建筑理念的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)思維探微范文

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1結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與建筑設(shè)計(jì)的互動(dòng)

反觀德國(guó)與瑞士的建筑思想，工學(xué)的影響一直伴隨著建筑設(shè)計(jì)的進(jìn)程。建筑師在做方案設(shè)計(jì)時(shí)就非常注重結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的訓(xùn)練，將具體的結(jié)構(gòu)操作當(dāng)作解決建筑問(wèn)題的方法。而又由于良好的工程學(xué)教育背景，建筑師將看似不同領(lǐng)域的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法用進(jìn)建筑設(shè)計(jì)中，反而推動(dòng)了建筑設(shè)計(jì)理念的創(chuàng)新。在實(shí)際案例中如何將橋梁的結(jié)構(gòu)方案引入建筑中去解決問(wèn)題，這樣的思路在瑞士巴塞爾沃爾學(xué)校的承重墻拉索（圖1~2）、瑞士庫(kù)爾奧托廣場(chǎng)大樓為了制造底層大空間而埋藏在立面預(yù)制件中的斜拉索（圖3~4）、北京“鳥(niǎo)巢”相互咬合的頂蓋桁架結(jié)構(gòu)（圖5~6）中都有所體現(xiàn)，都可以說(shuō)是以結(jié)構(gòu)工程師的角度創(chuàng)造性地解決了建筑中的問(wèn)題。這種設(shè)計(jì)的產(chǎn)生，一方面需要建筑設(shè)計(jì)與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)自始至終的緊密配合；另一方面也需要建筑師與結(jié)構(gòu)工程師雙方對(duì)工作內(nèi)容足夠的理解。建筑設(shè)計(jì)就如同科學(xué)研究一般由問(wèn)題主導(dǎo)，以結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的不同概念帶來(lái)不同的建筑設(shè)計(jì)結(jié)果。這種基于建筑思考的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，并非否定圖像操作與空間意向的價(jià)值，而是作為另一種思考建筑問(wèn)題的方式以期引起建筑師與建筑專業(yè)學(xué)生的關(guān)注。

結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如何超越原本技術(shù)性、經(jīng)濟(jì)性等層面，建筑設(shè)計(jì)如何不淪為只關(guān)注表面象征性、美學(xué)特性的產(chǎn)物，這些都要求達(dá)到一種結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與建筑設(shè)計(jì)的綜合互動(dòng)。在這種情形下，作為設(shè)計(jì)主導(dǎo)的建筑師必須通過(guò)一種跨學(xué)科的對(duì)話和交互的策略——即通過(guò)基于建筑理念對(duì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)思維的重新詮釋，將其納入到建筑師的思考范疇，以期達(dá)到結(jié)構(gòu)與建筑在設(shè)計(jì)上的良好融合。

2基于建筑思考的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

建筑中的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不能僅僅作本位的思考。假設(shè)將所有的建筑結(jié)構(gòu)都從設(shè)計(jì)之初就強(qiáng)制定義成方格網(wǎng)梁柱的話，任何的操作都只會(huì)局限在這些格子中。而無(wú)論是我們所謂大跨度設(shè)計(jì)的問(wèn)題，還是大空間設(shè)計(jì)的問(wèn)題，都是由結(jié)構(gòu)之外的空間問(wèn)題所引發(fā)的。下文就從國(guó)內(nèi)外實(shí)際案例分析出發(fā)，從工程項(xiàng)目的地理環(huán)境、地塊的城市設(shè)計(jì)考量、建筑活動(dòng)場(chǎng)所的創(chuàng)造三方面來(lái)探討在建筑設(shè)計(jì)中發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，并通過(guò)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)來(lái)解決問(wèn)題的設(shè)計(jì)思維。

