公共建筑设计原理 -悉尼歌剧院悉尼歌剧院（Sydney Opera House）位于澳大利亚悉尼市贝尼朗岬角。整个建筑占地1.84公顷，长183米，宽118米，高67米，相当于20层楼的高度由丹麦设计师约恩伍重（Jorn Utzon）设计。这座综合性的艺术中心，在现代建筑史上被认为是巨型雕塑式的典型作品，也是澳大利亚的象征性标志，被联合国教科文组织列入世界文化遗产名录。悉尼歌剧院不仅是悉尼艺术文化的殿堂，更是悉尼的灵魂，清晨、黄昏或星空，不论徒步缓行或出海遨游，悉尼歌剧院随时为游客展现不同多样的迷人风采。悉尼歌剧院的外型犹如即将乘风出海的白色风帆，与周围景色相映成趣。悉尼歌剧院是从20世纪50年代开始构思兴建，1955年起公开徵求世界各地的设计作品，至1956年共有32个国家233个作品参选。建设从1959年3月开始，直至1973年10月竣工，斥资1亿零200万澳大利亚元完成建造，为了筹措经费，除了募集基金外，澳大利亚政府还曾於1959年发行悉尼歌剧院彩券。每年在悉尼歌剧院举行的表演大约3000场，约二百万观众前往共襄盛举，是全界最大的表演艺术中心之一。歌剧院白色屋顶是由一百多万片瑞典陶瓦铺成，并经过特殊处理，因此不怕海风的侵袭，屋顶下方就是悉尼歌剧院的两大表演场所音乐厅(Concert Hall)和歌剧院(Opera Theater)。音乐厅是悉尼歌剧院最大的厅堂，共可容纳2679名观众，通常用於举办交响乐、室内乐、歌剧、舞蹈、合唱、流行乐、爵士乐等多种表演。此音乐厅最特别之处，就是位於音乐厅正前方，由澳大利亚艺术家Ronald Sharp所设计建造的大管风琴(Grand Organ)，号称是全世界最大的机械木连杆风琴(Mechanical tracker action organ)，由10,500个风管组成，此外，整个音乐厅建材使用均为澳大利亚木材，忠实呈现澳州自有的风格。一.公共建筑的总体环境布局总体环境布局的空间与环境在设计设计公共建筑时，应和其他类型的建筑一样，其空间组合不能脱离总体环境孤立地进行，应把他放在特定的环境之中，去考虑单体建筑与环境之间的关系，即考虑与自然与人造的环境特点相结合，才有可能将建筑融于环境之中，做到两者水乳交融，相互储存，凝结成为不可分割的完美整体。悉尼歌剧院是20世纪最有特色的建筑之一是座综合性的艺术中心。在现代建筑史上被认为是巨型雕筑式的典型作品。同时也是世界著名的艺术表演中心。2007年6月28日被联合国教科文组织评为世界文化遗产。歌剧院位于悉尼湾的南部一个人造小半岛上，其总面积为2.2公顷，由588个沉降于海平面以下25米得混凝土墩支撑。其中长183米，宽120米的建筑群占据了1.8公顷。整栋建筑建造在一块混凝土基座上，其入口开向南边，以97米宽的台阶同路面相连。这个建筑群可大体分为三个部分：最大的两组风帆沿南北方向排列，以略呈V字形的方式在南部收拢。它们分别以三面风帆面向北部的海湾，另一面则面向南面迎接观众和游客，风帆张开的“嘴”上则覆盖着茶色的玻璃幕墙。另一对小风帆位于它们的西南处，位于其中的乃是贝尼朗餐厅。整个建筑最高处为西面大厅的顶点，它距离海平面67米。实践证明，只有充分考虑环境的特色，才能处理好室外的空间关系。这是因为合理的空间布局，是取得紧凑的空间组合，良好的通风采光，适宜的日照朝向以及方便的交通联系等的必要基础。另外合理的总体布局能够使建筑与周围环境之间做到因地制宜，关系紧凑，从而具有一定的经济意义。再者，合理的总体布局，能够比较妥善的处理个体与整体在体量、空间、造型等方面的良好关系，使建筑与周围环境之间相互协调，既能为建筑创造优美的气氛，还能起到美化与丰富城市面貌的作用，这在建筑环境艺术问题上，也是不容忽视的。公共建筑室外空间环境设计，概括起来有三个方面，即利用环境、改造环境与创造环境。