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台灣當代鋼構造建築之構築性思維

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Academic year: 2021

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(1)

行政院國家科學委員會專題研究計畫 成果報告

台灣當代鋼構造建築之構築性思維 研究成果報告(精簡版)

計 畫 類 別 : 個別型

計 畫 編 號 : NSC 97-2221-E-011-114-

執 行 期 間 : 97 年 08 月 01 日至 98 年 07 月 31 日 執 行 單 位 : 國立臺灣科技大學建築系

計 畫 主 持 人 : 施植明

計畫參與人員: 碩士班研究生-兼任助理人員:何文群 博士班研究生-兼任助理人員:張有一

處 理 方 式 : 本計畫可公開查詢

中 華 民 國 98 年 10 月 29 日

(2)

行政院國家科學委員會補助專題研究計畫 ■ 成 果 報 告

□期中進度報告

台灣當代鋼構造建築之構築性思維

Tectonic Thinking of steel-structure architectures in Taiwan

計畫類別:■ 個別型計畫 □ 整合型計畫 計畫編號:NSC 97-2221-E-011-114-

執行期間:2008 年 08 月 01 日至 2009 年 07 月 31 日

計畫主持人:施植明

計畫參與人員:張有一、何文群

成果報告類型(依經費核定清單規定繳交):■精簡報告 □完整報告

本成果報告包括以下應繳交之附件:

□赴國外出差或研習心得報告一份

□赴大陸地區出差或研習心得報告一份

□出席國際學術會議心得報告及發表之論文各一份

□國際合作研究計畫國外研究報告書一份

處理方式:除產學合作研究計畫、提升產業技術及人才培育研究計畫、

列管計畫及下列情形者外,得立即公開查詢

執行單位:國立台灣科技大學建築系

中 華 民 國 98 年 10 月 30 日

(3)

中文摘要

關鍵字:構築性、鋼構建築、台灣當代建築

本研究試圖以法蘭普頓(Kenneth Frampton)在《構築文化研究》(Studies in Tectonic Culture)所論證之「構築理論」,歸納建構分析架構來探討台灣新一代 建築師作品的構築性呈現。「構築性」(tectonic)的意義不只在於建築物本體建 成的條件,也是賦予空間形式意義並連接建築與在地情感的重要媒介,藉由「構 築性」可以了解建築師如何透過材料特性與營造工法去建造呼應在地性與構築文 化。透過「構築性」觀點的分析架構,審視台灣當代鋼構造建築作品如何呈現在 地性表情以及發展獨具特色的空間形式,並藉此探討構造技術如何回應在地思維 的設計模式。

針對近年來新生代建築師完成具有台灣本土特色的鋼構造建築進行構築性探

討。分析鋼構造建築的骨架系統、圍封系統與附屬構造探討系統本身的組構關係

以及三者之間的接合關係。研究發現相較於國外工業化構築方式以組構系統化構

件為主的鋼構造施工,台灣卻因為工程經費的考量而偏向工藝化的工匠焊接技

術,呈現一種就地取材的拼湊式構築術。

(4)

Abstract

Keywords: tectonic, steel-structure building, contemporary architecture in Taiwan.

This research attempts to demonstrate contemporary Taiwan architecture in tectonic theory expounded in the book, Studies in Tectonic Culture, written by Kenneth Frampton. We set up an analytic framework to represent the tectonic thinking in some Taiwan architects and show the regionalistic building style and unique spatial form in the study cases. ‘Tectonic’ is not only an ontological construction in structure technique but also an important medium to connect the meaning of spatial form and the emotion of environment and local culture. That is to say, in which way an architect uses materials and constructive technique can be able to respond to and enhance the locality and constructional culture. Additionally, we expect that this study can evaluates how the design method interacted with construction technique can respond to environmental consciousness and local culture in contemporary Taiwan steel architecture.

This study focuses on the steel structures which have become representative of

contemporary architecture in Taiwan in recent years, and also discusses the related

theories of architectonics. An analysis of the skeletal systems, enveloping systems,

and attached members of five glass and steel structures was undertaken in order to

elucidate the compositional relationship between the elements of each system and

how they are assembled. It was found that in comparison to the industrial architectural

practices of other countries which rely heavily on standardized component systems,

due to considerations of construction costs and a preference for technical

craftsmanship welding, the steel and glass buildings of Taiwan exhibit a kind of

tectonic bricolage which makes much use of locally available materials and skills.

(5)

目錄

壹、前言... 01

貳、研究目的... 01

參、構築術(tectonic)之文獻探討及案例分析架構... 01

肆、案例分析與研究 ... 02

一、研究案例說明 ... 02

二、案例分析 ... 03

(一)震災後重建導向之案例分析... 03

(二)非重建導向之案例分析... 09

三、案例比較探討 ... 14

伍、結論... 18

陸、參考文獻... 20

(6)

壹、前言

過去台灣建築的發展,在材料與營建工法上主要以鋼筋混凝土構造為主,其 建築風貌呈現出全球化現象下的普同性構築方式,而屬於鋼構造的建築作品則多 著重在高層建築領域上的工程技術發展,因此並未有運用地方特色思考構造特性 的建築表現,不僅無法反映建築呼應在地環境的特殊表情,在建築本體的構築方 式與外在的形式表現之間也沒有明顯的對話與回應。但因為九二一震災後對建築 結構性與施工時效性的需求,鋼構造構築方式逐漸出現在新生代建築師的操作 中,並呈現出因地制宜的構築手法與特殊樣貌的建築呈現,在構築形式背後似乎 隱含著對材料與工法的在地性思考。

法蘭普頓在《構築文化研究》一書中論及對「場所」的認知時認為, 「現代 建築文化的任何描述都必須承認結構工程扮演了決定性的角色」 (Frampton, 1995:

335) ,說明了「構築性」的意義連結了建築在地性表現與全球化通用工法間的關 係,而這關係的探討正可透過對現代建築的決定性角色—結構工法來切入,進而 發掘建築營建技術背後的在地性意涵是如何透過構築方式呈現於具體的建築作 品之上。

