キャンチレバーで対岸の木を守る竹構造の橋

© 唐徐国

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中国の村の水路に架かる〈Bambow Bridge〉は、片持ち梁の構造形態により対岸の樹木を守る竹構造の橋です。橋の端部が対岸から切り離された様子はまるで「壊れた橋」のようであり、村における生活の場と畑などの労働の場を分ける水路に架かる橋として、山水画に絵画全体の入口として描かれる橋のような詩的な表現としても機能しています。

また、曲げやすく、焼いて曲げると時間経過とともに弾力性が向上するといった竹の特性を活かした合理的な構造となっています。中国の設計事務所 Atelier LAIが設計しました。

世界で注目される竹建築特集、竹のもつ特性とそれを活かしたサステナブルでヴァナキュラーな5つの建築

（以下、Atelier LAIから提供されたプレスキットのテキストの抄訳）

© 唐徐国

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中国の伝統文化において、橋は「情」と「志」に満ちたシンボルである。田舎の地域に橋を架けることは一種の記念や功績を讃えるものでもあり、伝統的な山水画において橋は絵画全体の入口という詩的な表現としても描かれる。

つまり、橋は物理的な物としてだけでなく芸術的なイメージもあり、橋を架けることは人々に利益をもたらす社会的な出来事でもある。

© 赵奕龙

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このプロジェクトは安徽省祁門県桃源村に位置する。幅10mの水路が村を横断し、村と農地を隔てている。 村民が農地に行きやすくするため、歩道橋を増設する必要があった。水路は生活と労働を分けるものであり、そこに架かる橋は畑や山への入口である。

村の裏山は竹で覆われている。竹で建てるということは、自然から素材そのものを取り出し、それを人間のために利用するということであり、地域の環境と資源に基づいた一種の建築方法論である。

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竹を用いた詩的な表現としての橋

直立は重力を最も端的に表現するものであり、曲げは重力を詩的に表現するものである。木造や石造とは異なり、竹そのものが曲げやすい性質をもっており、火で焼くという工程を経ることで、円弧の湾曲はよりしなやかになり、コントロールしやすくなる。

焼かれて曲げられた竹には、時間の経過とともに徐々に弾力性が生まれ、自然のプレストレスとなる。

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対岸の樹木を守る片持ち橋

10mのスパンの橋を架けるには、単純支持梁の橋やアーチ橋が最も適した構造選択である。

しかし、河岸の片側では、橋は2本の木に面しており、橋の基礎をつくろうとすれば間違いなく木の根を破壊することになる。そのため、木への影響を避けるため、片持ち梁構造を選択した。

© 唐徐国

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合理性を併せ持つ構造形態

ドイツの構造力学者クルマン（Kullmann）が1866年に描いた片持ち梁における構造主応力の軌跡から、一様な分布荷重を受ける片持ち梁の複雑な応力は、図の軌跡線に単純化できることがわかる。

つまり、応力線に沿って引張または圧縮を受ける2つの力棒として配置すると、構造の最大効率が得られる。これは、1890年に鋼トラスの片持ち梁桁として建設されたスコットランドのフォース橋のような、後のエンジニアが構造部材を格子状に配置する際の基本的な手法である。

© 唐徐国

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しかし、クルマンの原図と比較すると、実際の合理的な主応力線は湾曲しているが、工業化された鉄骨構造やコンクリート構造では曲げのコストが高いため、直線的な三角形単位のトラスとなってしまう。

竹の曲げ特性により合理的な応力線に近づけることができるため、工業化された材料よりも理にかなっている。

内部定荷重曲げモーメント

内部定荷重軸力

竹橋のモデリングと構造計算から、各竹竿の曲げモーメントは竹竿全体に均等に分布しているが、軸力は徐々に増加していることがわかる。これは、材料の特性と応力分布の仮定に合致している。

橋のデッキの手すりは橋本体と一体化されており、デッキの勾配は比較的緩やかで歩きやすい。橋本体の曲線は引張部材、直線は圧縮部材となっており、竹の曲げにおける短所を効果的に回避している。

© 唐徐国

竹構造における接合部は、技術的に重要な課題である。そこで接合部には鋼板やコンクリートの充填などにより補強し、さらにステンレスフープを増やすことで竹のひび割れや時間経過による強度低下の問題を解決した。

これにより、竹の強さだけに頼った片持ち橋が対岸に向かって飛び出し、張り出した空飛ぶ橋の絵が出来上がる。橋の端が対岸から切り離された様子はまるで「壊れた橋」のようであり、キャンチレバーという構造の不思議な感覚を強め、構造的な緊張感による詩的なドラマを生み出している。

