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1結構設計與建筑設計的互動

反觀德國與瑞士的建筑思想，工學的影響一直伴隨著建筑設計的進程。建筑師在做方案設計時就非常注重結構設計的訓練，將具體的結構操作當作解決建筑問題的方法。而又由于良好的工程學教育背景，建筑師將看似不同領域的結構設計方法用進建筑設計中，反而推動了建筑設計理念的創新。在實際案例中如何將橋梁的結構方案引入建筑中去解決問題，這樣的思路在瑞士巴塞爾沃爾學校的承重墻拉索（圖1~2）、瑞士庫爾奧托廣場大樓為了制造底層大空間而埋藏在立面預制件中的斜拉索（圖3~4）、北京“鳥巢”相互咬合的頂蓋桁架結構（圖5~6）中都有所體現，都可以說是以結構工程師的角度創造性地解決了建筑中的問題。這種設計的產生，一方面需要建筑設計與結構設計自始至終的緊密配合；另一方面也需要建筑師與結構工程師雙方對工作內容足夠的理解。建筑設計就如同科學研究一般由問題主導，以結構設計的不同概念帶來不同的建筑設計結果。這種基于建筑思考的結構設計，并非否定圖像操作與空間意向的價值，而是作為另一種思考建筑問題的方式以期引起建筑師與建筑專業學生的關注。

結構設計如何超越原本技術性、經濟性等層面，建筑設計如何不淪為只關注表面象征性、美學特性的產物，這些都要求達到一種結構設計與建筑設計的綜合互動。在這種情形下，作為設計主導的建筑師必須通過一種跨學科的對話和交互的策略——即通過基于建筑理念對結構設計思維的重新詮釋，將其納入到建筑師的思考范疇，以期達到結構與建筑在設計上的良好融合。

2基于建筑思考的結構設計

建筑中的結構設計不能僅僅作本位的思考。假設將所有的建筑結構都從設計之初就強制定義成方格網梁柱的話，任何的操作都只會局限在這些格子中。而無論是我們所謂大跨度設計的問題，還是大空間設計的問題，都是由結構之外的空間問題所引發的。下文就從國內外實際案例分析出發，從工程項目的地理環境、地塊的城市設計考量、建筑活動場所的創造三方面來探討在建筑設計中發現問題，并通過結構設計來解決問題的設計思維。

2.1由地理環境決定的結構策略

大多數瑞士北部案例都選用了“實體結構”作為結構原型。雖然這個現象與德國、瑞士的建筑師所接受的教育不無關系，而地理與氣候的因素可能是更為重要的設計條件。我們知道瑞士北部位于西歐的阿爾卑斯山區，有兩個基本的地域環境特征：一是山地與坡地地形；二是氣候寒冷。如果讓我們除開由于天然石材豐富而流傳下來的石墻建筑傳統的因素，那么氣候的原因便決定了建筑的結構類型。在瑞士庫爾奧托廣場大樓的案例中，建筑的外墻與走廊的隔墻成為了建筑的承載結構，而這些墻體又都是厚重并且施加保溫層的（圖7）。當我們考慮到寒冷的氣候時，便容易理解其中的道理，如果在這樣的條件下設計一個桿系支撐結構的建筑，其圍護結構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。

而如果設計的概念希望誠實地表達結構特征的話，這并不會是一個理想的狀態。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，對結構的設計所考慮的主要是冬季的積雪荷載而非使用者通過時的活荷載。設計根據這個因素推導出了力學圖像并最終完成設計（圖8~9）。當我們換一種地理環境，我們可以看到東京普拉達旗艦店案例。這個建筑設計通過精妙的幾何控制得到立面上的傳遞荷載的構件。而密集的斜向構件也能提供良好的水平向抗側力。我們知道日本是一個地震多發的國家，對于建筑的抗震要求是相當高的。普拉達旗艦店的菱形立面結構則在幾何上提供了可以傳遞豎向荷載的幾何可變格構，使得建筑的主要結構能夠通過變形來消解地震的水平與豎向震動而產生的多余荷載。同時，建筑中的樓板與立面的連接方式也使得在產生地震時，樓板與豎向結構并不成為一個剛性的整體去強行抵抗地震力而造成破壞，而是會隨地震而擺動。這樣能夠有效地消耗地震的能量，而保護樓板不受破壞（圖10~12）。根據地理環境的不同而作出有針對性的設計策略，并不僅僅停留在結構設計的層面，這種方法廣泛適用于建筑設計的每一個環節。而結構的選擇與構件的設計作為建筑設計的重要部分，符合地域特征的考慮會大大提升建筑完成之后的性能。

