结构工程师的终极命题——结构是什么？

“我们在成长的过程当中，似乎失去了对这世界的好奇心。也正因此，我们丧失了某种极为重要的能力。”

  ——  乔斯坦·贾德《苏菲的世界 》

（Sophie’s World）

作为合立道集团“ 土建一院作品展暨设计交流沙龙 ”活动的一部分，2019年12月20日，大白做了题为 《结构是什么》 的内部讲座。讲述了从2014年至今，配合建筑方案工作室完成的部分试验性项目，详细介绍了结构设计方案的推演、支撑方案的结构逻辑、结构工程师的角色和项目建造的注意事项等内容，涉及清水砖墙、装饰清水混凝土墙、复杂异形结构等关键问题，PPT及文字由华姐协助整理：

大家下午好，我们这次讲座的主题是：结构是什么？

涉及的项目案例，是大白所在的结构工作室从14年开始跟建筑方案工作室所合作的一些实验性项目。目前这些项目大多数已经落地完成，或者结构主体已经竣工。

前几天刚好看到一个帖子，讲到德国施莱希工程设计顾问公司的结构设计原则，其中有一个观点我非常认同：

如果我们尝试去了解一位工 程师，不光要看他做（或设计）了什么，而他所说的，也应成为他工作内容的重要组成部分——以设计的结构方案和遵循的结构原则说服所有的项目参与者。

也就是说，结构工程师光画图是不行的，还要尝试以其结构方案和方案中蕴含的结构逻辑，来说服所有参与这个项目的的人，以保证项目的顺利推进。

所以，大白今天打算尝试一下，结合项目实例来尝试说明以下两点内容：

一、结构师如何配合建筑方案来确定结构方案，它背后蕴含的结构逻辑是什么。

二、结构师在整个过程中做了哪些工作，以辅助建筑师实现设计意图，并且最终的项目完成度如何。

希望大家对“ 结构是什么 ”能有所了解。

维特鲁威在《建筑十书》中提出，建筑应符合以下三项基本准则：

首先，结构必须以良好的姿态屹立不倒，即 坚固 ；这最起码的要求。

其次，必须能够实现一定的目的，满足设定的使用功能，即 适用 ；比如提供的功能性，能够符合建筑类别的特点。

再次，外观上让人愉悦、比例上均衡，即 美观 。

在日常工作中，不同项目类型，对三个准则的侧重程度会有所不同。

以住宅项目为例，更偏重于结构的坚固性和实用性，对于结构美观性的要求则相对会少一点，只需要尽量把结构隐藏在建筑形体之中。

对于公建项目来说，结构布置常常会成为整个建筑的一部分，对美观性的需求大幅提升。此时，结构的隐藏或显现都需要仔细的推敲，建筑师对美观性的需求会导致结构师的工作压力大幅上升。

近几年来，行业内对建筑师跟结构师相互关系的思考有所增加，这是一个非常好的事情——其实双方各自离不开对方。

有建筑师提出，结构像是骨架，在这一点上大白是不太认同的。

从生物力学的角度，骨头这种材料的抗压能力强，但是抗拉能力偏差，且在冲击力作用下的韧性也是比较差的。材料性质跟混凝土的性质非常类似，所以骨架只像是混凝土而已。

当骨架与肌肉、肌腱结合成为一体后，它的受力性能大幅上升，就如同钢筋和混凝土结合以后，整体性能得到飞跃。所以，大白个人认为 “ 结构是身体 ” 。

传统的理工科对于结构工程的教学，着重在基本构件及其具体设计过程（如弯、剪、扭、压构件的计算）。这种教育方式隐含着一个前提，即学生学完这些知识后，能独立把这些零散的构件拼装成一个整体。

个人觉得这种教学模式脱离了实际工作，跟实际项目设计流程是完全相悖的。

以新南幼儿园项目为例，这个项目坐落于翔安区新圩镇东寮村，主体共三层，为建筑面积4000平方的12班幼儿园（每班30人）。

方案主创是牛津，结构设计由大白和郑炜鋆共同完成。

当看到上图所示建筑方案时，大白首先会考虑它的整体结构方案，用什么结构体系。其次，细分各分体系的方案，比如中庭部分或外立面的清水砖墙部分，研究他们和整体结构方案的关系。再次，思考各分体系的构件尺寸或布置。

这是一个层层推进的过程，而传统教育违背了这个规律。

大白刚开始介入的时候，整个空间布局基本上就是这样一个方盒子。其中掏出若干庭院，引入光线，并利于通风。在中间，有一大一小两个圆形天井，大的圆形天井是给小孩子嬉耍玩乐使用，小的圆形天井内则种上树引入了四季的变化。