本研究針對近年來台灣當代鋼構造建築作品進行構築性的分析,首先對於技 術層面的構造方式進行分析,進一步再從形式操作手法探究鋼構造構築形式在

「骨架」與「圍封」之間的構築關係,嘗試建立「構築理論」與台灣當代鋼構造 建築的論證基礎。在研究方法上採取相關構築理論來建構案例分析架構,藉此探 討台灣當代鋼構造建築是否也已發展出有別於台灣長久以來以鋼筋混凝土構造 為主的構築性思維。

貳、研究目的

基於不同的構築方式應有不同的思維模式,1920 年代開始發展的現代建築 便揚棄了由磚石構築所建立的古典建築美學,試圖建立足以反映鋼筋混凝土構築 特性的建築美學,同樣的,1970 年代出現的高科技建築也試圖創造由金屬構造 與玻璃材料呈現的一套新的建築美學。由此可見構築方式不僅只是技術性層面的 問題而已,其中更隱含了值得進一步探究的構築性思維。本文目的即是透過對本 土鋼構造建築的探討,跳脫構造形式上的討論與評斷,而是延伸到對形式之下其 結構邏輯的發覺與體認,藉此提供當代建築另一種的構築思維:內在與外在形式 關係的重構或是一種物我關係的建立,並使以往在台灣較不普遍的鋼構造構築手 法有一清楚的呈現。

參、構築術(tectonic)之文獻探討及案例分析架構

在《構築文化研究》一書中,法蘭普頓透過對於古希臘字「tekton」的詞源

追溯,以及德國建築理論家森帕爾(Semper, 1803-1879)提出的建築四元素—土

方、框架/屋頂、爐床、圍蔽—而發展的衣飾理論(clothing theory),進而延伸到

對場所、人種/民族學的認知,由此界定了「構築性」議題的探討。法蘭普頓將

森帕爾提出的建築四元素分為兩個層面:土方和框架/屋頂屬於「建築存有

(7)

(ontological)元素」 ,而爐床和圍蔽則屬於「建築表象(representational)元素」,

因此透過存有/表象的觀點,其建立了「構築理論」的論證基礎。

由於森帕爾早期對希臘建築多彩飾法的研究基礎,使他認為大部分在圍封構 造中的建築元素包含了轉化的象徵意義,例如在對結構骨架來說是非必要的牆體 和屋頂上,他認為建築的象徵價值就等同於建築的圍封構造,在 1851 年出版的

《建築四元素》中提出了「衣飾理論」(Bekleidung or “dressing” thesis):骨架與 圍封兩者的關係如同「穿衣」的概念(Semper, 1851)。當森帕爾在 1851 年倫敦的 萬國博覽會上看見水晶宮的建造與展覽會場上展出的加勒比原始小屋時,也使他 注意到了建築的發展趨勢是可以將骨架與圍封分離的(Frampton, 1995)。因此「衣 飾理論」的概念不僅是森帕爾對於希臘建築在歷史上貢獻的詮釋,也可以說是對 後來鋼構造建築發展的一種預見。本文即透過德國建築師與理論家森帕爾所提出 的「衣飾理論」 ,界定出鋼構造建築的基本組構關係: 「骨架」與「圍封」系統。

根據上述所探討的鋼構造建築的組構關係,再加以在現代鋼構造系統當中的 附 屬 構 造 (Schulitz, Sobek, &

Habermann, 2000),本文將案例分 析架構分成三個部份:骨架系統 (S)、圍封系統(E)及附屬構造(A)。

在骨架系統中主要分析「主結構框 架」 、 「次結構框架」 、 「基礎處理」;

在圍封系統中主要分析「皮層構 件 」; 在 附 屬 構 件 中 主 要 分 析 樓 梯、遮陽、雨庇、欄杆等建築物的 附屬構件。針對三者之間的接合方 式更進一步分析作品的構築手法 [圖 1]。

肆、案例分析與研究 一、研究案例說明

近年來由於新建材與工程技術的大量開發與應用,造成新空間型態的出現,

在台灣當代建築作品中,呈現出了有別於過去而具時代意義的新樣貌。在欲以較 全面的觀點探討地域性鋼構造發展的研究目的下,本研究案例的選擇分成兩個方 向:第一類是在九二一震災之後,以重建導向為主要目的,並獲頒國內建築獎項 的鋼構造建築作品;第二類則是以在設計思考中強調了主動表現鋼構造特性意圖 的非重建導向的作品。試圖透過對這兩種類型的案例分析,呈現鋼構造建築在台 灣本土的構築性發展狀況[表 1]。

1:鋼構造建築分析架構圖

(8)

1 研究案例彙整表 案例

類型

案例 名稱

設計 年份

建築

用途 規劃設計者

潭南國小 姜樂靜 建築師

民和國中 震災後重建導向 南投縣921 震災後

重建校園

民和國小

2001 學校

林洲民 建築師 龍骨梯

綠光咖啡屋 半球溫室 太陽能廣場 非重建導向

台南縣新營五號 公園改造 (南瀛綠都心)

服務導覽中心

2006 公園

設施 葉世宗 建築師

二、案例分析

(一)震災後重建導向之案例分析

對於震災後以重建目的為導向的案例,選擇了位於南投縣內三個均以鋼構造 為建築主體設計的重建校園類型的作品,其分別是姜樂靜建築師設計的潭南國 小,以及由林洲民建築師設計的民和國中、國小。以這三個案例內五個以鋼構造 處理的建築體進行構築性探討,試圖透過在重建目的下訴諸鋼構造施工方式的構 造表現,探討低層鋼構造建築在本土初步發展時的構築想法。

1.南投縣潭南國小

潭南國小在平面上呈西北到東 南長向的矩形形式,骨架系統的主 結構框架是由 RH 型鋼的預製構件 組構而成,基礎的部份則以錨栓方 式接合至基礎的混凝土基座上。圍 封系統分成三個部分,屋頂的圍封 由 T 型鋼板與隔熱材構成,二樓樓 板以鋼承鈑與混凝土組合而成,而 結構框架之間的立面填充是由預鑄 水泥板、礦化板、金屬門窗和石板

