原创分享：摇摆的柱子

说到柱子，大家可能会想到古代木结构的柱子，或是帕提农神庙粗壮的石柱。

亦或是现代建筑中大量应用框架结构，样子长成这样。

框架结构中的梁柱刚接，柱子既承担竖向力，又需要承担水平力。但实际上这两种功能不一定都要集中在柱子上，水平力可以由特定的一部分结构承担，比如墙、支撑、拉索，或者其中一部分柱子承担。而其他柱子只承担竖向力，它们的作用就是将竖向力传递给基地。后者将是这篇文章介绍的主要对象。

两端铰接的梭形柱

如果柱子不承担水平力，第一反应就是可以做成两端铰接。两端铰接的柱子上下端均无需承受弯矩，其截面需求也就由两端变为中间。所以，梭形成为这类柱子的首选。

九重州地铁站雨棚

结构设计：日建设计

九重州地铁站入口处有一个26m高的雨棚，近车站一端支承在刚接于二层楼面的柱子上，近广场一端则由一根梭形的摇摆柱支承，从地面直接撑到顶端。水平力由近地铁的柱子抵抗，而摇摆柱则只负责竖向力的传递。

Mont-Cenis Academy

建筑设计：Foster+Partners

除了将柱子本身做成梭形的，还可以使用拉索进行外加劲。Mont-Cenis学院是木结构建筑，支撑雨棚的摇摆柱由四束刚拉索进行加劲。钢木的这个组合使结构显得很精致。

Frick Chemistry Laboratory Princeton，USA

结构设计：Arup

如果没有这个顶棚，普林斯顿大学的这个化学实验室将沉闷很多，而雨棚角部的这一根梭形外加劲钢柱则是点睛之笔。

利雅得外交俱乐部心形帐篷

结构设计：奥托

支撑帐篷的是空腹格构式梭形柱。奥托很多作品中的柱子都是这样的类型，配合轻型的屋面，整个建筑非常轻盈。

南京新图书馆

结构设计：南京市建筑设计研究院

南京新图书馆门前的列柱支撑着屋面雨棚，高度40m，直径未知，从图中可以感觉到柱子的长细比非常大。

钢柱采用了预应力拉索进行内加劲。在钢管内用预应力钢索进行预张拉，使得拉索在工作状态下仍然处于张紧状态，可以为钢柱提供一定的侧向支撑。

以上都是从构件的角度看摇摆柱的设计，下面从体系的角度再认识一下摇摆柱。

直岛海之站

结构设计：佐佐木睦朗

直岛海之站是一个面积约600m2的渡轮站，四面开放，只在中部有一处用玻璃围合的室内服务场所。建筑结构简洁洗练，仅以数十根细柱和中间的内墙将平坦的屋顶撑起，钢板叠合梁屋面厚度只有154.5mm。

结构水平力完全由8块剪力墙抵抗，而柱子仅承担竖向力。剪力墙两边各是“2mm镜面无缝钢板”+”9mm钢板”，中间为角钢骨架，防止钢板屈曲。

剪力墙根据受力需要布置，而85mm直径的钢柱也是根据荷载情况布置。镜面玻璃对周围风景的反射使结构与环境融为一体。

Stavros Niarchos Foundation Cultural Center

结构设计：Expedition Engineering and OMETE

很多建筑师一听到支撑就很反感，但实际上，支撑可以将柱子从水平力中解脱出来。而如果支撑是用拉索来做的，其本身可以非常纤细。

X形的钢拉索并没有给人不适的感觉，因为其极细的尺度，反而使屋面轻盈地“飞”起来了。

Bordeaux law courts

建筑设计：Rogers Stirk Harbour + Partners

波多尔法院也是依靠支撑来抗侧力，其柱子仅承受竖向力。X形的支撑交点上抬，成为立面的重要元素。

神奈川工科大学KAIT工房

结构设计：小西泰孝

作为大学校园重建的一部分，这个近2000m2的单层结构被设计成开放式工作室，它可供学生通过不同的方式来这里完成工程项目。建筑的平面图是一个稍微倾斜的正方形。单一的屋盖平面由305根柱子支撑起来，每根柱子都有自己独特的横截面和方向。建筑物四面玻璃，采光天窗贯穿整个设计。

建筑在视觉上令人震撼。从结构的角度看，设计师使用了两种柱子分别实现不同的功能：一种柱子用来承受屋顶的荷载（简称“竖向柱”），另一种则用来抵抗水平荷载（简称“水平柱”）。

对于竖向柱，底部和独立基础连接，顶部通过铰节点与H形钢梁连接。这些铰节点的细部最终被隐藏起来，以便显得与水平柱的上端刚接节点一致。

为了使水平柱不承担雪荷载和其他竖向荷载，水平柱的安装方式很特殊：在竖向柱和梁连接好之后，将水平柱挂在屋盖梁上，然后在屋顶预先施加与雪荷载大小相等的荷载，最后固定柱子。当预加的荷载移除后，水平柱产生预拉力。

这个结构体系其实是一个瞬变体系，其抗侧能力主要来自于水平柱（受拉柱）变形后的水平分力。设计师的想象力让人佩服。

桅杆

电视信号发射塔需要将信号发射装置支承在较高的高度上，而很多时候除此之外，信号发射塔并无其他功能需求。所以，信号发射塔典型的例子如下图：一根柱子，周围用拉索张拉锚固于地面。这是桅杆最朴实的应用。

下面列两个比较好的作品。

基乐斯山观景塔

结构设计：施莱希

施莱希设计的基乐斯山观景塔（KillesbergTower）本质上一根桅杆和周围索网组成的构筑物。

该塔有四个观景平台，分别位于6m，16m，24m和31m处，可使游客从容悠闲地在攀登时小憩。两个呈180°错开的螺旋式楼梯分别用于上下交通。

观景平台与楼梯悬挂于四周交叉索网和中间的桅杆上，索网悬挂于高33.5m的压力环和下部的圆形混凝土基础梁之间，并通过压力环将荷载传递给中间高41m，直径50cm的桅杆，桅杆受压而在索网内产生预应力。

周边的索网除了传递竖向力，还承担抵抗侧向力的任务（主要是风荷载）。中间的桅杆仅承担竖向力，桅杆底部为球形铰支座。

雷诺汽车配送中心

建筑设计：福斯特

雷诺汽车配送中心是另一个桅杆结构的例子。它由一系列24m见方的单元组合而成，每个单元在角部有四根直径457mm、高16m的圆管状桅杆。该单元可以无限复制下去，一期建成42个单元。

桅杆本身是通过拉索进行外加劲的梭形柱。连续梁铰接于桅杆的中部，从桅杆顶部伸出拉索，吊在连续梁的1/4处。在边跨，拉索则锚入地基。 水平力全部由边跨的拉索配合桅杆抵抗。

石上纯也讲过这么一段话，“结构中有两种不同类型的柱子：竖向柱（承担水平力）和水平柱（承担水平力）。如果想让柱子尽可能细长，为柱子分配力比努力使每个柱子都双向受力更有效。”

在我们设计中，当用硬抗的方式走不通时，是不是也可以考虑一下让柱“摇摆”起来？欢迎讨论。

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