“屋顶的自由”——网架结构在建筑设计中的独特美学体验

网架结构是在大跨度建筑和中小跨度建筑的大面积的楼面中经常使用到的一种结构形式。网架结构本身具有明显的结构韵律感，暴露的网架结构可将结构美感充分展现出来。而对于建筑形态的美学而言，网架结构也释放了屋顶形状。网架结构有多种变体——平面网架、曲面网壳、折面网架拼接等。因此，屋顶被誉为建筑的“第五立面”，屋顶形态设计与整体理念息息相关，而网架结构给予了屋顶形态一种自由而经济的布局方式。本文就网架结构在建筑设计的独特美学体验进行分析和阐述。

● 前  言

网架结构（包括网壳结构）实则在人类建筑史的早期就有出现。此类结构的发展也与人类的生活、生产需要，科技发展水平，以及物质条件密切相关。人们凭借经验已经认识到穹顶可以利用最小表面产生最大空间，同时结构使用的材料也相对经济。古人就以仿生学原理为基础，建立了以稻草为表皮、树枝为骨架的穹顶结构。

直到工业革命以后，构件生产的逐步成熟使得网架结构更易于实现从而逐步推广开来。随着信息革命的到来，软件信息技术的形成使得网架结构更易于设计，能承载更丰富的形态，也保留了其经济的优势，因而使用率进一步提高。

通过可在工厂预制的小构件来形成大空间，安装简单快捷，对于各种条件的施工技术都可以适应，综合经济指标较好，因此大空间屋顶常常采用网架结构。

网架结构具有可靠性和实用性，当然该结构也带来了建筑设计中的独特美学体验，更易于开阔设计思路，为天马行空的设计造诣创造了可行性，增加了建筑设计的多种可能。网架结构多以钢结构构件为主，当然也有混凝土构件和木构件，不同材料的选择也基于不同空间感受的缔造。多样的美学体验也是网架结构所要塑造的重要特征。

● 美学体验

◆  网架与网壳构件的结构韵律美感

网架与网壳结构本身构件的重复富有韵律感，且作为整个屋顶，覆盖面积广，进一步强调了其结构本身的韵律感。当屋顶网架结构被暴露作为屋顶的一部分，能让人直观感受到大跨的结构形式，并且构件形成的网架与网壳结构合理性表达了结构的力学美感。在不同材料的衬托下更给予了建筑不同的感知性。

以同济大礼堂大厅（图1）的结构为例，它是整体装配式钢筋混凝土联方网架结构，在大厅拱形屋顶网架结构中，菱形结构网格单元布满了整个屋顶，极富韵律感。大厅宽40m、长56m，结构净跨40m，外跨54m，整个屋顶由一体化网架结构构成，整体性的强调给予建筑浑然一体的观感。网架结构为室内活动的进行塑造了整个大厅的一致性和向心性。在2005年大礼堂的保护性修缮改造中，也重点保护了礼堂的拱形网壳结构，屋面采用的是油毡板，在室内屋顶采用结构露明的做法，将结构纯粹地暴露在外。整个拱形网壳采用了钢混结构，并将材料也予以了展示，整体的混凝土网架并非最常见的网架材料，但在同济大礼堂中，由于混凝土材料与屋面形成整体性，给人以浑然一体的感受。网架结构既展露了结构的韵律感，同时也没有过强地影响和干涉室内活动。采用浅色调涂料表层忠实于材料本身，也减弱了网格对于室内所发生活动的过强影响。

图1  同济大礼堂大厅  

除了像同济大礼堂一样克制地展现结构韵律美的做法以外，建筑中也常出现通过网架结构本身的结构感来塑造空间体验的做法。通常在此情况下，屋面会配合需要选择玻璃等透明材质来强化网架结构本身。在功能上，此种做法通常作为公共交流性强的灰空间使用。

在西岸人工智能峰会B馆的两个三角形绿色公园入口，设计了一个有遮蔽、半开放的共享城市空间（图2），结构采用了木结构网壳屋顶。屋面采用了透明玻璃顶。对于建筑的一个半开放公共活动空间，在这样的场地中，会有多样行为发生，在大体量屋顶的遮蔽下，又被景观设计和家具排布将空间分割开来，但整体空间感受却是通过大屋顶来进行融合与统一的。

玻璃屋面更凸显了结构本身，同时也体现了屋顶可照光易于室内植物生长的优势。木结构网壳结构屋顶带给人温暖、温馨的感受，整个屋顶覆盖也更为轻盈、通透。周边建筑墙体的白色和屋顶的木色交融，形成了一个人们愿意停留、交往的公共空间，氛围感极佳。