2.2由城市設計引發的結構命題

在談論城市設計之前，我們先將這個概念延伸到建筑與場地環境相關的層面。當我們再去看瑞士格勞賓登第二峽谷步行橋案例時，可以將關注點放在這個設計的體系策略和輸入參數上。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向量x的集合，都是通過對峽谷兩邊的分析而得出的結論（圖13~14）。場地中的自然高差通常會是比較顯而易見的影響因素，而這種因素則又會決定結構選型，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成為橋面曲線生成的依據。同樣是場地狀況而產生的命題，在瑞士巴塞爾沃爾學校的案例中，一個已經存在的前儲油罐坑成為了左右建筑結構策略的因素。通過對這個坑的利用策略分析，建筑師得出了需要制造地下與底層大空間，而上層小空間的設計策略，因此才會出現懸挑的樓板和需要斜拉索的承重墻的最終設計（圖15）。

而考慮城市活動引入建筑設計策略的案例則是北京國家體育場“鳥巢”。作為為奧林匹克運動會所開辟的園區，“鳥巢”的場地中并沒有類似自然高差或者現存基地狀況的參考。而對園區城市設計的考慮，以及對于建筑主要功能達成之后的持續性功能進行的探討，則體現在“鳥巢”的建筑與結構設計上。在進行城市研究之后，設計師赫爾佐格與德梅隆提出一個區別于體育活動的公共場所的概念，并且根據這個概念，“鳥巢”的看臺部分、看臺與建筑表皮之間被刻意塑造出了一系列可以直接到達的半室外空間。而巨大的桁架柱與看臺“碗”結構的策略則是很好地將兩個區域區分開，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性（圖16~17）。“鳥巢”結構系統的視覺結果為這個建筑帶來了很強的標志性，因此“鳥巢”也能成為這個城市區域的“吸引子”③，配合提供活動的場所而成為城區內十分重要的活動設施。結構設計與城市設計之間并不一定是直接的“因”與“果”的關系。更有可能是相互推導、相互促進的狀態。因此在考慮這兩方面因素的時候需要時常跳出工作狀態，從另一個方面來審視設計的成果。

2.3為使用者活動創造的結構構件

建筑最終目的是歸于使用，因此建筑使用者的細心設計會很好地提高建筑設計的品質。如果將這種關照結合在結構設計之上，更能提升建筑的使用效率。在克里斯汀•凱瑞斯的設計的瑞士霍爾德班克豪瑞能力中心的案例中，結構的設計并沒有直接提供使用者關懷的細節，而是跟隨在空間操作的動作之后，強化了空間的感受。建筑中梭形的立柱順著中庭的開設方向斜向支撐，在符合承載要求的前提下，將自身的尺寸壓縮，以提供一個連續無遮擋的室內視覺空間（圖18~19）。在北京“鳥巢”的設計中，立面的樓梯不僅作為強化立面整體結構的穩定性的元素，也給城市介入的活動提供了更多的空間元素。這些樓梯可以成為活動的額外看臺，或者如同紐約大都會博物館門前的大臺階，這些樓梯本身也可以成為小規模活動的發生地（圖20~22）。

綜上所述，影響結構設計的因素并非只針對結構與構件本身起作用，而是整個建筑設計的推進策略。在考慮建筑設計策略問題的時候，我們更應該分析建筑所在的條件、建筑的構筑體會遇到怎樣的外部影響、我們設計的建筑會如何運作、建筑會創造怎樣的場所、而建筑的使用者在建筑中又有怎樣的感受，從而通過結構設計去解決建筑問題，其目的是追求“高效”的建筑設計成果，從而避免淪為意象、象征等這樣流于形式的命題。

3結語

在中國，由于結構設計在建筑學中教育的傾向、建筑師與結構工程師觀念的差異，建筑設計的過程與結構設計的過程往往是脫節的，從而對建筑設計與結構設計在思維上的統一造成了困難。然而我們現在也非常高興地看到，許多的大型設計咨詢公司在進行建筑設計的時候會與客戶協商聘請結構顧問公司，在設計的前期就介入。這是一個非常好的現象，使得將結構的思維引入建筑設計成為可能。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•庫哈斯在國內項目的實施，國內的設計院也積累了很多處理復雜的結構問題以及于設計早期就介入結構思維的設計方合作的經驗，使得建筑師與結構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進行結構設計，更是需要建筑師走出結構設計的傳統思維，從如工程項目的地理環境、地塊的城市設計考量、建筑活動場所的創造等更多方面來思考，使得結構設計能真正與建筑設計緊密互動，帶來理念以及技術上的創新。

作者：王俐林峰單位：上海交通大學船舶海洋與建筑