整个建筑方案考虑的是一个流动空间的创造，比如说小孩子在里面可以无止境地跑，各种流线都可以。建筑对于空间的这种需要，完全符合小孩子爱动的天性。

大白看过某个TED演讲，是日本建筑师手塚贵晴所分享的《前所未见最好的幼稚园》，讲的是日本富士幼儿园的建筑方案。

建筑师谈到，小朋友的运动量非常巨大。他们在小朋友身上放GPS，以追踪其运动轨迹，发现有的小男孩在短短20分钟的活动轨迹就已十分惊人，一上午的时间可以跑6公里，而所有孩子的日平均活动轨迹也有4公里！这是一个令人出乎意料的数据，大人们是很难想象到的。

这个项目的空间流线设计，就是为了激发出小孩子的这种活力。

另外，项目本身的综合造价比较低，只有2000多一点点，中庭位置没有做建筑吊顶的预算。所以在方案初期，建筑师提前要求中庭的结构布置要轻巧灵动一些，顺应建筑方案的空间，以后这些构件要直接露出来，成为建筑方案的重要组成部分。

先前报批方案中，中庭立柱方案采用的是三立柱体系。三角形最稳定，从概念上讲是没错的。不过原先落柱位置非常不利于小朋友的活动，整个活动轨迹过来后，必须进行避让才可通过。

初始建筑方案中，天井洞口的直径及定位，也跟落地方案有所不同的。

大白介入建筑方案后，先在洞口边布上环形混凝土梁（蓝色），接着沿教室四周布了环形框架梁（红色）。只需略微调整两个圆的直径大小和圆心定位，就能让洞口边梁直接支撑在环形框架梁上，中庭所有柱的落位自然而然也就定位下来。

这种中庭结构分体系方案，顺应了流线设计。所带来的问题是：单排双柱和双向悬挑梁，从概念上讲是比较不利。为了保证流线效果，结构师要进一步研究，分体系方案跟整体结构体系的关系，以及如何让单排双柱方案成立。

结合幼儿园的空间功能、使用功能、高度，和结构的刚度需求，整体结构方案可确定采用框架结构。

框架结构的优点：一、能顺应建筑的空间需要，空间分隔简单。二、提供较大的空间、开敞的空间。而缺点是：侧向刚度小，不适合较高的建筑。

常规框架体系，通过框架柱的反弯来约束柱端，形成整体刚度，能在水平力下减少侧向位移。框架梁的存在，约束框架柱在竖向荷载下的屈曲变形，所以能大幅提高柱的抗压承载力。

随之而来的问题是，在侧向力作用下，框架柱的柱端弯矩是逐层叠加的，由于柱的受弯效率远低于受压效率，层数越多则底部楼层的柱截面越大。

这种常规的设计策略不利于中庭柱外露。大白设计了一种“ 剪压分离 ”的结构布置方案，亦可称之为“抱大腿策略”。

其基本结构逻辑是：

由于中庭分体系和主要抗侧力体系之间的刚度差异，本该由分体系承受的侧向荷载通过楼板转移到主要抗侧力体系上。分体系内各层框架柱的柱端弯矩变化不大，均为梁端的不平衡弯矩。此时柱以受压为主，材料利用效率提高，截面可以做的比较小。

