我在学生时代曾参加过日本结构设计师大野博文的评议课钢结构雨棚资料，课上大野博文分享了函馆市某改造后的有轨电车站的雨棚设计，由于客流等功能需求，候车区宽度需要由原来的1.2m加宽至1.7m，这给轻量化结构设计带来了挑战。
结构设计：大野宏
“最初雨棚的悬臂方案有箱型钢和T型钢两种，综合考虑雨棚厚度和用钢量后，突然冒出了用下垂钢板做雨棚面的想法。综合考虑风雪荷载和自重后，确定了起升高度和构件尺寸。”
▲垂直和水平荷载计算简图
整体结构设计完成了1.7m悬挑雨棚，形成了富有节奏感、连续、无柱的雨棚下空间。本期将以此解决方案为切入点，与大家分享几个雨棚案例。
▲工厂预制构件（柱脚工字型配重混凝土走道）
▲工人现场使用砝码检测雨棚位移
面对不同尺度的空间（广场、道路、庭院等），雨棚的结构选择和表现形式也是多样的。
与广场连续的天篷——葡萄牙国家馆
建筑师：阿尔瓦罗·西扎
结构设计：Cecil Balmond
葡萄牙国家馆雨棚跨度70m，厚度只有20cm，在这个规模下算是很薄了。采用预应力拉索混凝土，更密集的拉索和预应力有效控制了混凝土的裂缝。混凝土的配重有效降低了风吸力下屋面的竖向扰动，也保证了拉索的稳定性。两侧墙体高度均为14m，以平衡拉力。拉索与墙体之间的节点核实后会分享给大家。
▲14米高的侧墙
下方的大空间保证了与码头的视线不受干扰，可以进行正常的活动。当人们走在下面时，强烈而厚重的结构感扑面而来。屋顶在与两侧纵墙连接处戛然而止，露出了电缆。光线透过缝隙照进来，照亮了这里的节点，为巨大的纪念性建筑增添了细节。
▲ 连接墙面的线缆
▲ 电缆生产
▲受力图
支撑错位——Misumi 天篷
建筑师：Ney & Partners
结构设计：Ney & Partners /Oak Structural Design
三隅天棚位于熊本市的海边小镇，周围的山势起伏不大，为了与周围环境相融合又不显得太过显眼，天棚采用了这种宽度为4m的单面悬挑方式。
▲ 屋顶很轻，铰接在柱顶
雨棚钢板厚度根据受力大小由12mm变为9mm，柱顶铰接，营造出悬浮屋面的氛围，弧形的柱道使柱间形成一定的间距，从而达到抗弯、抵抗雨棚倾覆的效果。
▲ 交错的立柱提供了抗弯能力
（图中两根柱子不在同一平面）
月棚——汉堡中央火车站
建筑师：Silcher，Werner+Redante Architekten，汉堡
结构设计：SBP
汉堡中央车站在建筑形式上与三隅屋盖类似，但建筑师选择了弧形形式，因为流线方向性很强，而且由于下面有地铁隧道，所以柱子只能在一侧，在外侧。这种形式要求让结构工程师决定采用弧形梁受力机制。悬臂的弯矩转化为弧形梁无扭矩向内的拉压环力。
雨棚顶部采用悬挑薄型空心钢板，节省材料，下方悬挂玻璃幕墙，整体来说，这是一座非常具有雕塑感的建筑，也成为了汉堡的地标建筑。
SBP还在柏林建造了单侧悬臂式车站，由外柱和从中央楼梯延伸出来的核心筒支撑。我第一次看到这个方案时很震惊。我猜想，由于柱排是直的，端部和中间的高度差会让混凝土屋顶产生一定的凸曲率，以抵抗倾覆力矩。其原理类似于曲梁。
建筑师：gmp·Architekten von Gerkan, Marg und Partner
结构设计：SBP
▲柏林中央火车站
悬吊式车棚 - 海尔布隆火车站站台
建筑师：Auer+Weber+Architekten
结构设计:sbp