共四種不同的材料構成。附屬構造的雨庇、欄杆和樓梯則是利用不同形式的型鋼 構件與金屬織狀的鐵絲網組構而成[圖 2]。

在接合方式上,屬於骨架系統的屋頂通風塔是以 RH 型鋼(150×150×7×10 ㎜) 與焊接的中介支承板(9 ㎜)以螺栓方式接合組構;通風塔底端再與坡面屋頂框架 的 RH 型鋼(350×175×7×11 ㎜)接合[圖 3]。在二樓外圍的出挑走廊部位則是以三 種構件形成一組結構框架單元:分別為上部的 RH 型鋼(200×200×8×12 ㎜)以及下 部變斷面腹板的 RH 型鋼(150~300×300×10×15 ㎜),上部與下部的型鋼構件透過 兩個ㄧ組的 L 型鋼所形成的張力桿件以螺栓方式懸吊接合[圖 4]。在骨架系統與 圍封系統的接合上,門窗構件、石板以及預鑄的水泥板是與型鋼腹板的外側面接 合,而礦化板材料則是接合至型鋼兩片翼板內的腹板上,因此建築師在思考骨架 系統與圍封系統的接合處理時,型鋼構件形成了兩種不同向度的構件表現性。而

2:潭南國小(東南向)

(9)

附屬構造的弧形雨庇、欄杆則是以 C 型鋼、鋼棒、方型鋼管混合焊接與栓接方 式接合在主體結構的 RH 型鋼上。

3:潭南國小-屋頂結構框架構築細部圖

4:潭南國小-主結構框架構築細部圖

2.南投縣民和國中教室區

民和國中教室區建築體在平面 上呈東西長向的矩形形式,骨架系 統在垂直向度上有兩種方式,在北 側二層的建築體上是由 RH 型鋼包 覆混凝土而形成 SRC 構造柱體,南 側單層教室則直接以外露的 RH 型 鋼處理柱體,在水平向度上則以 RH 型鋼樑構成長軸方向的小樑以及南 北短軸方向的屋頂框架[圖 5、6]。

主要的立面圍封系統以兩種方式處

理,分別是面向東西側的空心水泥隔間牆以及面向南北側的系統式門窗及實木飾 板,屋頂圍封則是以雙層絕緣材及鋼承板組構。屬於附屬構造的二樓陽台是以鋼 管及鋼板構件焊接組構成欄杆構件,並以 C 型鋼(200×200 ㎜)作為陽台底部的懸

5:民和國中教室區

(10)

臂框架;另外,附屬構造中的遮陽構件有兩種類型,北側二樓以型鋼與實木組構 成水平遮陽板,南側一樓出簷屋頂下則是利用結構圓鋼管、H 型鋼以及實木構件 組成斜向的遮陽板。

在骨架系統的接合方式上, SRC 柱與 RH 型鋼樑的結合有兩種方式,一種是 利用鋼板整合成一個連結垂直柱體與水平向度 RH 型鋼樑的接頭[圖 7]。第二種 則是利用鋼管構件以三維的角度栓接北側抬升屋頂的鋼樑。在骨架與圍封系統的 接合上,東西側的空心水泥磚接合在 RH 型鋼柱的腹板間隔內,南北側的系統門 窗及實木飾板則是以固定在型鋼翼板上的木框架作為整合的分割框架系統。而骨 架系統與附屬系統的結合處理,北側二樓的陽台構造是以型鋼構件與骨架系統上 的鋼樑透過中介板以栓接方式接合[圖 8]。

6:民和國中教室區-短向剖面圖

7:民和國中教室-屋頂結構框架構築細部圖

8:民和國中教室-北側教室二樓陽台構築細部圖

北側教室

2. PL-40x6@15cm 1. ø50x6 鋼管

3. C 型鋼(200x200)

(11)

3.南投縣民和國中圖書館

民和國中圖書館在平面上呈圓 形,其鋼構造的骨架系統可以分成 內 層 的 樓 層 框 架 與 外 層 的 屋 頂 棚 架,內外兩層結構均以 RH 型鋼為 主要構件,在外層骨架結構的一樓 部分以清水混凝土包覆形成 SRC 的 構造體,一樓以上的外層 RH 型鋼 構件則向心集中構成一個的錐狀屋 頂棚架。圍封系統部分除了以混凝 土包覆的一樓與二樓以磚牆砌築的

圍封牆體外,圖書館頂部天窗的圍封處理則是直接以系統門窗填入處理[圖 9]。

在骨架系統本身的接合方式上,屋頂棚架是藉由圓鋼管與內層的樓層框架以 栓接方式接合。骨架與圍封的接合處理則是在外部屋頂棚架上利用水平向的實木 做為 RH 型鋼構件之間的填充材料[圖 10]。另外屬於附屬構造的雨庇構件,是透 過埋設在清水混凝土構造中的鉸接支承座接合出簷的 H 型鋼構件,上部再以張 力鋼棒吊掛 H 型鋼構件,H 型鋼構件之間則是透過鋼管作為連結而形成雨庇的 框架,主出入口的雨庇構造是以雙層膠合玻璃(6 ㎜+6 ㎜)作為圍封材料,其餘窗 戶開口部位的雨庇構造則是以實木材料作為圍封材料[圖 11]。

10:民和國中圖書館-屋頂結構框架構築細部圖

11:民和國中圖書館-雨庇構造構築細部圖

9:民和國中圖書館

1.鋼棒(10mm) 2.L 鋼板(40x6) 3.L 接合角鐵(50x6) 4.膠合玻璃(6mm+6mm) 5.H 型鋼(120x60x6x6) 6.鋼管(50x3)

7.混凝土勾縫

8.TH 鉸接支承座(6mm)

1 2 3 4

5 6

7 8 1. 2@5x20cm 實木(垂直向) 2. 6x5cm 實木@15cm(水平向) 3. 鋼管(ø100x3)

4. 內外層鋼框架接合鋼管 5. 3x24cm 實木@30cm

6. H 型鋼(300x150)

(12)