当然这三个方面不一定单独出现，也不一定同时出现，而应视具体情况而定。有的利用原有环境多一些，有的则需要更多地对原有的环境进行改造，也有的对原有的环境即利用又改造，甚至为了使总体布局更加完整，还需要创造环境。总之，无论出于哪种情况，都需要把建筑与与周围的空间环境设计成为一个统一的整体，使之尽量完美。依照构思意图创造环境公共建筑室外空间的环境设计，应利用环境中的有利因素，并充分发挥其中固有的景观特色，服从创意构思的需要，经过加工改造，使环境的意趣能为总体布局的设计意图服务，这在室外空间组合中，是一项极为重要的工作，但是往往原来固有的环境条件存在这一定的局限性，或多或少的与设计意图相矛盾，甚至有时环境现状与设计意图存在着极大地矛盾，这时就应强调在保留有利因素的基础上，着力改造原有环境中的不利因素，以适应环境设计的需要。悉尼歌剧院，是澳大利亚表演艺术中心，又称海中歌剧院，坐落于悉尼湾的一个突出部，东、西、北三面环水，南面对着植物园。是一座构思独特，设计超群的建筑物，那些濒临水面的巨大的白色壳片群，与周围环境融为一体。从远处望去，它宛如从蔚蓝海面上缓缓回来的一簇白帆；又如一簇簇盛开的花朵，在蓝天、碧海、绿树的衬映下，婀娜多姿，轻盈皎洁；而在近处看，它又像被海浪涌上岸的一只只贝壳，斜竖在海边。无论从陆地、海洋、或者天空的角度看上去都有美的感受。悉尼歌剧院整个建筑占地公顷，南北长，东西宽，高，相当于一座层楼的大厦。总建筑面积，包括一个有座的大音乐厅，一个有座的歌剧厅，一个可容多人的剧场和一个小音乐厅。此外，还设有排演厅、接待厅、展览厅、录音厅以及戏剧图书馆和各种附属用房（如餐厅、小卖部等）共多个房间，同时可容多人在其中活动。整个建筑群的入口在南端，有宽的桃红色花岗岩铺面大台阶。车辆入口和停车场设在大台阶下面。悉尼歌剧院的外观为三组巨大的壳片，耸立在巨型现浇钢筋混凝土结构、表面覆盖着花岗岩的基座上。组白色的帆状屋顶由块大“海贝”组成。第一组壳片在地段西侧，四对壳片成串排列，三对朝北，一对朝南，内部是大音乐厅。第二组在地段东侧，与第一组大致平行，形式相同而规模略小，内部是歌剧厅。第三组在它们的西南方，规模最小，由两对壳片组成，里面是餐厅。其他房间都巧妙地布置在基座内。主体建筑由块每块重.吨曲形混凝土预制件拼成块贝形尖顶壳。香港建筑风水规划设计院贾哲蘅最后总结说：悉尼歌剧院的整体造型设计就象归海之螺，剧院按照自己所处位置的特点而进行选址，这是古代风水形法之关键。 剧院的这些“贝壳”依次排列，前三个一个盖着一个，面向海湾依抱，最后一个则背向海湾侍立，该建筑在风水形法中又称“母子群”，互相照应、互相关爱。高低不一的尖顶壳远远望去，既象竖立着的贝壳，又象两艘白色帆船飘扬在海面上。整体建筑神似河螺归海，河螺在海岸边进退自如，所以悉尼在国际上声望很高总之，建筑室外的具体环境条件，既有制约的一面，又有可利用的一面，也有经过加工改造可兹创新的一面。在具体设计时，应对周围环境的基础条件做周密的调查与研究，从整体布局出发，充分利用环境的有利因素，排除其不利因素，根据需要改造环境，甚至创造环境，以满足设计创意的需求，使室外空间环境 更加臻于完美。二.公共建筑的功能关系与空间组合功能分区与设备技术 悉尼歌剧院的外观为三组巨大的壳片，耸立在一南北长186米、东西最宽处为97米的现浇钢筋混凝土结构的基座上。第一组壳片在地段西侧,四对壳片成串排列,三对朝北,一对朝南,内部是大音乐厅。第二组在地段东侧，与第一组大致平行,形式相同而规模略小，内部是歌剧厅。第三组在它们的西南方，规模最小，由两对壳片组成,里面是餐厅。其他房间都巧妙地布置在基座内。整个建筑群的入口在南端,有宽97米的大台阶。车辆入口和停车场设在大台阶下面。 歌剧院整个分为三个部分，歌剧厅、音乐厅和贝尼朗餐厅。