方案设计毫无头绪？请答应我一定要尝试从结构出发的设计概念

 

建筑设计中对结构的两种操作方法  

 

常规的结构处理是采用“ 先建筑后结构 ”的设计手法。将结构的考虑至于建筑空间和造型的考虑之后，导致了实际中对框架结构粗暴的使用和过度使用，忽视了结构本身在建筑空间塑造和造型中的表现形式。
 

 

而异化的结构处理，或者说异规，是一种颠覆性的设计方法，由结构工程师西塞尔-巴尔蒙德提出，是“ 先结构后建筑 “的处理方式，是旨在将异化的 结构作为设计出发点或者与空间造型并置考虑 的设计手法，让我们看到了结构和建筑有机结合的某种可能。  

 

 

常规的结构处理——以多米诺体系为例  

 

经典的多米诺空间结构体系和其演化而来的框架结构体系是当代建筑实践中应用最广泛的空间结构系统。
 

 

多米诺体系诞生的意义在于用钢筋混凝土柱承重，解放了承重墙，打破了古典建筑对称的布局，一定程度上实现了建筑平面空间和立面形态的自由。  

 

平面上，多米诺体系柱网呈现一种均质化网格状的几何特性，便于复制，建筑空间能实现匀质的弹性发展。剖面上，“楼板实际就是水平的墙”，自然的划分了上下层功能及空间，层间通过楼梯等联系。  

 

多米诺体系不同维度的几何特性体现了其模块化、方便建造和适应性强的特点，也导致其在当代建筑实践中被过度应用的结果。同时，其表现的局限性也显而易见：其一，空间网格化、均质化，容易单调；其二、多米诺带来的自由是相对的，空间中柱实体不容忽视的实际存在着，对空间造成侵扰，可视为空间与结构上的某种矛盾；其三，层的概念被强调，虽然通过悬挑，退台和开洞能突破上下层空间界限，但也十分有限。  

 

 

△多米洛体系  

 

 

△高田生物医药研发中心&九樟建筑-空间与柱

 

结构的异化处理  

 

3.1  柱的异化处理  

 

3.1.1  柱的尺度  

   

多米诺体系柱实体在空间中的存在不可避免，为了 消解柱在空间中的体量 ，伊东丰雄在仙台媒体中心中采用了一种钢构空心管壁柱元形态的“ 空心柱 ”。  

 

 

△仙台媒体中心结构示意图  

 

媒体中心的结构体系本质上脱胎于多米诺“板—柱”结构体系，但通过材料和技术的处理将原本实心结构柱的 空心化处理 ，并与蜂窝楼板的结合，呈现了一种全新的结构表线形式。  

 

建筑师利用“空心柱”的几何和三维特性，不仅消化了建筑内部垂直交通，设备管线，也结合屋面天窗采光将自然光引入建筑内部空间的中心区域。  

 

同时编织的刚框架柱在视觉上能呈现一定的通透性特征，高效地利用空间的同时更 弱化“柱”在的体量感，柱也成功化身为塑造空间的主角 。  

 

 

△仙台媒体中心室内空间图

 

△仙台媒体中心建筑立面  

 

② 柱的分布  

 

为了突破经典的多米诺正交网格，在神奈川工科大学工坊中，石上纯也采用了300多根粗细不同的细钢柱，   通过“滑移”和“网格转化”等操作手法 ，创造出视觉上   随机分布排列 状态的柱网系统。由此打破了经典多米诺体系均质化的柱网空间，实现了一种接近“   森林 ”般   有机分布 的状态。

 

 

△神奈川科技大学工坊 平面图

 

△神奈川科技大学工坊 结构构造图

 

空间上通过柱网分布   疏密的变化限定了不同尺度的空间 ，为建筑提供了灵活自由的划分，也提供给使用者灵活自由的路径。

 

造型上，石上纯也一直追求建筑的透明感，KAIT工坊立面均为玻璃，内部300多根粗细不匀和“随机”分布的   钢柱成为视觉上主要的物质形式，模糊了边界 ，也让建筑很好的融入周边环境。

 

 

△神奈川科技大学工坊 室内空间

 

△神奈川科技大学工坊 立面及环境

 

3.1.3  柱的形态  

 

柱的形态表现多种多样，常见的形态有   板片柱 和   树状柱 。

 

板片柱（片墙） 由于其截面长宽比呈现线性的几何特征，故其在   空间限定 上的作用也比截面形态为“点状”柱要强。

 

菊竹清训设计的Sky House中，将板片柱设置在正方形建筑平面的四各立面边界上。四个方向的板片柱共同抬起并围合了二楼的室内空间，   将结构从空间中解放，室内空间不受结构柱影响 且没有墙体划分十分纯粹，实现   布局的灵活自由 。

 

 

△Sky House 实景照

 

△Sky House 建筑结构构造示意

 

立面上除了板片柱围合部分，建筑四个角设转角窗，视野完全打开，也能够适应室内不同空间布局的开窗采光和视线的变化要求。

 

 

△Sky House 室内空间

 

