结构大师系列—坎德拉
菲利克斯·坎德拉(Felix Candela、1910-1997)，生于西班牙，拥有西班牙和墨西哥双重国籍，结构工程师、建筑师。混凝土薄壳大师，其设计的双曲抛物面屋顶灵活多变、轻盈飞舞。
早年经历
坎德拉生于马德里，17岁进入马德里建筑学院学习。1936年获得奖学金准备去德国留学，但就在这时爆发了西班牙内战(Spanish Civil War)，他决定参军抵抗独裁者弗朗西斯科·弗朗哥。在军队中坎德拉担任工程兵职务，战败后翻越庇里牛斯山逃亡到法国圣西普里安（Saint-Cyprien）的难民集中营。在那里，他被告知墨西哥愿意接收他们这批难民。就这样，年近30岁的坎德拉踏上了逃亡墨西哥的路途。
坎德拉最著名的作品 墨西哥的霍奇米洛克餐厅
墨西哥（1939-1968）
坎德拉于1939年6月份踏上他完全陌生的墨西哥，此后近30年的时间，墨西哥是他工作和生活地方，他的主要作品也集中在墨西哥。一开始并不顺利，断断续续参与了一些项目的建设。直到1941年，他获得墨西哥国籍以后，才在一个西班牙人的施工公司中谋得一份稳定的工作。
1946年，坎德拉离开原来的施工公司，与合伙人一起创办了一家设计事务所，主要设计墨西哥城内的项目。在1950年他成立建设公司（Cubiertas Ala），承接设计到建造的全过程业务，推广标准化伞形混凝土屋面。期间还投资参与拍摄了两部电影，但均告失败，不然我们要称其为电影制片人坎德拉了。
坎德拉对曲面壳体理论的兴趣从学生时代起从未间断过，不断自学研究混凝土薄壳的理论。50年代初开始，他的作品中开始出现那些飞舞飘逸的混凝土薄壳。在他超过900个实施的项目中，飞舞的双曲抛物面（H.P.）薄壳屋面已成为他的标签。
序幕
宇宙射线亭（Pavilion of Cosmic Rays/1951）
宇宙射线亭
该展馆由墨西哥国立自治大学（National Autonomous University of Mexico）出资建造，专门用于宇宙射线的测量。该展馆包含两个实验室空间，每个实验室平面尺寸为35英尺（10m）x40英尺（12m），试验条件要求屋顶是非常薄的壳体， 这是宇宙射线穿透的条件。
结构主要的框架是三榀混凝土双层拱，混凝土屋面覆盖在二层的混凝土拱上。壳体采用双曲抛物面(H.P.)薄壳，跨度10m，在其最厚点的顶部也只有5／8英寸（1.5cm）。整个结构轻盈优雅。
这个项目以后，坎德拉开始崭露头角，拉开了他对双曲抛物面薄壳诗意挥洒的序幕。
单个双曲抛物面
帕尔米拉教堂（Palmira Chapel/1958）
帕尔米拉教堂
1958年，在库埃纳瓦卡（Cuernavaca）南部一个可以俯瞰整个城市的山丘上，坎德拉和两位墨西哥建筑师在山顶建造了一个简单的开放式小教堂。教堂的主结构只有一个双曲抛物面壳，靠近道路的一侧被切割成弧线，另一侧则被用直角切割，优美的弧线划过空旷的山顶，令人赞叹不止。
在这里有必要先介绍一下双曲抛物面（H.P.）：它是一抛物线（母线）沿另一凸向与之相反的抛物线（导线）平移所形成的面，是可以用数学公式完全表达的。其样子如下图所示，由于形似马鞍，又称马鞍面。
双曲抛物面有一个重要特征——它是直纹曲面，它可以看成由两族直线构成。双曲抛物面上任意一点，都有面上的两根直线经过这个点。这个特征尤为重要，这使得建造HP壳体时可以利用竖直的木材搭建模板。由下图中木构架的布置可以看出，帕尔米拉教堂的的模板就是利用了双曲抛物面的直纹性，大大减少了施工的代价。
帕尔米拉教堂施工时的场景
三个双曲抛物面
圣维特生·得·保罗教堂（San Vicente de Paul Chapel/1959）
圣维特生·得·保罗教堂外景
圣维特生·得·保罗教堂内景
圣维特生·得·保罗教堂立面图和剖面图
三块双曲抛物面壳靠在一起，就像是悬浮在绿色森林中的一顶白色帽子。三片壳体之间通过钢桁架相连，形成透明的光带，营造出神圣的感觉。
四个双曲抛物面
霍奇米洛克餐厅（Los Manantiales Restaurant/1958）
霍奇米洛克餐厅
霍奇米洛克餐厅应该算是坎德拉最著名的作品，餐厅位于墨西哥城南23km，索奇米尔科（Xochimilco）花圃的水边。远远望去好似一朵盛开在水边的花朵。
你可能要问，明明是有8个曲面，为什么标题中说是4个双曲抛物面呢？请看下面这张图片，每个"花瓣"与其12点钟方向的花瓣位于同一个双曲抛物面上，四个双曲抛物面相互交叉连接在一起，并且用圆柱体将轮廓修剪，最终形成了优美的花瓣形状。
霍奇米洛克餐厅几何构成分析
餐厅平面轮廓最大外径为42m，由中心至挑出端21m。结构的主要荷载由4组跨度为32m的交叉拱（4个双曲抛物面相交形成）承受，其汇交于中心顶点。"花瓣"将力传递给交叉拱，得益于对称性，相邻"花瓣"之间水平推力相互平衡。
为了避免破坏屋面的连续性，交叉拱设置成V形截面，越靠近中心，V形截面的开口越大。而"花瓣"在重力荷载下是纯压的薄壳，仅为抵抗温度作用和混凝土徐变配置少量钢筋。"花瓣"不设置边梁，顶端最薄处混凝土壳体才4cm厚，V形交叉拱最厚处也仅为12cm厚。