图2  西岸人工智能峰会B馆入口半公共空间

◆  屋顶自由的体现

在当今的建筑设计中，常对场地的在地性、互洽性有更高要求的考量，因而在设计中也会更多地出现大跨度无柱屋顶体系——不同寻常的坡屋顶或是曲面屋顶。而出于内部空间的考虑，希望空间内更少地出现柱等对功能有干扰的结构支撑。无柱空间更加要求屋顶能有一个体系满足大跨度需求，这也使建筑师更多地选择网架结构用于大跨度无柱空间的塑造。

（1）大跨度平面网架

首先，对于平面网架而言，最有效的作用是可以满足大空间大跨度下的无柱空间。这也是在工业革命后建筑学功能、美学、建造方式的变化，基于功能而言，建筑增加了飞机场、火车站等新的大型聚集性交通枢纽，要有前所未有的大空间来容纳更多的人群。另外，基于使用而言，例如飞机室内停机场、造船厂、列车停放修复场等建筑功能对空间要求极高，需要无柱空间，这也催生了网架结构。在此类建筑中，形态自由体现在无柱空间面积可自由缩放，也体现在柱距能自由放宽，这就要求屋顶本身有合理的结构体系，这样才能与支承体系进行分开考虑。

在此类建筑中常采用钢结构网架，可能超脱于简单平面网格布置，而是采用空间网架，例如三角锥、四角锥等形式来组成单层、双层、多层网架体系。由小构件拼接成大构件，形成超静定的屋顶结构。

从结构本体来看，庞大平屋顶的小构件重复所形成的秩序感是远超人体尺度的，与古典装饰美学产生巨大反差，代表了新型工业美学的一大重要特征。

从建筑学角度，勒·柯布西耶提出了新建筑五点，分别是自由平面、自由立面、底层架空、水平长窗和屋顶花园。而屋顶网架结构的方式则是将新建筑五点延续到大跨度建筑上的体现。屋顶的自成体系也解放了平面和立面，底层架空也因屋顶与支承体系分离而得以实现。因而平面网架结构也符合了现代主义建筑的美学观念。

（2）多样网架、网壳结构——屋顶自由与建筑理论

通过网架结构释放的屋顶，可以形成非常反常规的造型，甚至从常规角度而言是违反结构认知却受益于网架和网壳结构特殊构件轴力传力体系得以形成的。这也形成了独特的建筑美学，为后现代建筑理论的诞生做出贡献。

例如解构主义代表之一——蓝天组设计小组作品韩国釜山电影中心（图3）用了两处不同的网架解构：一是广场的巨大悬挑覆盖，二是主体建筑的玻璃屋盖。玻璃屋盖的网架结构更多地与室内空间发生联系，给室内空间营造了更好的光环境及空间感受。

广场的巨大悬挑覆盖是整个建筑最具标志性的部分。尽管有建筑专家们提出了不少批评意见，最长处达85m的悬挑仍然会给每一个经过的人以震撼的感受，同时在夜晚也有魔幻般的灯光效果。在这个覆盖顶中，并没有把钢结构网架暴露在外，却使用了覆盖面材的块体拼接联系来表达内部网架结构的本质，内部其实又有大小不同的网架进行组合。对于网架结构的隐藏和装饰，加重了悬挑覆盖的实体感，形成雕塑般的屋盖。如此使得整个巨大悬挑屋盖与其相对而言“微弱”的核心筒支承形成更加鲜明的对比。在室外，顶的覆盖通过网架解构形成了极富雕塑感的建筑体量和独一无二的半室外空间体验。

网架结构可以有效拼接多媒体屏幕。在釜山电影中心，多媒体显示屏也用作夜间灯光展览和室外观影屏幕，与整个建筑的功能也有着强烈的关联互动。这也体现出了网架结构具有更丰富的功能性。

图3  韩国釜山电影中心

● 总结与展望

随着建筑设计软件继续开发，建造技术进一步发展，网架与网壳结构将成为主流之一，它更加符合新型设计的理念，也更接近计算机思维的本质。

当网架结构从简单平面网架开始复杂化、参数化，它融入了更多计算机图形学的内容，网架结构将逐渐脱离人为可简单控制的实体。它展现出来的美学，既有其本体作为结构的独特魅力，又可以塑造成建筑美学要求的各种形状，这也将对建筑的整体美学观念形成一种补充。

网架结构如果能完全实现，它将不再只是一个屋顶，而整体建筑都可通过该种构件来形成并作为一种常规建筑结构设计的手段来执行。那将会对建筑美学产生极大的冲击。当一个异形和曲面不再因其异而成为奇观，那建筑美学又该何去何从？从形态而言，建筑之美也不只是形式主义，更是基于计算和分析得出的对环境场地的回应策略。网架结构本身的韵律魅力却会依然存在，这种结构之美也可能会成为美学的主流观念之一。

放眼望去，网架与网壳结构的发展还有很多空间，也将形成更多有趣的建筑，这将对建筑结构的美学形成更加丰富的补充。