不知大家是否注意到，这种情况在日常工作中很常见。 比如剪力墙结构中的个别框架柱或者是框筒结构的外圈框架柱，各层柱弯矩变化不大，其配筋也常以构造为主。

束伟农总在北京大兴机场讲座中提到，指廊的结构布置方案同样运用了这套理念。

利用内跨的门钢作为主要抗侧力体系，有效减小外跨幕墙龙骨柱的尺寸，使得建筑的外幕墙更为通透。

前面介绍了，中庭结构分体系和周边框架体系的大体情况。总结一下：

周边框架体系 ： 承担全部水平荷载及大部分重力荷载，且隐藏在次要空间内。

中庭柱 ：承受相关区域重力荷载及梁端不平衡弯矩，可以设计得轻巧灵活一些，尺寸统一且便于外露，以满足建筑美观要求。（作为补偿，次要空间的框架体系需要做的强一点。）

楼盖体系 ： 应起到水平隔板作用，必须大体是刚性的。

这样我们就可以知道 结构方案的重点加强部位 ：

周边框架体系以及中庭楼板 。

整体方案确定下来了，就可以接着确定中庭内其他构件的布置，主要考虑几个问题：

一、 不平衡弯矩的存在 ：框架梁存在大小跨情况，在重力荷载下，柱子多少会承受一些弯矩；

二、 连廊上的最不利活荷载布置 ：比如小朋友都只站在一侧的时候；

三、 环梁高度和柱子截面尺寸的匹配 ：和建筑师商量后，环梁的高度定为800mm 。

综合上述因素，并和建筑专业确认后，柱子确定为直径600的圆柱。

如此，中庭分体系的结构方案也确定下来，平面上最终形成一个八字形流线，小朋友可以无约束的奔跑、无止境地嬉戏追逐。

最后总结一下，结构工程师在初步设计时候，先思考整体方案，比如采用框架体系；接下来，确定分体系与整体方案的联系，发现中庭单排柱可能存在问题，需要找到重点加强部位；再来，确定分体系的具体布置方案，比如弧梁和单排柱尺寸。可以看到，整体过程是自然而然层层推进的。

当然，这些理念与结构语言，最终都需要通过良好的设计图纸来表达和呈现。为了实现项目的高完成度，精细化设计必不可少。结构图纸是项目从结构概念设计到落地实现的重要组成部分，这需要结构工程师在全过程中保持对品质的追求。

建筑师对项目品质的坚持更是必不可少的。他们需要与结构专业对项目的完成度达成共识，并在设计过程中充分沟通，以确保实现预期目标。

这个项目在设计阶段，建筑师花了大量的时间，把表皮、结构体系等细节，按实际尺寸建立SU模型，并用来指导和校核施工图设计。

正是他们的坚持，才促使双方高质量的完成了整个项目。 

前面的图是su模型中的中庭透视图，后一张是项目完成后的实景图，对比这两张图可以发现，除了门窗位置有些许变化，两者几乎是一样的。

实景图中，可以看到活荷载不利布置的实例：小朋友们集中站在走廊的一侧，结构设计需考虑其不利影响。

这张图呈现了中庭弧梁的完成效果，可以看到弧梁、立柱及天窗。

值得一提的是，屋面有个圆锥型的天窗，直径3m ，高2m，建筑师要求底座处无梁。利用 结构空间效应 ，直接做了壁厚120mm的折板，化弯曲应力为径向拉力，屋面根部处适当加厚以支撑于两侧的弧梁上，避免了屋面板的冲切破坏。

这张是小圆天井中庭的实景，孩子们围坐在树边或绕着中庭走廊嬉戏。

这张是基础和基础拉梁完成时的照片，基础采用柱下独立基础 。

现场正在搭设楼层模板，与工业设计类似，施工过程先搭设模具，然后浇筑混凝土成型，差别是模具只使用一次，用完后即被拆卸。

梁钢筋和箍筋绑扎完成，板钢筋还未开始铺设，电气专业的照明电线金属管要预埋在板内。

现场拆除模板后的实景。需要注意：圆锥型天窗的根部建议一定要吊模（吊模是指没有下部支撑而悬在空中的模板）30cm高，保证一次交捣完成以防止日后从接缝处漏水。

建筑师在方案的设计过程中，着重于展示建筑的形体与表现力。结构工程师在实现设计意图的前提下，如何去获取合理的数学逻辑？

通过这个实例，大白抛砖引玉，想聊聊结构工程师在设计过程中， 如何将几何元素引入其中，以呈现出数学的逻辑美感 。

厦门环东海域滨海旅游浪漫线景观公建配套工程，位于集美区滨海西大道沿线。功能以滨海景观带的公建配套为主，由众多造型和功能不一的单体构成，整体方案曾获得2016第十二届福建省优秀创作奖三等奖。