歌剧厅、音乐厅及休息厅并排而立，建在巨型花岗岩石基座上，各由4块巍峨的大壳顶组成。这些“贝壳”依次排列，前三个一个盖着一个，面向海湾依抱，最后一个则背向海湾侍立，看上去很象是两组打开盖倒放着的蚌。高低不一的尖顶壳，外表用白格子釉磁铺盖，在阳光照映下，远远望去，既象竖立着的贝壳，又象两艘巨型白色帆船，飘扬在蔚蓝色的海面上，故有“船帆屋顶剧院”之称。那贝壳形尖屋顶，是由2194块每块重15.3吨的弯曲形混凝土预制件，用钢缆拉紧拼成的，外表覆盖着105万块白色或奶油色的瓷砖。歌剧厅较音乐厅为小，拥有1547个座位，主要用于歌剧、芭蕾舞和舞蹈表演。内部陈设新颖、华丽、考究。为了避免在演出时墙壁反光，墙壁一律用暗光的夹板镶成。地板和天花板用本地出产的黄杨木和桦木制成，弹簧椅蒙上红色光滑的皮套。采用这样的装置，演出时可以有圆润的音响效果。舞台面积440平方米，有转台和升降台。舞台配有两幅法国织造的毛料华丽幕布。一幅图案用红、黄、粉红3色构成，犹如道道霞光普照大地，叫“日幕”。另一幅用深蓝色、绿色、棕色组成，好像一弯新月隐挂云端，称“月幕”。舞台灯光有200回路，由计算机控制。还装有闭路电视，使舞台监督对台上、台下情况一目了然 。音乐厅是悉尼歌剧院最大的厅堂，共可容纳2679名观众，通常用于举办交响乐、室内乐、歌剧、舞蹈、合唱、流行乐、爵士乐等多种表演。此音乐厅最特别之处，就是位于音乐厅正前方，由澳洲艺术家Ronald Sharp所设计建造的大管风琴(Grand Organ)，号称是全世界最大的机械木连杆风琴(Mechanical tracker action organ)，由10,500个风管组成 。 壳体开口处旁边另立的两块倾斜的小壳顶，形成一个大型的公共餐厅，名为贝尼朗餐厅。每天晚上接纳6000人以上。其它各种活动场所设在底层基座之上。剧院有话剧厅、电影厅、大型陈列厅和接待厅、5个排列厅、65个化妆室、图书馆、展览馆、演员食堂、咖啡馆、酒吧间等大小厅室900多间。休息室设在壳体开口处，配有大片玻璃墙面，由2000多块高4米，宽2.5米的法国制造的玻璃板镶成，临墙眺望，白天绚丽的悉尼湾风光一览无遗，夜晚市内的万家灯火，尽收眼底。结构技术分析1、无法实现的设计结构方案壳体结构的优越性体现在重力作用下, 可通过自身的薄膜应力来抵抗外荷载, 当受风力作用时,壳体所受的向上风吸力, 只要小于壳体自重即可, 此时壳结构产生的内应力大部分是压应力, 当壳体凸面向上平放时, 对混凝土这种耐压性能好的材料, 采用壳体结构型式是十分合适的. 然而, 悉尼歌剧院的屋顶壳体结构并非是凸面向上平放, 而是斜向悬挑, 在重力作用下, 屋顶内应力已不是薄膜压应力,当受风力作用时, 风力施加于壳体凸面, 反而在与壳体自重联合作用下, 增加了壳体的倾覆倾向, 这违背了壳体的基本受力状况, 所以约翰伍重最初设计屋顶时考虑的壳顶厚度100 mm, 壳底厚度500 mm 的壳结构是无法实现的。2、最终定案的拱肋结构组合体悉尼歌剧院在外观整体上看, 有由十对壳体组成的3 组白色壳状屋顶, 两个剧院占用两组大的壳体, 另外一组小壳体为餐厅, 其中歌剧厅、音乐厅与休息厅并排而立, 各由四块巨大的壳状屋顶覆盖, 这些壳状屋顶依次排列, 前三个一个盖着一个, 面向海湾依抱, 最后一个则背向海湾侍立. 可以认为, 单个壳体之间的组合是其屋顶的基本组成成分. 与巨大的壳形屋顶相协调的是底部高达19 m 的基座, 这为屋顶结构提供了一个有效地抗侧推力的手段( 图7) . 在扇形肋拱间形成的空的部位的结构组合上,采用梁板式结构体系, 以拱肋的主体结构为基础, 于拱肋上搭梁, 并且因交接处应力的集中, 在结构交接处的部位梁截面较厚, 从而形成了这样的一个传力体系, 来自屋面板的压力传递给梁, 再传递给作