新材料新技术在现代建筑设计中的应用

从法兰克福商业银行设计解析新技术在建筑中的运用

摘要

福斯特及其事务所设计的法兰克福商业银行大厦, 被称作为“一个带有空中花园的活力激发器”“一个巨大的广告柱”“一座经济塔楼”和“唯一真正的摩天楼”。对这座商业银行大厦的各种评价表明了德国人对高层建筑所持有的双重矛盾的情感，高建筑因消耗大量能源经常遭到批评, 同时它又成了超越城市统一性、显示经济利益实力的象征。这座塔楼之所以引发如此多的议论, 是因为它在环境问题上将各种可靠的技术完整地统一在一幢高层建筑中, 并再次证明既有益于工作人员的身心健康, 又有益于城市的生态环境。本文在简介生态建筑含义的基础上,侧重探讨高技术生态建筑的设计理念及发展途径，旨在分析其方法及原理,对我国生态建筑是很好的借鉴。

关键词

法兰克福；新技术；可持续发展；创新

引言

当今社会是一个广泛强调可持续发展的社会。人类的建筑行为往往在很大程度上伴随着资源环境的破坏,同时在能源方面建筑业又是个耗能大户。如今,我国正从事大规模城市建设,面临着能源紧张、环境污染、基础设施滞后等一系列生态问题。随处可见的现代化高层办公楼,几乎采用同一基本模式:封闭不透风的壳体,设备核心部分设在建筑物中心,采用空调和强制通风,人工照明,与自然环境隔绝,导致人们在其中停留时间太长时生理上会有不舒适的觉。因而建筑业开始尝试运用生态学理论,研究设计能与自然形成良性循环的生态建筑。

所谓生态建筑,简而言之就是将生态学原理运用到建筑设计中而产生的建筑,是21世纪最有前途、最有魅力的建筑形式之一,也是建筑技术的发展方向。说得具体一些,生态建筑就是根据当地的自然生态环境,运用生态学、建筑学以及现代高新技术,合理安排和组织建筑与其它领域相关因素之间的关系,与自然环境形成一个有机的整体。它既利用天然条件与人工手段制造良好的富有生机的环境,同时又要控制和减少人类对自然资源的掠夺性使用,力求实现向自然索取与回报之间的平衡,寻求人、建筑(环境)、自然之间的和谐统一。

一、背景介绍

工业主义建筑的设计理念主要体现在20世纪60年代以后的高层建筑中。大都以适应工业生产为目标，强化以物为中心而缺乏对人性的关怀，如密斯的方盒子建筑在世界范围的流行。福斯特从大学开始对工业建筑设计理念的反思，意识

到工业建筑设计理念缺乏对人性的关怀，他强调人类与自然的共同存在，而不是相互抵触，强调要从过去的文化形态中吸取教训，提倡那些适合人类生活形态需要的建筑方式。他使建筑形体在强调对材料和结构率真表达的同时，重视建筑的人性表达；强调建筑与周围环境的和谐和与城市文脉的整合，赋予工业主义建筑以人文化。

法兰克福是德国第五大城市，位于莱茵河中部的支流美因河的下流。法兰克福不仅是德国金融和高科技业的象征，还是欧洲货币机构汇聚之地，该建筑位于法兰克福银行业区的中心位置，建筑规模约10万平方米，基地非常小，建筑平面呈三角形。大楼1994年由震名全球建筑界的英国建筑师诺曼-福斯特设计，于1997年竣工，1995年5月交付使用，大楼周围由约四层高的裙楼围绕，主体塔楼共53层高约259米，楼顶另有40米高的桅杆塔，裙楼结构包括一个银行大厅、一个观众厅、商店、公寓和一个有屋顶的广场，裙楼面积大约3万5千平方米，另外塔楼面积8万五千平方米。

