经典再读235 | 结构大师坎德拉力作：圣母显灵圣牌堂，海帕面几何体的极致之舞

圣母显灵圣牌堂

Iglesia de la Medalla de la Virgen Milagrosa

建筑设计：费利克斯·坎德拉

建成时间：1955年

项目地点：墨西哥城，墨西哥

在墨西哥生活工作的岁月里，50岁的费利克斯·坎德拉（Felix Candela Outeriño）开发出了著名的钢筋混凝土薄壳结构，俗称“cascarones”，这使得他成为20世纪中期最伟大的结构师之一。

01

20世纪西班牙/墨西哥结构大师

费利克斯·坎德拉

坎德拉1910年出生于马德里，26岁时因西班牙内战而“流亡”至墨西哥，在大洋彼岸开启了自己硕果颇丰的职业生涯，为墨西哥的建筑和结构工程发展带去了重要影响。

抵达墨西哥后，坎德拉先从事建筑设计工作；直到1949年，他开始研究使用钢筋混凝土薄壳结构建造建筑。他的生涯高光集中在20世纪50年代至60年代。在此期间，他负责了300多件作品和900多个项目。而许多大型项目都是墨西哥政府给他的，比如宇宙射线馆。[1]

他使用双曲抛物面（hyperbolic paraboloid，简称“hypar”，中文译为“海帕”），在墨西哥城大学城的宇宙射线馆项目（Cosmic Ray Pavilion，1951）里第一次实验了直纹表面；又将4个海帕体组成“雨伞”状（umbrellas），在翘曲结构的圣母显灵圣牌堂项目（Church of the Medal of the Miraculous Virgin，1955）里将其运用至极致。

基于这种二次曲面，他又设计了位于Lomas de Cuernavaca的开放教堂（Open Chapel，1958），一个由倾斜平面切割而成的单叶结构；位于Xochimilco的Los Manantiales餐厅（1958），四个鞍座相交组成建筑的腹股沟拱顶，以及位于Cuautitlán的百加得装瓶厂（Bacardi bottling plant，1960）。[2]

坎德拉在他的一生中非常努力地工作，以证明钢筋混凝土在结构工程中的真实性质和潜力。在圆顶或壳状建筑中，钢筋混凝土的效率极高。这些形状消除了混凝土中的拉力。他还试图用最简单的方法解决问题——在壳体设计方面，他倾向于依靠壳体的几何特性进行分析，而不是复杂的数学手段。他遵循了西班牙结构工程师Eduardo Torroja和哥伦比亚结构工程师Guillermo Gonzalez Zuleta带来的启示。1950年左右，当坎德拉的公司开始设计薄片状结构时，他本人也开始研究期刊和工程文章，以尽可能多地获取信息。由此他开始质疑钢筋混凝土在弹性假设下的表现，并最终得出他们彼此完全不一致的结论。[3] 坎德拉不止一次地说过，对他来说，对结构的分析是一种“爱好”。

在职业生涯后期，坎德拉在墨西哥成为了一名教授；1971—1978年他曾移居美国，在芝加哥的伊利诺伊大学任教。

02

海帕面几何体的极致之舞

圣母显灵圣牌堂

圣母显灵圣牌堂坐落在墨西哥城内的一片住宅区的转角处，占地31米×53米。这座教堂是坎德拉的代表作，各种海帕面几何体在建筑内得到充分的运用。

“宗教建筑一般都是只有一层楼高的建筑，其功能很简单，事先就被完美地定义了；而结构是其构成的主要元素。”

——费利克斯·坎德拉[4]

据说教堂委员会想要一个传统的哥特式风格教堂，执行过程中也没有怀疑过他们可能会得到其他东西，直到建筑建造完成时他们才意识到自己得到了一个完全不同设计风格的教堂。

教堂的平面朴实无华，唯一的创新在于结构设计。坎德拉对能设计一座教堂的机会感到格外兴奋，其单层的结构、高耸的外观及独特的功能，为他提供了创造“超凡之作”的机会。他想要将钢筋混凝土的极限发挥到极致。从这一点来看，圣母显灵圣牌堂确实很“哥特”（英文“gothic”亦有“野蛮的”的意思）。

教堂的结构由弯曲的表面组合而成，除了侧面的小礼拜堂外，所有面都是抛物面，厚度为1.5英寸或更薄。

坎德拉在圣母显灵圣牌堂中使用了和他其他项目类似的施工程序，包括使用倒伞型做建筑基础。针对区域内土壤承载力差的问题，这种做法十分经济。然而，教堂的模板还是与其他建筑的外壳有些不同。当双曲抛物面设计具有小翘曲时，形板可以提供足够的曲率，以便直板可以使用。

在其外部结构中，主要的山墙“中殿”和两侧的混凝土“山峰”非常突出。入口处的正面，彩色玻璃窗充当三角形的墙壁，让自然光进入室内。

而教堂的内部是整个建筑最美丽的部分。坎德拉坚持认为，虽然教堂外观主要是为了吸引人们进入，但内部才是建筑的关键表现特征。

“（这个方案）有关于创造一个富有表现力的内部空间，一个从内部欣赏的环绕式雕塑。但这个雕塑不能是反复无常和武断的，必须对结构平衡的外部规律做出反应。”

——费利克斯·坎德拉[4]

教堂主空间的构成是类似混凝土结构的延续，成排的海帕结构把主厅空间包括在内，仅仅是简单的序列重复就创造出震撼人心的空间效果。无论在平面还是空间上都充满着柔曼的旋转，因此产生出明暗对比丰富的空间，这和美洲巴洛克教堂空间异曲同工。

为了论证结构的有效性，坎德拉和同事先后制作过21个比较模型，在双曲面的几何体强调重量感的同时，保证各种向上的线条仍能营造出一种升腾感。

虽然结构是最显眼的重点，但是坎德拉对细节和材料的设计也没有半点懈怠。钟楼、十字架、旋转楼梯全部采用钢筋混凝土之外，在侧墙用了红砖，家具和门全部采用红杉木，门窗为铁件。

在圣坛上方有一面砖墙，圣器与三幅画悬挂于此：圣母及其两翼的一对天使。

教堂的彩色玻璃窗则由来自墨西哥城的建筑师José Luis Benllure设计。

《坎德拉：壳体建造者》（Candela: The Shell Builder）一书作者科林·法伯尔（Colin Faber），如此总结圣母显灵圣牌堂：

“圣母显灵圣牌堂的独特品质在于它是一个高度个人主义的建筑声明，但这样的建筑永远不可能被一个当代建筑师构思或至少执行，因为它首先是一个非常复杂的工程游戏。我从没见过有人对此无动于衷；它的效果则是这样的：几乎一夜之间，它让坎德拉成为了世界著名的壳体结构设计的主要实践者。”[3]

注释：

[1]https://en.wikipedia.org/wiki/F%C3%A9lix_Candela

[2]https://arquitecturaviva.com/libros/felix-candela-5

[3]Faber, Colin (1963). Candela: The Shell Builder. New York: Reinhold Publishing.

[4]Candela, “Iglesia de la Virgen Milagrosa.”

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