其中的配套服务点08，方案主创是郑思洋，结构设计由大白和李小龙共同完成。

需要注意的是，前一张效果图已经是实施方案，首轮的建筑方案与之完全不同。建筑师的方案设计意图为：干净的板，且无梁柱感。

落实到结构层面，需求为以下3点：

1、屋面为一整块平板，不能有梁，厚度越薄越好；

2、竖向构件为片墙，不能有柱；

3、平板上开天井，末端大悬挑处开大洞。

薄板的弯曲刚度小，开洞后刚度大幅削弱，跨越与悬挑能力较差，如同图A的纸片所示。可知方案需求与结构逻辑有所偏差，首轮建筑方案不甚合理。

当薄板的几何形状发生改变，弯折成v型折板后（图B），相同材料用量下，整体抗弯刚度大幅增加，跨越与悬挑能力大幅提高。

基于上述逻辑，并与建筑师充分沟通后，大白将屋面板上折形成厚度为300～150mm的变截面板，两侧对称悬挑3.15m，结构剖面如上图所示。

通过几何形式变换，实现了 结构形式与建筑功能的统一 。

乌拉圭的建筑结构大神埃拉蒂奥·迪埃斯特说过：

利用巧妙的形式来实现稳固，是最高贵也最优雅的手法，它完成了美学的最高使命。

大白跟大家分享一下，这位配筋砖砌体结构大师的几个代表作品：

“海鸥”是迪埃斯特最著名的作品。它是一个单柱支撑、四边悬挑的配筋砖结构。原先的功能是加油站的顶棚，因其独特的造型被迁移至萨尔托市的高速入口处，成为该市的地标。

结构形式演化于 自承重筒壳 ，底面受压区域铺设砖砌块，顶面的两翼及交汇的波谷处设有钢筋，并沿着翼状体的纵向施加预应力，且浇筑了薄层混凝土。

从纵、横向剖面看，海鸥的受力模式都犹如一根施加预应力的悬臂梁 。

补充一下关于南美洲的地震小知识：

南美洲与太平洋的沿岸容易发生地震，比如智利，海地等，因为这些地方容易受到太平洋板块的挤压。而乌拉圭位于大西洋西岸，没有受到太平洋板块的影响，历史上不太容易发生地震。

这个知识点说明，看大师作品必须要了解相关的背景，才能知道为啥我们不能做一样的建筑，因为必须要抗震设防。

从抗震概念设计的角度，海鸥头重脚轻，单柱支撑而无多道防线，地震区这样的结构方案是不可行的。

基督教圣工教堂也是他的代表作之一，同时也是配筋砖砌体自承重壳筒的代表性作品。

教堂墙面与屋面均采用配筋砖结构，墙体施工无需借助模板。外墙是 直纹曲面墙体 ，依靠波浪式的起伏加强面外的抗弯刚度。

墙体的顶部，是钢筋混凝土边梁，帮助屋顶的荷载传递到墙体。埋设在屋顶波谷处的钢连杆，两端固定在边梁上，使得曲面砖墙和曲面屋顶形成一个稳定的整体。

教堂横向剖面的形状，暗合在自重作用下 门式钢架的弯矩图 （画在受压一侧），从而充分发挥材料的力学性能。

这一独创的形式纯粹基于结构受力，体现了结构艺术家的思考方式。 

迪埃斯特设计的这类结构，横向最大跨度12.6米，纵向最大跨度32米，最大悬挑16.2米，令人赞叹！

除了自承重筒壳外，迪埃斯特另一个常用的手法是—— “高斯曲面”双曲扁壳 。

在一定跨度条件下，筒壳的矢高相对较大，但随着跨度增加，筒壳截面厚度增加自重过大，因而不适用于大跨度结构（实际应用的跨度上限是15米）。

沿跨度方向剖切高斯拱，截面是一条悬链线。当剖切面垂直于跨度方向移动时，悬链线的矢高随之变化，呈斜放“S”形。它起伏的波峰出现在最容易发生失稳的跨中，中点的波浪形加强了壳体刚度，避免结构的失稳。而在跨度的两端，曲面完全变平，与两侧的墙体容易衔接。