二、结构分析

法兰克福银行的结构设计属于巨型结构，也叫做超级框架结构，有意识的通过处理给人以超常的尺度感。从而营造出宏伟，挺拔的建筑形式。建筑结构使用巨型空间桁架、巨型柱以及它们与子结构之间的有机组合在建筑空间形象上充分表现了“力”在结构中的传递。平面为三角形, 三角形的曲线形边使空间率达到最大值，也就是说三角形略微外鼓获得了更多的室内面积。由于内部空间从水平力的负担中解放出来，只对垂直荷载进行处理就可以了，所以空间使用率提高。通过八层楼高的钢框架为“巨型梁”连接而围成的巨型筒体系。具有极好的整体效应和抗推刚度，其中“巨型梁”产生了巨大的“螺旋箍”效应选择三角形形状也是为了克服已存在的Commerzbank塔楼的位置限制。该大楼具有“生态之塔”的美称。49层高的塔楼采用弧线围成的三角形平面，三个核构成的三个巨型柱布置在三个角上，巨型柱之间架设空腹拱梁，形成三条无柱办公空间，其间围合出的三角形中庭。

法兰克福银行大厦是高层绿色建筑的一次成功的尝试。在福斯特的设计理念下，传统的办公塔楼进行了内外环境的重新配置，他将传统位于塔楼中央的公共交通等核心（电梯，步梯，洗手间等）分散在建筑三角形平面的三个角，而解放出中部较大的空间来重新设计，每2个交通核之间的梯形部分则是建筑的主要办公部分，三个梯形又围合出一个空透的三角形中庭。福斯特的过人之处是在这

些梯形部分每隔8层就安排了1个高达4层（约14米）的commerzbank平面图空中花园，而且花园是错落上升设置的，这让每层的办公室都可以接触到花园般的景色。同时，中庭和空中花园的设置使得在全年的大多数工作时间里，该大厦仅靠自然通风和采光手段已经满足内部通风和采光的需要。

二．建筑材料及应用的分析

法兰克福银行是一座高层生态建筑。建筑外皮双层设计手法同样增加了该高层建筑的绿色性，外层是固定的单层玻璃，而内层是可调节的双层中空玻璃，两层之间是165毫米厚的中空部分，室外的新鲜空气可进入到此空间，当内层可调节玻璃窗打开时，室内不新鲜的空气也进入到这一中空部分，完成空气交换。在中空部分还附设了可通过室内调节角度的百页窗帘，炎热季节通过它可以阻挡阳光的直射，寒冷季节又可以反射更多的阳光到室内。中庭被细分为每十二层一段,每一段包括三个四层楼高的空中花园，它们绕塔楼成120度转角。这个空中花园,好像给塔楼外墙增加了一层“皮肤”,同时促进了日光和新鲜的空气通过三面的花园到达具有建筑整个高度的中庭以获得自然通风效果。风洞分析预知这个系统将会造成中庭如外面的空间一样,伴随着高频率的空气改变。此外，法兰克福商业银行中心大楼采用了经过陶瓷化耐火处理的钢材，而不是钢筋混凝土。如果遇上大的火灾，至少可以坚持2小时不会坍塌，有足够的时间营救与撤离。

三.建筑施工中的通风采光及建筑设备的分析

建筑使用者们通过调节开口大小来控制空气在办公室中的流动。但是，如果室内变得太多风、太热或太冷,建筑管理系统将会关闭空气进入建筑物个别区段的流程。不同的区段合起来被称为村落组团‟。即由分别回应每个村庄团的气候状况BMS工作得如同一个微调系统。每个花园都有一个将适当的数据传送到BMS的气象台监视器,它使得系统能够主动与塔楼高度各处的天气式样的变化相配合。举例来说,空气可能是相对静止的。除非在极少数的严寒或酷暑天气中，整栋大楼全部采用自然通风和温度调节，将运行能耗降到最低，同时也最大程度的减少了空气调节设备对大气的污染。建筑管理中控系统（BMS Control）在法兰克福商业银行总部大厦中得到了应用，但这次福斯特并非追求将高新技术设备充分暴露，而是利用它们来创造更节能，更舒适的建筑空间。大厦的室内感光感温系统全部采用自动化，具体到每个办公室均由一个中心调控系统控制，室内的光照，温度，通风等均通过自动感应器得到相应的调整，以确保办公空间适当的光照和空气质量，上述种种自然通风，采光方法，以及智能控制技术等在法兰克