4.南投縣民和國小簇群單元教室 民和國小簇群單元教室的鋼構 造屋頂,是在平面呈方形的四面混 凝土牆體基礎上的屋頂棚架,主要 的鋼構造骨架系統可以分成內外兩 層,透過鋼管構件栓接內外層的 RH 型鋼而構成錐狀的形式。內層的型 鋼骨架以鋼承板及 15 ㎝的混凝土作 為圍封材料,外層的骨架則以實木 構件做為具有遮陽功能的圍封材料 [圖 12、13]。

而屬於附屬構造的雨庇有兩種方式。一種是利用鋼管與 C 型鋼構成框架,

鋼板組構成的 T 字型支承架以螺栓方式接合雨庇框架與混凝土結構,結構補強 部分以 L 型鋼焊接而成,並使用鋼棒接合雨庇與混凝土結構體,再利用實木構 件做為水平方向的圍封材料[圖 14];另一種方式是利用 H 型鋼(200×200)與鋼管 (76×4)構成主要的支承結構,另一側則用 H 型鋼與混凝土結構以螺栓方式接合,

利用 L 型鋼在焊接至兩側 H 型鋼上面並與實木構件做螺栓接合構成完整個雨庇 框架,在與實木構件垂直方向的實木隔柵與塑膠玻璃作為水平面的遮雨與遮陽圍 封材料[圖 15]。

13:民和國小簇群單元教室-屋頂結構框架構築細部圖

14:民和國小簇群單元教室-雨庇構造構築細部圖

12:民和國小-簇群單元教室

1 2 3 4

1.鋼管(60x3)

5

2.鋼棒(10cm) 3.L 型鋼(40x40x3) 4.實木(3cmx5cm) 5.C 型鋼(100x50x5x7.5)

6.鋼承板+15cm RC

1.2@6x20cm 實木內襯 T 型鋼 2.6x6cm 實木格柵@18cm 3.內外層鋼框架接合鋼管 4.H 型鋼(150x300) 5.6x6cm 實木格柵@12cm

(13)

15:民和國小簇群單元教室-雨庇、遮陽構造構築細部圖

5.南投縣民和國小專科教室

民和國小專科教室建築體在平 面上呈南北長向的矩形形式,骨架 系統是由 RH 型鋼包覆混凝土而形 成 SRC 構造柱體,在水平向度上以 RH 型鋼樑構成建築體短軸方向的 屋頂框架[圖 16、17]。主要的立面 圍封系統與民和國中教室的處理方 式相同,分別以空心水泥隔間牆以 及系統式門窗及實木飾板處理。屬 於附屬構造中的遮陽構件以兩種方

式處理,面對簇群教室單元的西側以型鋼與實木組構成水平遮陽板(與民和國中 教室北側的處理手法相同);面對跑道的東側則是利用出簷屋頂面下的結構圓鋼 管、H 型鋼以及實木構件組成斜向的遮陽板(與民和國中教室南側的處理手法相 同)。

在骨架系統本身的接合方式上, SRC 柱與 RH 型鋼樑的結合有兩種方式,一 種是利用鋼板整合成一個連結垂直柱體與水平向度 RH 型鋼樑的接頭,第二種則 是利用鋼管構件以三維的角度栓接西側抬升屋頂的鋼樑[圖 18]。在骨架與圍封系 統的接合上,南北側的空心水泥磚接合在 RH 型鋼柱的腹板間隔內,東西側的系 統門窗及實木飾板則是以固定在型鋼翼板上的木框架作為整合的分割框架系 統。而骨架系統與附屬系統的結合處理,西側的水平遮陽與是透過型鋼構件與骨 架系統上的鋼樑以中介板的栓接方式接合[圖 18];東側的斜向遮陽則是以焊接至 屋頂鋼樑並固定在混凝土墩座上的結構圓鋼管接合水平方向的實木構件。

16:民和國小-專科教室 1.H 型鋼(200x200)

4.實木(5x19cm@105cm)

5.鋼管(76x4)

2.6+6mm 膠合強化玻璃 3.實木(3x5cm@8.5cm)

(14)

17:民和國小專科教室-短向剖面圖

18:民和國小專科教室-屋頂構造構築細部圖

(二)非重建導向之案例分析

對於非震災後以重建目的為導向的案例分析,是選擇位於台南縣治所在地的 新營市,台南縣政府對面名為「南瀛綠都心」的公園內的低層鋼構造作品。案例 選擇的考慮因素在於葉世宗建築師自己強調對鋼材輕盈特性之喜好以及近年來 其幾乎皆以鋼構造為其建築表現,因此以他在 2005 年完成的南瀛綠都心公園建 築群上多種機能類型的鋼構造建築為分析對象,由於建築師強調在這些案例中,

主要皆以台灣本土的鋼材與技術為主,因此在構築性所探討的場所意涵上是極適 合的研究案例,也試圖透過建築師主動在於鋼構造表現上的設計想法,探討本土 的低層鋼構造建築逐漸發展表現性的構築想法。

1.龍骨梯

由骨架系統與附屬構造構成的 龍骨梯,主結構是由線狀單一曲線 的圓鋼管構件(直徑 273mm)所形成 的龍骨。主結構所產生的軸向扭力 以 及 其 上 的 載 重 透 過 三 組 構 件 支 撐,於龍骨梯中間平台的部位以直 徑與龍骨相同的鋼管焊接龍骨並剛 接於牆體,龍骨梯的上段與下段再

分別以鋼管(直徑 48.6mm)鉸接於牆

19:龍骨梯外觀

鋼管(76x4) 3x5cm@7.5cm 水平實木遮陽板

(15)

體,另外也透過龍骨鋼管自身的大口徑特點承受整體結構的扭力;屬於附屬構造 的樓梯構件則透過建築師構思的接合方式和骨架系統的龍骨構成整體[圖 19]。

骨架與附屬構造的接合方式是以主龍骨鋼管上焊接的兩片結構用鋼板(材質 ss41,厚度 10mm)作為中介翼板,梯階支撐構件的弧形碳鋼管再以上下弦的形式 焊接至中介翼板上;弧形碳鋼管兩端以十字型鋼板(厚度 6.0mm)焊接至兩片欄杆 鋼板的夾合間隙中,欄杆底端的圓孔套接梯身構件的結構碳鋼管(直徑 60.4mm)。