2.1由地理環(huán)境決定的結(jié)構(gòu)策略

大多數(shù)瑞士北部案例都選用了“實(shí)體結(jié)構(gòu)”作為結(jié)構(gòu)原型。雖然這個(gè)現(xiàn)象與德國(guó)、瑞士的建筑師所接受的教育不無(wú)關(guān)系，而地理與氣候的因素可能是更為重要的設(shè)計(jì)條件。我們知道瑞士北部位于西歐的阿爾卑斯山區(qū)，有兩個(gè)基本的地域環(huán)境特征：一是山地與坡地地形；二是氣候寒冷。如果讓我們除開(kāi)由于天然石材豐富而流傳下來(lái)的石墻建筑傳統(tǒng)的因素，那么氣候的原因便決定了建筑的結(jié)構(gòu)類型。在瑞士庫(kù)爾奧托廣場(chǎng)大樓的案例中，建筑的外墻與走廊的隔墻成為了建筑的承載結(jié)構(gòu)，而這些墻體又都是厚重并且施加保溫層的（圖7）。當(dāng)我們考慮到寒冷的氣候時(shí)，便容易理解其中的道理，如果在這樣的條件下設(shè)計(jì)一個(gè)桿系支撐結(jié)構(gòu)的建筑，其圍護(hù)結(jié)構(gòu)在施加保溫層以符合熱工需求之后，并不能保持輕盈的狀態(tài)。

而如果設(shè)計(jì)的概念希望誠(chéng)實(shí)地表達(dá)結(jié)構(gòu)特征的話，這并不會(huì)是一個(gè)理想的狀態(tài)。而在瑞士格勞賓登第二峽谷步行橋的案例中我們也看到，同樣是由于氣候，對(duì)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)所考慮的主要是冬季的積雪荷載而非使用者通過(guò)時(shí)的活荷載。設(shè)計(jì)根據(jù)這個(gè)因素推導(dǎo)出了力學(xué)圖像并最終完成設(shè)計(jì)（圖8~9）。當(dāng)我們換一種地理環(huán)境，我們可以看到東京普拉達(dá)旗艦店案例。這個(gè)建筑設(shè)計(jì)通過(guò)精妙的幾何控制得到立面上的傳遞荷載的構(gòu)件。而密集的斜向構(gòu)件也能提供良好的水平向抗側(cè)力。我們知道日本是一個(gè)地震多發(fā)的國(guó)家，對(duì)于建筑的抗震要求是相當(dāng)高的。普拉達(dá)旗艦店的菱形立面結(jié)構(gòu)則在幾何上提供了可以傳遞豎向荷載的幾何可變格構(gòu)，使得建筑的主要結(jié)構(gòu)能夠通過(guò)變形來(lái)消解地震的水平與豎向震動(dòng)而產(chǎn)生的多余荷載。同時(shí)，建筑中的樓板與立面的連接方式也使得在產(chǎn)生地震時(shí)，樓板與豎向結(jié)構(gòu)并不成為一個(gè)剛性的整體去強(qiáng)行抵抗地震力而造成破壞，而是會(huì)隨地震而擺動(dòng)。這樣能夠有效地消耗地震的能量，而保護(hù)樓板不受破壞（圖10~12）。根據(jù)地理環(huán)境的不同而作出有針對(duì)性的設(shè)計(jì)策略，并不僅僅停留在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的層面，這種方法廣泛適用于建筑設(shè)計(jì)的每一個(gè)環(huán)節(jié)。而結(jié)構(gòu)的選擇與構(gòu)件的設(shè)計(jì)作為建筑設(shè)計(jì)的重要部分，符合地域特征的考慮會(huì)大大提升建筑完成之后的性能。