而   树形柱 主要呈现一种   结构技术美学 的特征。弗雷奥托的德国斯图加特候机楼运用树形柱，通过对连续结构的拓扑优化，实现了   建筑结构支撑与空间表现的统一 。树形柱在结构和空间上能够带来的好处是能够减小梁的跨度，降低梁截面尺寸，同时成为塑造空间中的表现元素。

 

 

△树形柱 形态的拓扑优化

 

△斯图加特航站楼室内空间

 

3.1.4  柱的方向  

 

为适应多元化的功能需求和灵活空间，从   柱的方向 出发，对柱网组织进行重构，   打破传统建筑正交柱网框架 。

 

在Christian Kreze的郑州塔设计方案中，采用了从地面沿不同方向延申至顶层屋面的20cm钢柱作为建筑结构空间的表现形式。设计中，   柱子在平面上的疏密变化和到达的楼层随楼层变化 ：随楼层升高，空间内的柱子越少，空间尺度从下到上也由密度变疏，空间逐渐得到释放。

 

 

△郑州龙湖区CBD建筑结构空间概念模型  

 

 

△郑州龙湖区CBD梁板柱结构关系示意

 

在Energy Efficient Office Building，建筑师进一步实现了该想法，在建筑外立面采用了一系列沿不同方向的板片柱作为主体结构，室内空间的细柱角度也随室内中庭的滑移而变化、不再垂直，共同塑造建筑   灵活自由的空间气质 。立面上不同方向的板片柱也突破了长方体体量规则的几何特性。

 

 

△Energy Efficient Office Building 结构空间概念模型  

 

3.2  梁的异化处理  

 

3.2.1  梁的尺度  

 

在小清河湿地公园青少年拓展营地中，为了回应和保护生态环境，设计采用对场地介入的处理方法，地面层仅立两片剪力墙，通过抬起空腹桁架将建筑主要功能至于二层，实现建筑悬浮于场地之上的效果，同时满足40m跨度要求。

 

 

△小清河湿地青少年活动中心方案模型

 

由于   空腹梁尺度 原因，梁结构也在建筑中起到   围合建筑 和   划分空间 的作用，这种类似“   深梁 ”的做法，不仅满足结构跨度需求，在两榀空腹梁之间置入不同功能的空间，也使结构成成为划分限定空间的基本“单元”，实现了人在梁间穿行的空间体验。

 

 

△小清河湿地青少年活动中心方案空结构单元构造

 

△小清河湿地青少年活动中心方案空间节点  

 

3.2.2  梁的形态  

 

日本Tomohiro Hata Architect and Associates设计的Atlas屋中，为了适应业主居住、诊所和未来出租的不同需求，采用   “主梁”的形式作为空间母题，划分限定空间 。

 

“主梁”呈现一种倒锥斗状的形态，建筑空间划分方式聚焦于这种结构上的基本构造的变形。

 

 

△Altas屋“主梁”模型及平面功能分区

 

△Altas屋剖面图

 

与传统钢筋混凝土不同，它不仅作为承重结构存在，而是围绕其组织各种不同的主要功能区，使   梁成为空间限定的主角 。

 

 

△Altas屋‘主梁“限定下的室内空间及庭院

 

△Altas屋‘主梁“限定下的室内空间  

 

3.2.3  梁的分布  

 

米兰世博会中国馆采用   钢结构异形钢梁构成曲面空间网格 ，实现无柱大空间，交织的屋面结构网格塑造了变化的室内天花，空间尺度上室内高度的变化突破了大空间容易产生的空旷和单调性，同时塑造了含蓄且抽象的中国特征的建筑风格。

 

 

△米兰世博中国馆 结构构造示意图

 

△米兰世博中国馆 立面造型  

 

 

△米兰世博中国馆 室内空间  

 

3.3  板的异化处理  

 

3.3.1  板的尺度  

 

PRAUD建筑事务所设计的拉脱维亚利斯马酒店方案，   “漂浮”半空的体量楼板和屋面之间在结构的作用下，形成了一个“空间”化的“空心板” ，置入私人酒店套房和娱乐活动等公共功能空间，倾斜的漂浮于位于地面层的公共项目之上。架空的地面层作为公共空间像整个城市和景观打开。

 

 

△Lisma酒店体块分析

 

△Lisma酒店 空心板构造

 

△Lisma酒店 方案效果图

 

3.3.2  板的形态  
 

 

2004年SANAA设计的有着起伏地面和屋面形态的建筑在劳力士学习中心设计竞赛中拔得头筹。建筑师和结构工程师利用两片如波浪起伏般的屋面板和楼板设计了一个充满创造力的空间和建筑形态。这种结构本质上还是   壳体的演变 ，但造型上   楼、屋面板不再以水平的姿态呈现 。

 

 

△劳力士学习中心实景图  

 

 

△劳力士学习中心 建筑结构构造示意图

 

空间上：   起伏的板 由于曲率变化以及在板上开洞的处理，自然地划分了不同的功能空间，空间呈现   “山丘”和“低谷”的形态 ，突破了传统墙体和楼板划分空间的限制，更加灵动自由。