透過上述方式,梯階支撐構件與兩側的梯身構件即透過欄杆鋼板構件接合一起;

弧形碳鋼管與強化玻璃的梯階面之間,以焊接的爪具托座栓接不銹鋼系統玻璃爪 具(材質 sus316)以及玻璃夾具(材質 sus304),再接合至梯階面的玻璃鉆孔[圖 20]。

20:龍骨梯-樓梯構造構築細部圖

2.綠光咖啡屋

由骨架、圍封系統與附屬構造 構成的綠光咖啡屋,主結構框架由 直線形圓鋼管構件焊接成桁架柱樑 框架,在與地面基礎接合的部份以 錨 栓 接 合 , 形 成 剛 接 的 地 面 端 基 礎。除了以剛性的結構框架支撐玻 璃屋頂面與玻璃牆面之外,在剛性 框架間再以張力纜索支撐牆面玻璃 板;圍封系統分成屋頂面的雙層結 構玻璃與牆面的結構玻璃;附屬構

造則有屋頂面上的鋁百葉及入口處的雨庇構件[圖 21]。

本案的接合方式可以藉由水平向度的屋頂面、雨庇構件以及垂直向度的玻璃 牆面來探討。在水平向度上,桁架樑上部透過兩種手法支撐玻璃屋頂面:星形爪 具與強化玻璃背擋。在屋頂面玻璃交接點處以焊接在桁架樑上弦鋼管的星形爪具 支撐;屋頂玻璃板的中間點,以焊接在桁架樑上的鋼板構件接合透明強化膠合玻 璃(10mm+10mm)作為玻璃屋頂面的支撐背擋。屋頂面外部安裝的鋁製遮陽板以 扁鋼構件焊接至桁架樑上,扁鋼構件穿過屋頂面玻璃板間以矽氧樹脂密封黏接的 連接縫。雨庇構件的斜向拉桿透過玻璃牆面內桁架柱上焊接的鋼板構件支撐,焊

21:綠光咖啡屋外觀(北向立面)

玻璃爪具

欄杆柱

梯身鋼管

(16)

接的鋼板構件穿過牆面玻璃板間以矽利康密封黏接的連接縫;水平的雨庇玻璃板 則藉由焊接至桁架柱的 T 型鋼構件上的玻璃爪具支撐[圖 22]。在垂直向度上,立 面的玻璃牆面藉由桁架柱上焊接的星形爪具支撐四片玻璃板的接點,在柱距之間 以鋼纜索系統上緊固纜索的抗拉鋼棒焊接星形爪具,再藉著星形爪具支撐玻璃板 [圖 23]。

22:綠光咖啡屋-屋頂面及雨庇構件構築細部圖

23:綠光咖啡屋-牆面構築細部圖

3.半球溫室

由骨架系統與圍封系統構成的 半球溫室,主結構框架是由線狀單 一曲線的拱構件所形成,拱構件種 類 有 南 向 球 體 的 主 、 次 結 構 圓 鋼 管、北向球體的板片狀箱型拱以及 中間東西方向的組合型鋼,三者之 間的連接以及拱構件地面基礎端以 剛接方式處理;圍封系統的皮層構 件分別是南向球體的綠色預力錨釘 結構玻璃,以及北向球體鋼板框架 內的透明強化膠合玻璃[圖 24]。

在骨架與圍封系統的接合方式上,南向球體的鋼管結構框架與玻璃頂面間,

鋼製的一體式懸臂支架以螺栓夾具方式固定在主結構鋼管(直徑 165mm)上,懸臂

24:半球溫室外觀

(17)

支架兩端上部透過焊接在次結構鋼管上的鋼管座而以螺栓方式固定,懸臂支架兩 端下部以爪具托座加以螺栓接合星形爪具,再透過玻璃夾具懸掛不同形狀與大小 的玻璃板構件[圖 25]。

25:半球溫室-屋頂面構築細部圖

4.太陽能廣場

由骨架系統與圍封系統構成的 太陽能廣場,主結構框架由線狀單 一曲線的弧形圓鋼管以及直線形的 圓鋼管構成一個三維框架,兩側扇 形框架內各九支次結構鋼管以鉸接 方式接合至主結構鋼管,次結構鋼 管之間再加上直線形的拉力鋼管結 合。地面基礎端部分,是四支主結 構鋼管(兩支直線形、兩支弧形),以 剛接方式接合至地面端的 H 型鋼

上;圍封系統以太陽能光電板膠合結構玻璃構成,也使玻璃板同時具備遮陽功能 [圖 26]。

在骨架與圍封系統的接合方式上,屋頂框架及屋頂面是透過不銹鋼纜索系統 (直徑 14mm)接合:鋼纜索在主結構鋼管上的接點是透過焊接的鋼板構件接合,

鋼纜索與次結構鋼管的交接點是利用焊接在鋼管上的鋼板與鋼索緊固件接合[圖 27]。而在鋼纜索與光電板玻璃面的接合處,是以鋼纜索交點上的緊固件焊接星 形爪具,再透過玻璃夾具支撐屋頂面之光電板玻璃面[圖 28]。

26:太陽能廣場外觀

(18)

27:太陽能廣場-結構框架、鋼纜索及光電板構件構築細部圖

28:太陽能廣場-結構框架、鋼纜索及光電板構件構築細部圖

5.服務導覽中心

由骨架、圍封系統與附屬構造 構成的服務導覽中心,主結構框架 由 H 型鋼及矩形鋼管構成屋頂框 架,由圓鋼管構成支撐屋頂框架的 支柱。圓鋼管與屋頂框架在建築物 的長軸向以鉸接方式連接。北向五 組斜向鋼管支柱的地面端以鉸接方 式接合至混凝土墩座,其餘垂直鋼 管支柱則以剛接方式處理地面端基 礎;在圍封系統的皮層構件中,外