霍奇米洛克餐厅结构图纸
霍奇米洛克餐厅内景（交叉拱清晰可见）
霍奇米洛克餐厅施工过程
现在的霍奇米洛克餐厅历经几次修补和未经太多考虑的室内改造，已失去了原有的优美形象，略感凄凉。
多个双曲抛物面
米拉格罗萨教堂（Our Lady of the Miraculous Medal Church/1953）
米拉格罗萨教堂鸟瞰
1955年完工的米拉格罗萨教堂是坎德拉的代表作之一。教堂坐落在墨西哥城内的一片住宅区的转角处，占地31m×53米。
当时的教会希望建成一座哥特式的教堂，坎德拉从一把不对称的伞出发，将伞的短边倾斜到地面上，再将短边的中点抬高形成一个三角形窗洞，共8组这样的单元形成了教堂的主要空间。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。
在室内的处理上，双曲抛物面强调重量感的同时，保证各种向上的线条仍能营造出一种升腾感。
米拉格罗萨教堂内景
米拉格罗萨教堂图纸
Bacardí 瓶装厂（The Bacardí bottling plant/1959）
圣莫妮卡教堂（Santa Monica Church /1963）
双曲抛物面屋面板
墨西哥体育场（Sports Palace in Mexico /1968）
墨西哥体育场
在设计1968年墨西哥奥运会的体育场馆时，坎德拉提出了钢结构立体钢桁架与双曲抛物面屋面板组合的方案，赢得了设计竞标的胜利。在夕阳下，屋面闪耀着金色的光芒，是墨西哥城的标志性建筑之一。
建造者（builder）坎德拉
坎德拉不仅是结构工程师、建筑师，同时他还是一名建造者。在他所生活的年代，很多工程师喜爱双曲抛物面类的非穹顶曲面，但很少见到他们的作品。究其原因，双曲抛物面受力很合理，但施工很困难。
直线形的木材，通过特定的铺设方式，搭建起双曲抛物面形状。铺设钢筋，浇筑薄薄的一层混凝土，这需要大量有经验的工人。很多这个年代的薄壳大师都有建造公司，这可能跟薄壳的施工难度较大有关。在1950年，坎德拉成立建筑公司Cubiertas Ala，意为Wings Roof，飞舞的屋面。公司设计了1500多个项目，超过半数落地。后来由于劳务费用的增加、墨西哥经济的衰退等因素，公司于1976年关闭。
坎德拉在墨西哥大力推广可复制的伞形屋面系统，屋面由四块双曲抛物面壳组成，在中心立有一根柱子。他认为这是覆盖屋面最经济的建筑形式，而且便于组合。墨西哥有很多厂房、仓库都是这种伞形的屋面形式。
为推广伞形屋面做的加载实验
伞形屋面组成的厂房
晚年的归宿
1961年，坎德拉被授予阿格斯托·贝利奖(the Auguste Perret)，蜚声世界。1971年他接受伊利诺伊大学（the University of Illinois）给他提供的终生教职，前往美国。于1997年于北卡罗来纳州去世。
坎德拉是一个坚定的反独裁者，直到弗拉西斯科执政后期，他才于1969年接受特罗哈基金会邀请，前往西班牙出席关于壳体结构的国际会议。这是他被迫离开30年后，第一次回到了西班牙。
之后在20世纪90年代中期，他接受卡拉特拉瓦（Santiago Calatrava）的邀请，参与西班牙艺术科学城（the City of Arts and Sciences）海洋公园的设计。
坎德拉与卡拉特拉瓦
大师们
小i在查阅资料的过程中，潜意识中觉得大师们都在相互影响和传承着。在欣赏坎德拉的作品时，可以明显感受到他受到同为西班牙建筑师的高迪（Antonio Gaudi、1852-1926）、特罗哈（Eduardo Torroja、1899-1961）的影响。而看后辈建筑师卡拉特拉瓦的建筑时，也能感受到坎德拉的影子。与他同时代的日本结构工程师坪井善胜（yoshikatsu tsuboi、1907-1990）也有东京圣玛利大教堂（由8块双曲抛物面壳组成）这样的作品，很难说是谁影响了谁。
坎德拉的作品主要集中在墨西哥，一个不是站在世界舞台中央的国家，现在更是已经少有人做混凝土薄壳结构了。但他依然影响着后辈的结构工程师、建筑师们，相信在看这篇文章的你或多或少也会受些影响吧。
西班牙艺术科学城海洋公园内的建筑
西班牙艺术科学城中有上图这样一栋建筑。在墨西哥河边的霍奇米洛克餐厅破败了，但是在西班牙的水边，大师的作品重新焕发了光彩。
谨以此文纪念结构大师坎德拉！
本文由iStructuer根据坎德拉生平资料编辑整理。
参考资料：
1) 《The Shells of Félix Candela》 Juan Ignacio del Cueto Ruiz-Funes
2) http://www.archdaily.cn/
3) https://en.wikipedia.org/wiki/Felix_Candela
4)《空间结构的发展与展望》 斋藤公男
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