2.2由城市設(shè)計(jì)引發(fā)的結(jié)構(gòu)命題

在談?wù)摮鞘性O(shè)計(jì)之前，我們先將這個(gè)概念延伸到建筑與場(chǎng)地環(huán)境相關(guān)的層面。當(dāng)我們?cè)偃タ慈鹗扛駝谫e登第二峽谷步行橋案例時(shí)，可以將關(guān)注點(diǎn)放在這個(gè)設(shè)計(jì)的體系策略和輸入?yún)?shù)上。作為橋梁主索兩端的方向向量t與向量s，以及橋面的曲線形態(tài)向量x的集合，都是通過(guò)對(duì)峽谷兩邊的分析而得出的結(jié)論（圖13~14）。場(chǎng)地中的自然高差通常會(huì)是比較顯而易見(jiàn)的影響因素，而這種因素則又會(huì)決定結(jié)構(gòu)選型，例如在第二峽谷步行橋中選用了懸索作為最合理的解決方法；而高差的存在與使用者能夠行走的坡度限制則會(huì)成為橋面曲線生成的依據(jù)。同樣是場(chǎng)地狀況而產(chǎn)生的命題，在瑞士巴塞爾沃爾學(xué)校的案例中，一個(gè)已經(jīng)存在的前儲(chǔ)油罐坑成為了左右建筑結(jié)構(gòu)策略的因素。通過(guò)對(duì)這個(gè)坑的利用策略分析，建筑師得出了需要制造地下與底層大空間，而上層小空間的設(shè)計(jì)策略，因此才會(huì)出現(xiàn)懸挑的樓板和需要斜拉索的承重墻的最終設(shè)計(jì)（圖15）。

而考慮城市活動(dòng)引入建筑設(shè)計(jì)策略的案例則是北京國(guó)家體育場(chǎng)“鳥(niǎo)巢”。作為為奧林匹克運(yùn)動(dòng)會(huì)所開(kāi)辟的園區(qū)，“鳥(niǎo)巢”的場(chǎng)地中并沒(méi)有類似自然高差或者現(xiàn)存基地狀況的參考。而對(duì)園區(qū)城市設(shè)計(jì)的考慮，以及對(duì)于建筑主要功能達(dá)成之后的持續(xù)性功能進(jìn)行的探討，則體現(xiàn)在“鳥(niǎo)巢”的建筑與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上。在進(jìn)行城市研究之后，設(shè)計(jì)師赫爾佐格與德梅隆提出一個(gè)區(qū)別于體育活動(dòng)的公共場(chǎng)所的概念，并且根據(jù)這個(gè)概念，“鳥(niǎo)巢”的看臺(tái)部分、看臺(tái)與建筑表皮之間被刻意塑造出了一系列可以直接到達(dá)的半室外空間。而巨大的桁架柱與看臺(tái)“碗”結(jié)構(gòu)的策略則是很好地將兩個(gè)區(qū)域區(qū)分開(kāi)，立面上的樓梯則為這些半室外空間提供了更豐富的使用與可達(dá)性（圖16~17）。“鳥(niǎo)巢”結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的視覺(jué)結(jié)果為這個(gè)建筑帶來(lái)了很強(qiáng)的標(biāo)志性，因此“鳥(niǎo)巢”也能成為這個(gè)城市區(qū)域的“吸引子”③，配合提供活動(dòng)的場(chǎng)所而成為城區(qū)內(nèi)十分重要的活動(dòng)設(shè)施。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與城市設(shè)計(jì)之間并不一定是直接的“因”與“果”的關(guān)系。更有可能是相互推導(dǎo)、相互促進(jìn)的狀態(tài)。因此在考慮這兩方面因素的時(shí)候需要時(shí)常跳出工作狀態(tài)，從另一個(gè)方面來(lái)審視設(shè)計(jì)的成果。