層大面弧狀屋頂面使用德國進口的綠色系統中空板(厚度 10mm),二樓內層屋頂 面以綠色預力錨釘雙層結構玻璃(厚度 10mm+8mm),二樓牆面則以綠色預力錨 釘結構玻璃圍封(厚度 12mm);附屬構造主要有電梯及樓梯,其主要構件以 H 型 鋼為主[圖 29]。

本案接合方式的探討可以分成兩個面向:二樓內層骨架與圍封之間的接合處 理,透過桁架樑鋼管上弦焊接的二片三角形鋼板,以螺栓接合玻璃板背擋,另再 以星形爪具與玻璃夾具以螺栓接合方式固定在三角形鋼板上部,內層屋頂面即透 過玻璃板背檔及玻璃爪具兩種方式支撐[圖 30]。另外,屬於附屬構造的樓梯構件

29:服務導覽中心外觀

次結構鋼管(6 吋)

(19)

之間的接合處理,以鋼板夾具(材質 sus304)支撐玻璃梯階面兩端至 H 型鋼的梯身 構件上,梯階面的玻璃板中間的支撐以不銹鋼固定件與配合彎矩力的倒山形玻璃 板背擋。另外,梯欄杆柱下端以鋼板(厚度 20mm)直接焊接至梯身構件的 H 型鋼 的腹板上[圖 31]。

30:服務導覽中心-2 樓內層屋頂面構築細部圖

31:服務導覽中心-樓梯構造構築細部圖

三、案例比較探討

透過三種構築系統的角度探討本土的鋼構造建築作品,顯示出了鋼構造構築 思維逐漸轉變的構築方式[表 2]。比較重建導向與非重建導向案例在構築系統上 的差異可以發現,震災後以重建目的為導向的鋼構造作品,為了因應重建的施工 效率與防震的結構性能,大多強化了骨架系統的構築表現,並多以直線形式構成 的幾何形發展結構框架,在這種以骨架系統為主的構築表現中,圍封系統的構築 材料仍多以過去慣常使用的系統門窗、實木飾板、鋼承板灌注混凝土板等方式填 入結構框架內。另一方面,在非重建導向的鋼構造案例上,骨架系統與圍封系統 之間的關係,開始轉變了過去這種填入框架作法的構築方式,而是開始在骨架系 統與圍封系統之間嘗試以不同構件與不同材料處理接合,骨架系統的幾何形式也 開始出現非直線形的幾何結構框架。

為進一步探討上述這種本土鋼構造構築方式的發展趨向在重建導向案例與

非重建導向案例上的差異,以下再進一步針對案例在構築系統中的構件特性與接

合方式進行探討。

(20)

2 研究案例整體構築系統-形式匯整表

震災後重建導向 非重建導向

潭南國小 民和國中 民和國小

南瀛綠都心

案例名稱

構築系統

案例 1 主體建築

案例 2 教室區

案例 3 圖書館

案例 4 簇群教室

案例 5 專科教室

案例 1 龍骨梯

案例 2 綠光咖啡屋

案例 3 半球溫室

案例 4 太陽能廣場

案例 5

服務導覽中心

骨架系統圍封系統

-

附屬構造

(樓梯)

(雨庇)

(欄杆)

(樓梯)

(遮陽)

(欄杆)

(雨庇) (遮陽)

(遮陽)

(遮陽)

(遮陽)

(樓梯)

(欄杆)

(遮陽)

(雨庇)

-

(樓梯) (樓梯)

(欄杆)

在探討構件的處理特性上,區分成鋼材成品構件及訂製構件,其中的成品構 件再區分成不改變鋼材制式規格、形式的不加工構件,以及藉由改變制式鋼材形 式以完成組構的加工構件;訂製構件則是無法以單純加工方式處理鋼材,而需特 別訂製或開模製造的構件。而在探討接合方式上,則區分成需要現場工匠技術進 行焊接以及採用預製方式進行計劃組裝的兩種接合手法[表 3]。

在重建導向的案例中,除了民和國中、國小在骨架系統中的 SRC 柱頭,是 利用鋼板焊接加工而成的鋼製柱頭構件,並以輔以現場焊接方式進行接合之外,

其餘以重建為導向的案例中,其構築方式多是以成品構件為主,並透過中介支承 板以螺栓接合的預製組裝方式進行建造。在非重建導向案例中,綠光咖啡屋與服 務導覽中心,骨架與圍封系統是以不加工的鋼材組構而成,呈現出構件使用的系 統化。但其他三個案例則使用較多的非系統化的構件,在龍骨梯案例中,其組構 構件均為加工後的構件(龍骨鋼管、弧形碳鋼管、鋼翼板);而在半球溫室案例中,

除了玻璃爪具為成品構件外,其餘在骨架、圍封系統上使用了加工構件(半拱形

鋼管)與訂製構件(懸臂式夾具);在太陽能廣場中,在骨架系統上使用了加工構件

(21)

的鋼管,在圍封系統上使用了訂製的光電板膠合玻璃。在接合方式中則可以發現 骨架系統、圍封系統與附屬構造三者之間的接合方式是以工匠技術介入的現場焊 接方式多於預製組裝方式,非重建導向案例中的半球溫室與服務導覽中心,在骨 架與圍封系統所構成的建築整體上考慮了預製組裝的構築方式;二個不使用系統 化構件的龍骨梯與太陽能廣場案例,整體組構是藉由本土鐵工匠現場焊接技術;

案例中的綠光咖啡屋案例,其在材料上使用了系統化的構件,但在接合方式的處 理時,又必須透過工匠的現場焊接處理骨架系統(鋼管桁架)、圍封系統(玻璃板) 與附屬構造(鋁百葉、雨庇)之間的接合,呈現出工藝化的構築手法。