 

造型上：起伏的屋面板可以避免对已有景观的遮挡，并且不会阻断地面流线和路径。

 

 

△劳力士学习中心室内空间

 

△劳力士学习中心室外空间

 

③ 板的分布  
 

 

库哈斯设计的法国朱西奥大学图书馆，将建筑流线视作城市空间的延续，利用   连续曲折向上的楼板 组织了主导内部空间的流线，并由此将城市空间氛围延续渗透至建筑内部。

 

 

△朱西奥大学图书馆方案模型

 

△朱西奥大学图书馆  折叠楼板图解

 

空间上：   折叠连续的楼板突破了传统结构中 “层板”的限制 ，并结合逐层退让、开洞、变化坡道尺度、视线交流等手法，真正实现了一种空间上的连续性，让楼板成为链接城市和内部空间的整体。

 

 

△朱西奥大学图书馆  剖面连续路径展开图  

 

 

将多个基本构建进行组合操作的异化处理  

 

4.1  梁柱结合  

 

伊东丰雄把“   从基础几何形态的结构出发，通过拓扑变化形成新的结构系统，并创造出新颖的几何造型变化 ”的做法总结为“   衍生结构 ”。多摩美术大学图书馆就是他对衍生结构的一次实践和探索。

 

 

△多摩大学美术馆 建筑外立面

 

设计中，采用了一种   梁柱结合 的结构形态，本质上还是想要突破多米诺体系的正交网格，探索一种更接近自然界“随机性”的结构和空间形态。

 

空间上：通过非正交的网格系统将拱形   跨度从1.6m~16m不等的连拱结构 组织起来，是相对多米诺正交网格结构体系而言更加“自然化”的一次修正，不同跨度的拱形带来的“立柱”在平面上的疏密和限定的空间尺度变化，更加强化了建筑和空间所希望实现的流动性。

 

造型上：通过这种微观拱形单元到宏观的非正交网格连拱结构，创造出了的丰富灵动相互渗透的空间虚实关系，以及结构视觉上呈现出新颖的几何图形特征。

 

 

△多摩大学美术馆 结构构造示意图

 

△多摩大学美术馆 平面布置与结构网格之间的关系

 

△多摩大学美术馆 室内空间

 

△多摩大学美术馆 室内空间  

 

4.2  梁板结合  

 

建筑师对结构的要求是塑造空间，通过维护结构完成空间塑造的目的，优于完成建筑主体维护后二次吊顶。

 

 

△玉环博物馆 实景图

 

玉环博物馆中，为了实现反曲屋面的造型形式，结构设计的考虑与建筑空间、造型要求深度融合考虑。屋面采用反曲薄壳，二层楼面采用   箱型鱼腹梁楼盖 ，实现造型元素统一、空间要求。

 

 

△玉环博物馆 结构模型

 

△玉环博物馆 剖面透视图

 

空间上：箱型鱼腹梁楼盖，满足大跨度结构需求，   结构空间化的处理手法提供了设备管线藏身的空间，进一步解放空间顶部界面 ，实现顶面简洁的空间效果，同时也增强了上下楼层隔声性能。

 

造型上：结构在立面上与幕墙形成鲜明叙事对比，反曲的视觉元素上在建筑整体造型上实现统一。

 

 

△玉环博物馆 室内顶棚

 

△玉环博物馆 立面造型

 

4.3  梁板柱一体化  

 

在台中歌剧院项目中，伊东丰雄创新设计，结构呈现   多孔海绵状结构，模糊墙体、地板和天花之间界限 。

 

 

△台中大剧院 实景图

 

△台中大剧院 结构空间概念模型  

 

空间上：内部空间如同四通八达的洞穴，相互渗透，在水平和垂直方向两个唯独都实现了自由流动的使用感受。   一体化的结构曲墙打破了正交几何空间框架的单调和重复，空间充满创意和活力。  

 

 

△台中大剧院 剖透视图

 

△台中大剧院 内部空间

 

△台中大剧院 内部空间

 

造型上：   结构也参与建筑界面塑造 ，与平面化的玻璃幕墙对比，不仅是虚实的塑造，结构截面在立面形成的孔洞，   将建筑立面从二维视觉导向三维空间 ，将空间特质释放到城市界面，实现建筑与城市之间的流动体验。

 

 

△台中大剧院 立面的虚实与空间  

 

 

总结  

 

通过上文案例的介绍分析，不难看出，对结构的异化处理，往往是将结构和空间及造型并置考虑的，除了满足结构本身技术要求，同时也在结构处理的策略上考虑异化处理给空间和造型带来的好处，从列举的案例也不难看出，这么做往往效果是一举多得的。

上文主要从操作策略的角度归纳了结构异化处理的不同方法，案例旨在更直观的表达不同操作手法背后的空间和造型逻辑，并不能涵盖各手法实际操作过程中所呈现的不同表现形式。为了更直观的对比结构异化前后的差异，我在这里绘制了一张表格，供各位读者更直观的把握文章的内容。

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