Joist

Joist

Construction Processes

Construction Processes

Isometric

Site plan

Plan

Elevation

以下、Atelier LAIのリリース（英文）です。

Bambow Bridge
Client: Qimen Wannong Tourism Investment and Development co. LTD.
Architects: Atelier LAI
Topology: Bridge
Bamboo Construction: Shanghai Jingdao Bamboo Construction Design co. LTD.
Location: Shanli, Huangshan, An’Hui, China
Architect in charge: Keyuan Ma
Structural Consultant: Jiang Chang
Design Team: Chengying Gong, Yun Cheng, Xiaoyue Hu
Photographs: Xuguo TANG, Yilong Zhao
Structural System: Bamboo structure
Site Area: 20m²
Floor Area: 20m²
Design Period: 2018.03-2018.9
Construction Period: 2018.10-2019.5

Bridge, in traditional Chinese culture, is a sign full of “emotion” and “will”. On one hand, building a bridge in the countryside is a kind of merit or commemoration; on the other hand, “bridge” is a kind of poetic imagination, in the strategy of traditional landscape painting, it is the entrance and starting point of the whole painting. Not only the thing itself, the bridge is an artistic image that can be painted, and building a bridge is a social event that benefits the people.

The project is located in Taoyuan Village, Qimen County, Anhui Province. A 10-meter-wide water system runs through the head and end of the village, blocking the village and farmland. In order to make it convenient for the villagers to farm in the fields, an additional footbridge is needed. The water system is the dividing line between living and working, while the bridge is the entrance to the countryside. The back mountain is covered with bamboo. To build with bamboo, taking the material itself from nature and using them for the purpose of human beings, is a kind of construction methodology based on the local environment and resources.

After determining the materials for the construction of the bridge, what kind of poetic approach should we use to present the bridge?

Standing upright is the most straightforward expression of gravity, while bending is a poetic portrayal of gravity. Different from wood structure and stone structure, bamboo itself has good bendable toughness, and through artificial fire roasting technology, the arc curvature becomes more malleable and controlled. Processed bamboo, with the passage of time, will gradually produce resilience, which is a kind of natural prestress.

How to construct a bridge with a span of 10 meters, the simply supported beam bridge and the arch bridge are the most suitable structural selections. But on one side of the river bank, the bridgehead is facing two trees. if you want to make the foundation of the bridge, it will undoubtedly destroy the tree roots. Therefore, the cantilever beam structure is chosen in order to avoid affecting the tree.

Kullmann, a German structural mechanist, drew a structural principal stress trajectory of a cantilever beam in 1866. It can be seen that the complex stress of a cantilever beam under uniformly distributed load can be simplified to the trajectory line in the diagram, which is, when it’s arranged as a two-force bar under tension or compression along the stress line, the maximum efficiency of the structure is achieved. This is also the basis and method for engineers to grid the structural members later. For example, the Forth Bay Bridge, built in 1890, is a kind of steel truss cantilever beam.

However, comparing with Kullmann’s original drawing, we find that the real reasonable principal stress line is actually curved. However, in the industrial production of steel structure and concrete structure, the bending cost is higher. It explains why they are simplified to a straight triangular element truss. The bending characteristic of bamboo can be closer to the reasonable stress line and has a rational advantage over industrial materials.

Through the modeling and structural calculation of the bamboo bridge, it can be seen that the bending moment of each bamboo pole is well distributed evenly in the whole bamboo pole, while the axial force increases gradually. It is in accordance with the properties of the material and the assumption of stress distribution.

The handrail of the bridge deck is integrated with the bridge body and becomes the main structural height, while the bridge deck is relatively gentle and easy to walk. The arc on the bridge body is the tension bar, and the straight one is the compression bar, which effectively avoids the disadvantageous weakness of bamboo bending. The node of bamboo structure is the core technology. The joint is strengthened by steel sheet and concrete grouting in the bamboo tube, and the stainless steel hoop is added to solve the problem of bamboo cracking or the decrease of strength with the passage of time.

In the end, the bamboo cantilever bridge, relying only on the power of bamboo, flies out from one bank and goes straight to the opposite side, forming a picture of the overhanging flying bridge. The end of the bridge is separated from the opposite bank, like a “broken bridge”, which strengthens the sense of wonder of the structural form of the cantilever and forms a kind of poetic drama caused by the structural tension.

Atelier LAI 公式サイト

http://www.atelier-lai.com/