因此,透過對各案例構件特性、接合方式的比較後發現,在重建導向與非重 建導向的鋼構造案例之間,其整體構築性的表現呈現出一種工業化與工藝化的基 本差異。

3 研究案例整體構築性分析表 骨架系統 構造形式

構件 特性

接合 方式 構築分析

案例

主要 構件

構件

形式 成品 成品 加工

訂製 構件

現場 焊接

預製 組裝

構築性表現

1

潭南國小 H 型鋼

直線

2

民和國中-

教室大樓 H 型鋼

直線

3

民和國中-

圖書館

鋼管

H 型鋼

直線

4

民和國小-

簇群教室

H 型鋼

C 型鋼

直線

5

民和國小-

專科教室 H 型鋼

直線

工業化

6

南瀛綠都心-

龍骨梯 鋼管 曲線

7

南瀛綠都心-

綠光咖啡屋 鋼管 直線

8

南瀛綠都心-

半球溫室 鋼管 曲線

9

南瀛綠都心-

太陽能廣場 鋼管 直線

曲線

10

南瀛綠都心-

服務導覽中心

鋼管

H 型鋼 直線

工藝化

藉由對於構件特性與接合方式的比較,以及兩類型案例在整體構築性表現上

所具有的工業化與工藝化的差異下,將構築細部的處理歸納出下述八種具表現性

的鋼構造構築手法[表 4]。第一種手法是鋼板加工構件的柱樑接頭,利用鋼板構

件焊接構成 SRC 柱上端接合 RH 型鋼樑的整合式接頭,透過柱樑接頭亦可以整

合屋頂上的雨水天溝以及雨水排水管;第二種手法是不同向度支撐鋼管的柱樑接

頭,利用鋼管構件以螺栓的方式將上揚屋頂面的 RH 型鋼樑框架與垂直向的 SRC

柱接合,並藉此留設出教室空間內側向高窗的部位;第三種手法是內外兩層鋼構

框架的錐狀屋頂棚架,透過鋼管構件連接內外兩層的型鋼構件,並利用型鋼構件

(22)

的方向性(T 型鋼、H 型鋼),將實木格柵構件接合至型鋼構件上;第四種手法是 處理水平向度承重玻璃板的玻璃爪具,將圍封系統在垂直向度上常使用玻璃爪具 手法用於水平向度可承重的梯階面玻璃上;第五種手法是結構框架與強化玻璃背 擋、玻璃爪具的組合,以強化玻璃構件及玻璃爪具作為水平向度屋頂玻璃板的支 撐構件,呈現出構件使用的變化性,並可藉由玻璃構件的透明特性及爪具的輕質 特性創造出結構的透明性;第六種手法是懸臂式支架與玻璃爪具的組合,透過訂 製的懸臂支架構件連結主、次結構的圓鋼管,並以懸掛方式支撐圍封系統,呈現 出外露骨架的表現性;第七種手法是鋼纜索系統與玻璃爪具的組合,以具輕質特 性的鋼纜索系統支撐圍封系統,形成骨架與皮層構件之間接合的張力效果;第八 種手法是以不銹鋼固定件、鋼板夾具與結構玻璃背擋的組合,以強化玻璃構件作 為梯階面下部的支撐構件,透過系統化夾具的組裝式處理,達成結構透明的特色。

在上述這八種手法的組構關係中[表 4],可以看出皆以骨架系統為組構基 礎,在重建導向的案例中,設計者主要的構築表現的都是骨架(S)與骨架(S)之間 的組構關係,但在非重建導向的案例中,構築手法的表現嘗試在骨架(S)、圍封 (E)、附屬構造(A)三者之間進行處理,且在同樣的組構關係中,設計者也開始嘗 試以不同的構件形式以及接合處理來表現鋼構造構築特性時,構築手法開始藉由 鐵工匠的焊接技巧,呈現了較多的工匠式的「工藝化」構築特色。

由上述對於案例整體構築系統與細部構築手法的比較可以發現,從初期重建 導向案例中「工業化」的構築性到後來非重建導向案例中較具「工藝化」的構築 性表現,設計者為達成鋼構造的表現性,開始結合了人力成本較國外低廉的本土 鐵工匠現場焊接的技術以進行細部接合的設計,藉此也可以看見全球普同認知的 鋼構造建築其構件系統化及預製組裝的工業化特色,在台灣本土反而融入了較多 設計者設法解決形式問題的工藝化特色。設計者為達成鋼構造空間形式的表現,

以加工構件或是訂製的構件配合現場焊接工法來處理鋼構造的接合處理。

(23)

4:具形式表現性的細部構築手法表

圖示 手法說明 組構關係

鋼板加工構件的柱樑接頭 骨架(S)-骨架(S)

不同向度支撐鋼管的柱樑接頭 骨架(S)-骨架(S)

內外兩層鋼構框架的錐狀屋頂棚架 骨架(S)-骨架(S)

水平向度承重玻璃板的玻璃爪具 骨架(S)-附屬(A)

結構框架、玻璃爪具、強化玻璃背

擋的組合 骨架(S)-圍封(E)

懸臂式支架與玻璃爪具的組合 骨架(S)-圍封(E)

纜索系統與玻璃爪具的組合 骨架(S)-圍封(E)

玻璃固定件、結構玻璃背擋與玻璃

夾具的組合 骨架(S)-附屬(A)

伍、結論

綜觀研究案例整體的構築形式表現,在震災後重建導向的案例中,潭南國小

將布農族家屋傳統的木構造轉化成鋼構造的骨架系統,不僅透過骨架系統明確的

表達出設計意涵,也清楚的呈現出圍封材料填入骨架系統的構築手法;民和國中

教室區(東西長向)以及民和國小的專科教室(南北長向),在骨架系統、圍封系統

以及附屬構造三者之間幾乎使用相同的構築手法,除了在柱頭與遮陽部位上表現

出使用工業化構件的構築表現外,對於地域環境的考量似乎未能反應在構築手法

的表現上;民和國中圖書館以及民和國小的簇群教室,透過雙層鋼構框架的錐狀

(24)

屋頂形式,呈現了鋼構造在骨架系統上可以呈現的形式彈性,也透過鋼構件的特 性整合實木材料的接合處理。在重建導向的五個研究案例中,可以發現設計者在 骨架系統上的強調,表現出了反映重建時效及結構性能的鋼構造構築形式。