必须注意的是，大跨度低矢高的高斯曲面，将产生巨大的水平推力，必须布置拉杆以平衡推力。

介绍完迪埃斯特，大白继续聊项目。

前面说到，屋面横断面弯折后，形成V型折板断面。建筑师对矢高有所限制（不能超过800mm），与其沟通后取消了屋面天井。

从图上简图可以看到，连续梁带悬挑时，通过调整悬挑距离于内跨尺寸的比例 （挑跨比） ，我们可以有效降低梁的弯矩与挠度。

从纵向来看，整个结构可以看成是两端带悬挑的两跨V型空间折板梁体系。

参考挑跨比原理，大白调整了竖向构件的位置，合理确定比例关系，尽量发挥屋盖的结构效率。

空间效应使得结构的抗弯能力加强，在其他方面必然有所削弱，应重点关注 折板屋面的弱点 ：

• 薄板的屈曲问题：

薄板边缘受压屈曲而导致张开或闭合，常使结构未能达到理论受弯承载力。

如右图所示，V型折板梁各断面的拉压力分布区域为：

支座处上（两翼）拉下（波谷）压，受压区域两端受到约束，不易出现屈曲问题；跨中上压下拉，受压区域一边约束一边自由，容易发生压曲失稳 。

需要警惕的是：

矢高低的折板更易于失稳 。

弯矩不变的情况下，结构通过拉压区域的内力与力臂抵抗弯矩影响。矢高降低后，拉压区域间的力臂减少，受压区域的压应力增大，因而更易于压曲。

项目设计时，对结构进行屈曲分析，可知其为整体失稳状态，且安全系数高，可避免局部屈曲问题。

• 水平隔板作用减弱：

楼板弯折后，面外刚度提高的同时面内刚度相应降低，水平横隔作用自然减弱。故而设计时应采用合适的楼板单元，以模拟结构在地震作用下的受力分布。

竖向构件布置时考虑双向抗侧力需求。针对中间片墙弱轴方向对屋面约束差的问题，拉长两端片墙进行承托，避免极端情况下屋面发生坠落。

这是大白在项目竣工时拍摄的照片。

结构形式带来的好处是明显的。计算分析时，屋面板厚度只要150mm就满足设计要求。考虑到抗震构造，在波谷处设计了局部加厚的暗梁，横断面最终演变为变厚度形式。

一个教训是，吊顶与建筑面层构造加厚了屋盖厚度，完成的效果不够轻盈。

这些照片记录了项目建造过程。可以看到，结构本身的屋面板比例并不突兀，后续研究应从减少构造层厚度方面入手，以保证类似项目的完成度。

我们接着聊第二部分：结构是外衣。

回到前面介绍过的新南幼儿园项目，本工程的外立面全部采用清水烧结多孔砖砌筑，并结合了内凹、外凸和镂空等多种花式砌筑方法。

方案阶段建筑师对于外墙完成度的需求是：

除去窗洞口边框外，所有的结构构件均不外露，以实现幕墙化的清水砖外墙效果。

从可实施的角度出发，大白认为外墙必须由内外双层的填充墙体系构成，这是因为：

第一，同步解决填充墙抗震构造与清水墙幕墙化问题。

内层墙采用粉煤灰烧结多孔砖砌筑，无需考虑砌块模数问题。主体框架完成后，内层墙可先行砌筑，并按需设置构造柱及圈梁。既满足抗震构造问题，也同时为外层清水墙提供了面外侧向支点。

第二，实现建筑防水的需要。

根据建筑专业需要，防水做法应完整包裹建筑物外表皮，并在洞口处进行闭合。造型上存在大量的凹陷、突起与镂空，无法为防水层提供有效闭合的基础条件。

结构专业必须为防水层提供相对平整的基层，内层墙的设置实现了这一目标，使得建筑防水层最终依附于内层墙的外表面上。

综上考虑，结构外墙方案初步确定为内外双层的填充墙体系。

外层清水墙的竖向支撑于楼层框架梁的挑板上，面外支撑于内层墙的构造柱及圈梁上，可保证内外双层墙的整体性和受力协同性。

初步方案确定后，马上需要研究的问题是：总共3层近13米高的外层清水墙体，如何保证其在自身重量下的稳定性？

我国砌体规范采用高厚比作为轴心受压墙体的稳定性控制指标，而指标背后的原理常不为人所知。有趣的是，利用身边随手可得的塑料尺，就可以进行简单模拟。

两者共用了一套理论基础——“欧拉公式” ：

规定墙体顶底均为铰接端，并计算其在较小的压力下的线弹性失稳。

普通的粉煤灰烧结多孔砖一块只需几毛钱，项目所使用的清水砖需跟工厂定制，单块（尺寸240mmx120mmx53mm）价格为前者的5～6倍，成本差异较大。考虑成本因素，外层清水墙的厚度不能太大。