2.3為使用者活動(dòng)創(chuàng)造的結(jié)構(gòu)構(gòu)件

建筑最終目的是歸于使用，因此建筑使用者的細(xì)心設(shè)計(jì)會(huì)很好地提高建筑設(shè)計(jì)的品質(zhì)。如果將這種關(guān)照結(jié)合在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)之上，更能提升建筑的使用效率。在克里斯汀•凱瑞斯的設(shè)計(jì)的瑞士霍爾德班克豪瑞能力中心的案例中，結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)并沒(méi)有直接提供使用者關(guān)懷的細(xì)節(jié)，而是跟隨在空間操作的動(dòng)作之后，強(qiáng)化了空間的感受。建筑中梭形的立柱順著中庭的開(kāi)設(shè)方向斜向支撐，在符合承載要求的前提下，將自身的尺寸壓縮，以提供一個(gè)連續(xù)無(wú)遮擋的室內(nèi)視覺(jué)空間（圖18~19）。在北京“鳥(niǎo)巢”的設(shè)計(jì)中，立面的樓梯不僅作為強(qiáng)化立面整體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性的元素，也給城市介入的活動(dòng)提供了更多的空間元素。這些樓梯可以成為活動(dòng)的額外看臺(tái)，或者如同紐約大都會(huì)博物館門(mén)前的大臺(tái)階，這些樓梯本身也可以成為小規(guī)模活動(dòng)的發(fā)生地（圖20~22）。

綜上所述，影響結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的因素并非只針對(duì)結(jié)構(gòu)與構(gòu)件本身起作用，而是整個(gè)建筑設(shè)計(jì)的推進(jìn)策略。在考慮建筑設(shè)計(jì)策略問(wèn)題的時(shí)候，我們更應(yīng)該分析建筑所在的條件、建筑的構(gòu)筑體會(huì)遇到怎樣的外部影響、我們?cè)O(shè)計(jì)的建筑會(huì)如何運(yùn)作、建筑會(huì)創(chuàng)造怎樣的場(chǎng)所、而建筑的使用者在建筑中又有怎樣的感受，從而通過(guò)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)去解決建筑問(wèn)題，其目的是追求“高效”的建筑設(shè)計(jì)成果，從而避免淪為意象、象征等這樣流于形式的命題。

3結(jié)語(yǔ)

在中國(guó)，由于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)在建筑學(xué)中教育的傾向、建筑師與結(jié)構(gòu)工程師觀念的差異，建筑設(shè)計(jì)的過(guò)程與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的過(guò)程往往是脫節(jié)的，從而對(duì)建筑設(shè)計(jì)與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)在思維上的統(tǒng)一造成了困難。然而我們現(xiàn)在也非常高興地看到，許多的大型設(shè)計(jì)咨詢公司在進(jìn)行建筑設(shè)計(jì)的時(shí)候會(huì)與客戶協(xié)商聘請(qǐng)結(jié)構(gòu)顧問(wèn)公司，在設(shè)計(jì)的前期就介入。這是一個(gè)非常好的現(xiàn)象，使得將結(jié)構(gòu)的思維引入建筑設(shè)計(jì)成為可能。隨著許多境外大師諸如赫爾佐格與德梅隆、扎哈•哈迪德、雷姆•庫(kù)哈斯在國(guó)內(nèi)項(xiàng)目的實(shí)施，國(guó)內(nèi)的設(shè)計(jì)院也積累了很多處理復(fù)雜的結(jié)構(gòu)問(wèn)題以及于設(shè)計(jì)早期就介入結(jié)構(gòu)思維的設(shè)計(jì)方合作的經(jīng)驗(yàn)，使得建筑師與結(jié)構(gòu)工程師的合作更加緊密、彼此觀念交流更加順暢。而如何基于建筑理念來(lái)進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，更是需要建筑師走出結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的傳統(tǒng)思維，從如工程項(xiàng)目的地理環(huán)境、地塊的城市設(shè)計(jì)考量、建筑活動(dòng)場(chǎng)所的創(chuàng)造等更多方面來(lái)思考，使得結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)能真正與建筑設(shè)計(jì)緊密互動(dòng)，帶來(lái)理念以及技術(shù)上的創(chuàng)新。

作者：王俐林峰單位：上海交通大學(xué)船舶海洋與建筑