而在非重建導向的案例中,龍骨梯的主要構築元素-龍骨鋼管,以厚重的構 件支配了整體的構築形式,附屬構件的樓梯元件再以輕巧的方式依附在主結構鋼 管上;綠光咖啡屋藉由內部的骨架系統與鋼纜索系統支撐外部的圍封系統,使其 玻璃板構件得以透明方盒的外觀形式融入環境;半球溫室的骨架以外露的方式表 現了球面構築形式的變化性,也藉此形式發揮了在公園地景中柔化街道轉角的功 能;太陽能廣場簡單的外觀形式是以鋼管骨架結合能源科技的太陽能電池所構 成,背後的構築技術是本土自行施作的玻璃膠合光電池技術以及緊湊佈置的鋼纜 索系統,以達成其外在形式的簡潔感;服務導覽中心則是透過對於大跨度鋼構造 的掌握,以上揚的大面曲線屋頂引進通風效果,並同時考量空間機能與建築物理 環境而產生的高腳屋造型,創造一個具景觀連接意義並可供活動使用的場所。在 非重建導向的五個研究案例中,設計者均以不同的構件以及接合方式來表現出考 量技術及地域環境的鋼構造構築形式。

透過鋼構造組構關係與接合方式的分析,台灣目前鋼構造構築表現中的這種 工業化與工藝化交互運用的情形,即是因為受到本土的鋼構件成本與技術的限 制,所以無法像國外的鋼構造普遍使用由廠商整體開發出的成品與構件進行構築 行為。在西方國家以組構系統化產品的方式進行建造的過程,在台灣卻因為構件 的成本考量而必須融入人工成本相較於國外低廉的工匠技術,西方國家鋼構造建 築的「工業化」構築方式在台灣又融入了現場工匠技術的「工藝化」表現,這樣 的鋼構造構築方式在西方國家不僅不易實現,整體鋼構造建築的組構品質也較無 法精確控制,若是設計階段對於整體結構系統化思考的不明確,極易造成構築邏 輯的紊亂現象。但是相對的,在相較於國外工業化系統組裝的表現性上,台灣本 土所擁有的工藝化技術條件,也能使得設計者在細部處理上可以表現出更多的主 觀設計意涵與地域特色。

《拼貼城市》(Collage city)一書中曾引用當代著名的文化人類學家李維史陀 斯(Claude Lévi-Strauss)的說明:「在我們中間仍然存在著一種行為,從技術層面 來講,它使我們很好地理解什麼樣的科學是我們傾向稱作為『先驗』的,而不是 從思維層面所認為的『原始的』 ,這就是通常在法語中所稱的『拼湊 bricolage』」。

透過本文的案例分析可以發現,設計者因為建造經費、施工技術等因素影響,其 為表達鋼構造構築特色的呈現,只能利用現品或自行在預算限制下進行接合細部 的構築手法,由受限制的觀點來看,無論是在材料的使用層面、構件的設計層面、

以及細部接合的處理方式上,均可以發現台灣目前鋼構造的構築方式呈現出這樣

的「拼湊(bricolage)」手法:在條件與技術限制的情況下,利用可以取得的現有

材料及可以掌握的工法進行設計需求的處理,呈現出同時表現工業化與工藝化構

築性的鋼構造建築。

(25)

陸、參考文獻

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度特刊 空間設計細部規劃 》 ,第 120-129 頁。

數據

表 1  研究案例彙整表  案例  類型  案例 名稱  設計年份 建築用途 規劃設計者  潭南國小  姜樂靜  建築師 民和國中 震災後重建導向 南投縣921 震災後 重建校園  民和國小  2001 學校 林洲民  建築師 龍骨梯  綠光咖啡屋  半球溫室  太陽能廣場 非重建導向 台南縣新營五號公園改造 (南瀛綠都心)  服務導覽中心  2006 公園設施 葉世宗  建築師 二、案例分析  (一)震災後重建導向之案例分析  對於震災後以重建目的為導向的案例,選擇了位於南投縣內三個均以鋼構造 為建築主體
圖 15:民和國小簇群單元教室-雨庇、遮陽構造構築細部圖 5.南投縣民和國小專科教室  民和國小專科教室建築體在平 面上呈南北長向的矩形形式,骨架 系統是由 RH 型鋼包覆混凝土而形 成 SRC 構造柱體,在水平向度上以 RH 型鋼樑構成建築體短軸方向的 屋頂框架[圖 16、17]。主要的立面 圍封系統與民和國中教室的處理方 式相同,分別以空心水泥隔間牆以 及系統式門窗及實木飾板處理。屬 於附屬構造中的遮陽構件以兩種方 式處理,面對簇群教室單元的西側以型鋼與實木組構成水平遮陽板(與民和國中 教室北側的處理手
圖 17:民和國小專科教室-短向剖面圖  圖 18:民和國小專科教室-屋頂構造構築細部圖 (二)非重建導向之案例分析  對於非震災後以重建目的為導向的案例分析,是選擇位於台南縣治所在地的 新營市,台南縣政府對面名為「南瀛綠都心」的公園內的低層鋼構造作品。案例 選擇的考慮因素在於葉世宗建築師自己強調對鋼材輕盈特性之喜好以及近年來 其幾乎皆以鋼構造為其建築表現,因此以他在 2005 年完成的南瀛綠都心公園建 築群上多種機能類型的鋼構造建築為分析對象,由於建築師強調在這些案例中, 主要皆以台灣本土的鋼材與技術為主
圖 27:太陽能廣場-結構框架、鋼纜索及光電板構件構築細部圖 圖 28:太陽能廣場-結構框架、鋼纜索及光電板構件構築細部圖 5.服務導覽中心  由骨架、圍封系統與附屬構造 構成的服務導覽中心,主結構框架 由 H 型鋼及矩形鋼管構成屋頂框 架,由圓鋼管構成支撐屋頂框架的 支柱。圓鋼管與屋頂框架在建築物 的長軸向以鉸接方式連接。北向五 組斜向鋼管支柱的地面端以鉸接方 式接合至混凝土墩座,其餘垂直鋼 管支柱則以剛接方式處理地面端基 礎;在圍封系統的皮層構件中,外 層大面弧狀屋頂面使用德國進口的綠色系統中空板(厚度
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參考文獻

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