为了保证外立面的造型需求，也不能通过减少外墙的开洞来提高其稳定性。

解决方案就隐藏在屈曲临界荷载公式中，通过在水平或竖向增加支撑点，使得相同厚度下墙体的计算长度大幅减少，屈曲临界荷载值增大，更容易保持受压稳定。

右图塑料尺增加中部侧向支撑点后，承载能力大幅提高，也验证了该思路的可行性。

清水砖外墙作为填充墙，还必须满足相关规范的抗震构造要求。

汶川地震的震害实例证明，填充墙在地震过程中，经历了：

对角线剪切破坏——形成X型贯通裂缝——丧失竖向承载力——成块体、或成整片垮塌的破坏过程。

从规范角度，填充墙内圈梁、构造柱及拉墙筋的设置，主要目的是保证建筑在地震发生时，避免砸伤人或造成人员伤亡；避免堵塞逃生通道，避免次生伤害。

本项目清水墙运用了内凹、外凸和镂空等花式砌筑手法，砌筑方法的研究必须与规范的抗震构造相结合。

为保证立面的完成度，需要建筑师与结构师保持密切对话和配合，在满足结构安全性的前提下，共同确定墙体的砌筑与抗震构造方案。

墙体抗震构造的有以下控制要点：

1、水平拉墙筋应通长设置，砌法研究应为拉墙筋提供水平通道，并保证与主体可靠连接，使得极端情况下墙体不脱落。

2、常规建筑幕墙由背后的水平及竖向龙骨所支撑，幕墙化的清水砖外墙也可以按类似的概念进行设计。

实施时将外层墙紧贴于内层墙的构造柱与圈梁上，墙内的水平拉墙筋弯折锚固其内，构造柱与圈梁起到了水平及竖向龙骨的作用。

3、规范并未提供镂空砖墙的稳定性计算方法。从可能的失稳形态来看，欧拉公式仍然适用，但是要对墙体厚度进行适当折减，但折减系数还需进一步研究。

实际工程运用中，布置双层墙（墙体加厚）以保证镂空砖墙的稳定性，墙间设置拉结件以确保两者协调变形。

这是项目落成后的实景，基本实现了建筑师的预期目标。略带遗憾的是，从项目交底时就已经考虑到的问题未能获得有效解决。

项目的清水砖带有磨砂质感，耐污染能力要远低于釉面清水砖，且砌筑过程中水泥砂浆对已施工墙面的污染是难以避免的。

设计交底阶段已要求施工单位做好成品保护工作，如采用墙面盖膜或随砌随擦洗等措施，但实际施工过程中仍难以有效控制。

类似项目如何解决墙面污染问题，是值得进一步研究和探讨的。

上图左侧是镂空砖墙建成后的实景。

镂空砖墙的砌筑工法，也是另一个需要研究的问题。

墙体镂空时，灰缝的自由边过多，砌筑过程中砂浆难免坠落，灰缝不易饱满。

大白前期所设想的解决方案，是先在灰缝外侧贴胶带把砂浆兜住，待强度满足要求再将之撕除，这需要精细化施工控制及管理，现阶段还是较难实现的。

项目的现场配合过程，基本实现了建筑师负责制，大白一共去了50～60趟工地，而建筑师则去的更多。

不单是现场配合工作，我们还到砖厂挑选了砖样，也学到了关于砌块的生产知识。

大白认为，想要合理确定清水砖墙花式砌法，就必须对砌块的生产过程有所了解。

以前砖厂以制作实心砖为主，用的是柴火窑，一窑砖可以烧好几天，把实心砖烧透是没问题的。

现在用电窑来烧制砌块，一窑砖大概只烧24小时左右，烧制时间大幅缩短。

实心砖的话，烧结时间不够，砌块的残余变形大，尺寸及平整度就难以保证，所以电窑主要烧制多孔砖和空心砖，这就要求我们在确定砌块规格时需要控制壁厚，一般在10~12mm左右。

另外，砌块的胚体和孔洞，是将泥土混合好后在制胚模具上挤出成型的，所以孔洞方向必须和胚体挤出方向一致，很像意大利空心面的制作工艺。

如果清水砖墙有凹陷、镂空与突起等造型，设计师在定制砌块时，必须要结合墙体的砌法和砌块生产原则，合理确定砌块的种类及数量。否则实施过程中，内部孔洞可能会外露，从而无法保证设计效果。

砌块还应尽量按模数设计，以批量化生产而降低材料价格。

本项目定制了6种不同规格及开孔位置的砌块，并要求在外层清水墙施工前砌筑样墙，以确保设计方案的可实施和正确性。

最后，大白简单总结下外墙双层墙的工艺顺序：

主体框架完成——内层墙砌筑——圈梁、构造柱浇筑——建筑防水层施工——外层清水墙砌筑（埋设拉墙筋将外层墙与圈梁、构造柱、框架柱连接）——清洁外墙。

接下来我们聊第三部分：结构即建筑。

结构即建筑，讲求的是结构与建筑的统一。我们身边最常见的案例是雕塑。

雕塑本身是一种结构，又是一种建筑完成态 。

环东海域滨海旅游浪漫线“官浔溪驿站”就是一个有趣的实例，项目位于厦门的滨海西大道沿线，方案主创是郑思洋， 结构设计由大白和李小龙共同完成。

初步的设想是，建筑物由 几片多义的混凝土墙 构成 ，这些墙既能当支座、又能当屋盖，实现一墙多用的目的。

整体建筑形似三片叶子互为支撑，每片叶子由平板空间扭转90度形成，平均跨越距离在18m左右，末端还带5~6.5m的悬挑，这样的结构体系不是很常规。

结构初设阶段考虑过钢结构体系，但考虑到减少日后维护（海岸环境）以及适合表面抹灰的曲面封皮材料不多，初步确定采用混凝土结构。由于担心抹灰的粘结能力难以保证，可能易于掉落，最终决定采用清水混凝土结构。