海尔布隆车站的基本框架由三排立柱组成。为了减少可见的支撑结构，1.96mx 1.87m 的钢化玻璃单元通过特殊节点悬挂在缆绳上，看起来非常透明。玻璃向一个方向略微倾斜，以便积水向一侧排出。
▲ 仅有三块框架，让棚子显得十分通透
▲ 悬挂玻璃节点
纸飞机 - 珀斯机场入口处雨棚
建筑师：伍兹贝格
珀斯机场入口雨棚造型灵感来源于飞翼，主体结构为桁架结构，表面包裹高性能PTFE膜材，可适应多种平面形态，具有优异的耐久性和透光性。
▲ 包裹式座舱盖看上去就像一架折纸飞机
蝙蝠伞 - 里约高尔夫锦标赛遮阳篷
建筑设计：Rua Arquitetos
这个位于里约奥林匹克高尔夫球场的雨棚有点像我们平时用的雨伞，支撑梁铰接在柱子顶端，非常细长，上部通过钢索拉紧，欢迎大家讨论这是如何实现的。有趣的是，雨棚上的雨水通过柱子收集到地下，通过循环系统灌溉。在雨水充沛的巴西，可以说充分利用了。
▲精致的柱顶铰链节点
▲ 通过框架柱回收雨水
打开和关闭雨伞 - 侯赛因清真寺天篷
建筑设计：未知
这把位于沙特阿拉伯的超级雨伞，工作原理和雨伞类似，不使用时自然下垂，有重要活动时则利用某种机械液压装置（我猜）将支撑杆向上推，拉紧雨棚膜，这样不仅可以采光钢结构雨棚资料，还可以通过打开不同的大伞来划分功能区域，实用又有趣。
▲ 不活动时关闭状态
▲ 棚架
▲ 大伞设计图
泡泡棚 - Heringer 社区中心顶棚
建筑师：WerkGemeinschaft Gutenberger
赫林格社区中心的顶棚在形式上是悬臂梁，但在覆盖充气ETFE膜之后，向下的荷载就转化成了膜的拉力，达到了自平衡，更像是壳体的受力。黄昏时分，充气膜会呈现出非常漂亮的色彩。
瑞士阿劳公交站雨棚也采用类似结构，采用钢架支撑，透明雨棚采用ETFE膜材料，印有气泡造型，中间镂空的封闭弧形边缘构件有效平衡了缆索内力，下方采用交叉斜立柱，推测计算时考虑了倾覆力矩的需要。
建筑设计：Vehovar & Jauslin Architektur
▲ 电缆与边缘构件连接节点
▲对接焊气垫
步行亭——121亭
建筑设计：Acomixing | 博峰建筑
121号展馆半隐于上海浦东张衡路180号绿地南侧树林之中。由于单柱结构表现力太强，建筑师最终选择了双十字柱来实现让人向外看的想法。屋顶采用内凹弧形钢板，建筑师希望柱子与顶板融为一体，所以没有选择柱顶铰和板下的柱支撑。
▲ 解决方案的演变
但如何把板底做平整呢？考虑到施工难度大，且整个预制过程现场不涉及明火，在柱顶做了平整的支撑板，支撑板上的螺栓穿过钢板上预制的孔，现场安装十分方便。
我很喜欢的一个细节是纵向的白色箱形梁，两侧可以用较薄的木材支撑，箱形梁嵌入长凳中，不增加任何支撑空间，成为天然的装饰。
严肃的面孔 - 格劳宾登州议会入口
建筑师：Valerio Olgiati
最后给大家分享一个很有意思的后建雨棚入口，入口处只有一个坡道，为了让残障朋友也能享受到和正常人一样的待遇，两边双层铜质栏杆做成了扶手，简洁又温馨。
▲“悬空柱”及扶手
主体结构为悬挑梁，厚重的“严肃面”让人很容易忽略远处的细柱，“严肃面”下端几乎脱离地面，仿佛悬浮在屋顶上，从正面走向它时，仿佛有种失重感。
▲“严肃脸”与扶手
还有一些有趣的遮阳篷案例，限于篇幅，无法一一介绍，因此仅列出来供大家欣赏。
参考
1. 日本大学建筑设计讲座
2.DARCH结构设计。
3.
4.王方吉,庄申,董晓.模糊1-2-1亭建筑及结构设计[J].时代建筑,2016(2):122-127.
