大學、成功大學、臺灣大學等台日各大學學生提案中,以結構性、藝術性及符合主題性做排名。學生的提案必須考慮到重點在於「跳脫傳統結構思維」的主題概念,也要滿足容易組立、拆卸的條件,還要控制預算,讓結構設計的創意能在其中展現。在SSS營隊中,學生對於結構的發想,一開始不依賴手算或電腦軟體對構築的作品進行分析,「能夠自己穩定站立的作品就是可行的結構」──聽起來很隨機,但其實是有道理可循的,例如觀察構件的接合「是否會相對轉動或相對移動」,因為模型站不穩,常是因為太自由,學生們就可以選擇調整接合的方式、增加構件數,或改變構件彼此的組織關係來達成穩固──老師也能在當中做實質的教導,讓想像得以落實下來。在這當中,台灣的學生用紙版、塑膠片、塑膠杯、紙盤、竹籤等日常用品組成結構作品,屢屢都能有好成績,讓我們來看一看你沒想過的結構作品吧!2013|Triangular 關鍵字:互鎖結構式形狀尺寸相同的等腰三角形版重複連接,形成鱗片一般的組合。兩片三角形版的接合不以靠其他構件,單就版緣切槽對準嵌入,這種結構即為「互鎖結構」。而相較於平板,學生們發現並置的兩片紙合版更能發展成立體結構。
小模型沒問題了,大模型由於材質變成了木薄板,原本在紙版上輕易能接合的折線處、木板厚度、切槽寬度或角度等卻紛紛出現狀況。團隊再回到縮尺模型,確認切槽的角度、深度、寬度、組裝方式等再做成足尺模型。整組結構在台灣成功組裝後,在每一單元上貼上位置標示再拆解送到日本。薄板的輕盈感、三角的方向性,讓這個「疊砌式組構」產生了動態感,贏得當年的最優秀獎。
2014|Extendable T&C Structure關鍵字:撓曲主動式‧開槽薄版曲面系統在長條形薄版中間切兩道平行槽縫,在其中放入支撐材後,該薄版就會自然彎曲成弓形,像這樣將柔軟構件穩定在受彎變形狀態下的結構,稱作「撓曲主動」結構。由於使薄版彎曲原因在於支撐材,彎曲後的形態穩定,又稱為「開槽薄版曲面系統」。接著將這些單元交錯組合,而在續接時只要轉換同面疊合為反面疊合,該立面即能改變曲率,從平緩轉為蜷曲,可變化範圍大。
2015|M, Compoud關鍵字:撓曲主動式名稱中的M指的是三道參差槽縫的矩形薄片,提住薄片兩端向外反向拉伸,能像彈簧般彈開。將六個M展開後連結在一起,其回復力互相抑制,形成一組安定平穩的圓,這即是標準的「撓曲主動式」結構。
雖然展現絕佳的藝術性,該作品的立體化卻是個問題。學生將M分子由兩股接合轉成三股接合,成功合成球形,最後的成品則以束線帶接合壓克力,呈現一個六角形結構,有柱有牆有屋頂,具備建築的基本要素。
2016|1*3關鍵字:預壓結構這組初選階段的縮尺模型,是將三枝細竹籤穿過多層金屬墊片中的圓洞,當竹籤攤開時形成「*」形的三叉單元。要想疊合兩組單元,將上下單圓的三叉末端兩兩套入同組墊片,可在束緊兩單元的同時,提供使其穩定不動的「預壓力」。
到足尺模型時,若使用等比放大的金屬墊片,其重量會大大影響結構,遂改用另外的輕量構件。而原設計以相同單元組成拱形結構,會讓接地面積太小,摩擦力無法抵抗拱結構在支承處的外推力,於是他們改為接近拋物線的不等曲率拱形,並在底部改使用較粗的構材來解決問題。在這看似複雜的外觀下,展現了精確控制與最小化哲學的極簡美感。
2017|75 to 1500關鍵字:富勒圓頂75是初期發想材料紙杯的直徑75mm,而1500則是紙杯組成圓頂直徑。學生們利用杯子上寬下窄的特性,將杯緣相接、杯子排列成平面,當將平面拱起,杯底和杯底會緊緊靠住形成穩定的曲面結構。
後來該構法發展為雙層塑膠杯套疊薄膜,先組成六邊形單元,再套以呈多面體的短程線圓頂(又稱「富勒圓頂」)這種分割模式。圓頂組合看似簡單,但如果要用一整片完整薄膜包覆,需裁成特殊形狀再進行黏接,但若用分隔薄膜的套疊接構法,則能欽一以小單元進行組構,並且在薄膜開口大小、距離的精心調整下,能產生足夠拉力以束緊杯子與相鄰單元。成品獨創的外觀與構法,以及不可思議的內部空間感,為人帶來驚奇。
2018|RECIPLATE關鍵字:鉸接‧鋼接‧富勒圓頂學生初期發想,以台灣最熟悉的免洗烤肉餐具出發,將紙盤及長竹籤做為組合材料,將竹籤以「共點」形式嵌插在紙盤上,但構件共點等同節點和轉動端會轉動的「鉸接」,太多竹籤也容易在共點處產生衝突,改為「兩兩互制」形式後,結構即從鉸接變構件間角度不會改變的「鋼接」,有助於提升整體結構的靜不定度。
在以富勒圓頂的分割模式將紙盤組成足尺結構時,學生們發現形狀無法像預期中的圓,才發現問題出在竹籤的位置未能精準、嵌插接合也會滑拖位移。學生們以3D列印製作開孔用的模具,並讓部分紙盤疊合二至三層,強化紙盤的彎曲鋼性及提升與竹籤間的摩擦力,更在竹籤上套上透明吸管、膠管做固定套件,接地處更以木薄版為底,使整體更為穩固。簡單的材料構築出輕量堅固的結構,讓齋藤教授讚許這是座「連富勒本人都會感到驚訝」的作品。
圖文來源/《結構實境:整合實作的結構教學與研究方法論》(五南)
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