建筑师一开始拿出这个方案时，对于能否实现，心里也不是很有底的。方案配合阶段，大白安慰他：

1、三片混凝土墙板空间扭转90度后，以60度角互为支撑，围绕成一个等腰三角形，这个体系的稳定是没问题的；

2、地震力不管来自哪个方向，总会被作为支座的长墙分担掉，结构抗侧能力也OK；

3、毛估一下，跨度平均18m、扭板高度按3m（宽度6m的1/2），跨高比并不大，跨越也是可以实现的。

大致的计算流程是：建筑师用犀牛建出模型，为结构工程师提供空间网格，导入结构计算软件（YJK）后，附上蒙皮并指定为混凝土板，其后施加荷载（特别是风荷载）以计算受力和变形。

计算出来扭板的厚度是400mm，大跨位置准永久组合下的弹性挠度就一公分多，大悬挑处也差不多。当然，实际挠度仍需考虑长期刚度的影响。

这个案例说明：

结构的稳固取决于形式，合理的空间形式能实现自我跨越。

一点建议是，结构师要学一下犀牛（Rhino）和Gh（Grasshopper），参数化找形与优化设计可能是结构未来的发展方向之一。

另一个值得关心的问题是，结构施工时的模板体系选择。

选项之一是 木模板 ，由于空间扭转角度大，需要用小块木模拼接以形成曲面，施工难度大。

另一种选择是 土胎模 ，典型案例如妹岛和世设计的瑞士洛桑联邦理工学院劳力士学习中心和西泽立卫设计的日本濑户手岛艺术博物馆。

土模是先把土堆成一定体量的土包，在其基础上修出形状，浇上垫层，在垫层上铺设钢筋、浇筑混凝土，最后把下面的土掏掉，建筑造型粗胚就出来了。

项目所处位置是吹填场地，大面积堆土可能导致地面沉陷，影响建筑完成度，故放弃选择土模方案。

最后决定采用 铝合金模板 ，但缺点也是有的，模板需要定制，一组模具只建两个单体，重复利用次数少、非常不经济。

遗憾的是，结构图纸通过施工图审查以后，由于一些原因该系列方案全部推翻重做，这个单体没有真正得以落地并实现。

最后我们要聊的案例，是东山“清水园”项目。项目坐落于东山马銮湾风景区的海边第一排。该方案曾获得2015年第十一届福建省优秀创作奖一等奖。

建筑主创是牛津， 结构设计由大白和郑炜鋆共同完成。

项目所处沿海环境风大且潮湿，大白实地考察时留意到，周边项目的墙面涂料容易空鼓、脱落或发霉。本项目采用清水混凝土一次成型，避免了抹灰、干挂等外墙装饰，挺适合当地的环境特点。

这里简单介绍下，清水混凝土的类型：

一种是 普通混凝土 ：直接利用混凝土成型后的自然质感作为饰面效果的混凝土，我们常在城市高架桥的桥墩上见到；

另一种是 饰面清水混凝土 ：要求表面颜色基本一致，由有规律排列的对拉螺栓孔眼、明缝、蝉缝、假眼等组合形成的、以自然质感为饰面效果的清水混凝土，常见于安藤忠雄的作品之中；

最后一种 装饰清水混凝土 ：表面形成装饰图案、镶嵌装饰片或彩色的清水混凝土。例如贝聿铭设计的美国梅萨实验室、美国国家美术馆东馆的室内大厅，采用的是粉红色的清水混凝土。

本案以装饰清水混凝土为主，采用木纹、竹纹的装饰纹理，局部辅以饰面清水混凝土。

要实现这样的效果，一般有三种可选方案：

1、 框架体系+清水混凝土填充墙方案 ：墙内设置弱连接，如抗剪槽等，典型案例是安藤忠雄设计的上海保利大剧院；

2、 剪力墙结构方案 ：清水墙亦是结构主受力构件，例如安藤忠雄的代表作：住吉的长屋；

3、 框架体系+仿清水混凝土挂板方案 ：砌体填充墙外干挂板材的类幕墙做法。

需要注意的是，建筑保温层做法对结构设计亦有所影响。

大家知道，建筑保温方案有外墙外保温、内保温与夹层保温等。

采用仿清水混凝土挂板，可选择外保温或内保温做法，结构设计方法与常规项目并无不同；

若为清水混凝土外墙，可以优先选择内保温做法，保温材料做在外墙的内侧，按框架或剪力墙结构进行设计；

还有外墙中间夹保温空腔的做法，优点是可同时保留外墙内外表面的清水混凝土效果，缺点是需要对空心剪力墙进行合理简化与构造，且无可参照的设计规范，安藤忠雄在德国兰根基金会美术馆中用过该做法。

本项目最终采用剪力墙结构+内保温的设计方案。

建筑师的另一个需求是，沿海景观面要开敞、隐私面封闭。带来的结构问题是上下层墙体交错叠放，需对叠墙式的结构体系进行进一步研究。

一般来说，普通楼层梁（跨高比不小于5）常为弯曲变形；而深梁（跨高比不大于2.5）以传递剪力的剪切变形为主，就像左图一样，上层墙体以下层墙体为支座的同时兼作了楼层的深梁。

随着建筑平面演化，由于下层墙体内退，结构固有缺点显现出来，下层墙体的面外抗弯刚度弱；

可以补充设置一定量的垂直墙体，对组合墙体进行面外加强，从而保证结构整体稳定性。

这种体系被大白叫做：

“自转换”剪力墙结构。

墙体上下层交错叠放，下层墙体设计为双向抗侧的支座，上层墙体为同时支撑楼、屋盖的深梁，利用自身的刚度实现了跨越转换。

从吸收并耗费地震能量的角度，不管是脆性结构或延性结构，图中阴影面积相同时，应变能是相同的。这就引出两种结构耐震思路：

一、“高延性，低弹性承载力”的思路：

优点：结构造价较低；缺点：震后破坏大，结构难以修复；

二、“低延性，高弹性承载力’”的思路：

优点：地震难以损伤结构；缺点：结构刚度大，造价高；

结构工程师不得不在结构的刚度、强度、回弹性和成本之间折中处理，寻求最佳的平衡状态。

本案为地下一层、地上两层的剪力墙结构，故采取了“高弹性承载力，低延性”的耐震策略。

全楼按中震弹性设计，计算顶点位移极小，双向仅均约0.7mm。 

项目经受住了2018年11月26日07时57分发生在台湾海峡（北纬23.37度，东经118.61度）的里氏6.2级地震的考验。

为了达到理想的木纹、竹纹清水混凝土效果，项目施工前进行了小尺寸和标准尺寸的样板墙试验。

实际施工时把松木板内衬在木模板内，从而实现纹理拓印的效果。

这是二层的标高示意图，项目标高关系十分复杂，所有的三维细节需要在二维图纸中清晰表达出来，项目的设计师郑炜鋆花了很多的功夫。

图纸中明确表达了各专业（包含景观、内装等九个专业）的预留孔洞、套管等信息，为确保无误，大白也校对了三遍。

通过不同填充示意区分了：仅到该层的剪力墙、上下层连通的剪力墙和本层转换的剪力墙。

精细化的图纸经受住了项目的施工检验，全套图纸仅有一处错误。

小郑还建了revit模型，包括基础底板、主体构件等全部内容，以作为图纸校验的辅助手段。

让我们一起欣赏下项目的建造实景。

? 默认建筑工作室  摄影：张超

? 默认建筑工作室  摄影：张超

? 默认建筑工作室  摄影：张超

? 默认建筑工作室  摄影：张超

? 默认建筑工作室  摄影：张超

? 默认建筑工作室  摄影：张超

? 默认建筑工作室  摄影：张超

? 默认建筑工作室  摄影：张超

? 默认建筑工作室  摄影：张超

? 默认建筑工作室  摄影：张超

? 默认建筑工作室  摄影：张超

? 默认建筑工作室  摄影：张超

? 张超摄影工作室   摄影：张超

? 默认建筑工作室  摄影：张超

? 默认建筑工作室  摄影：张超

? 默认建筑工作室  摄影：张超

? 默认建筑工作室  摄影：张超

? 默认建筑工作室  摄影：张超

? 默认建筑工作室  摄影：张超

? 默认建筑工作室  摄影：张超

? 默认建筑工作室  摄影：张超

最后，大白想聊聊结构师与建筑师的关系。

任总已经讲得非常透彻，大白觉得没什么可以补充的。

听一位技术大佬说过，建筑师就有点像大哥，后面带着结构师（小弟）。身后有小弟往那一站，立马觉得很有气势；如果没有结构师撑腰，可能建筑师就会觉得心里很虚。

之前看到比尔盖茨的纪录片，有段内容与我们的主题很贴切，截取下来分享给大家。

建筑师跟结构师的关系比较像朋友；

交对朋友很重要，和对的建筑师合作也非常重要，他们对设计作品的执着能推动你不断进步，让你变成一个更好的结构工程师。