【结构学院】以结构之名，描绘立面

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自由立面是柯布西耶提出的现代建筑五原则之一，立面是建筑表现的一个重要方面。而结构构件，往往是隐藏在建筑立面之后的。当然也有一些特例，直接以结构作为一种表现方式，结构与建筑立面相结合、统一。

TOD’S表参道店 TOD’S Omotesando

建筑设计： Toyo Ito &Associates

结构设计：Oak Structure Design

位于东京表参道的TOD’S店以其独特的立面，吸引着无数游客的目光。建筑整体平面呈L形，临街的一面比较窄，显得更加挺拔。

建筑立面上满布着斜交的清水混凝土构件，像“树”一样有机地向上伸展。沿着建筑L形周边展开，呈现出一排榉树的造型，与街边的树木互应。

结构上，斜交的“树枝”由300mm厚的清水混凝土建造。如何定义“树枝”构件的类型呢？它既是柱，也是斜撑，又像是开了洞口的墙。作为最主要的结构受力构件，承受着竖向荷载，以及强烈的地震作用。

▲ “树枝”与镶嵌玻璃

平整、光滑的清水混凝土墙面

“树枝”之间镶嵌着双层无框玻璃幕墙。灰白色的混凝土与淡青色的玻璃相间，整个建筑显得特别清爽。

“树枝”构件自下而上，截面收小，像真实的树叉一样越来越细密。这种变化规律同样符合结构轴力和倾覆弯矩的趋势(上小下大)。

▲ 结构有限元分析模型：壳单元模拟墙柱

上图为结构有限元分析模型，以壳单元模拟墙柱。我们看到，在L形建筑的一角，有一个钢筋混凝土芯筒与“树枝”柱共同作用；而另一边则完全由“树枝”柱支承，楼板跨度达10~15m，实现了建筑内部的无柱大空间。

为了避免地震时玻璃被混凝土构件挤压破碎，建筑采用了基础隔震设计，尽量减小上部结构的位移角变形。

▲ 抗震结构与隔震结构对比示意

▲ 首层入口处的隔震盖板

▲ “树枝”形混凝土构件的施工：钢筋与模板

▲ 上部楼层室内效果

▲ 平整、光滑的清水混凝土墙面

MIKIMOTO 银座2店 MIKIMOTO Ginza 2

建筑设计：Toyo Ito &Associates

结构设计：佐佐木睦朗、大成建设

MIKIMOTO 2店位于游客如织的东京银座商区，建筑高48m。白色的长方形盒子，表面上有机地分布着形状各异的孔洞，新颖的立面引人注目。

实际上，四个立面开孔的墙体，正是整个建筑仅有的竖向结构体系，内部14x17m的空间没有一根柱子。

▲ 结构组成：4片开孔墙板与梁板

墙体厚度仅200mm,由内外两片钢板(6 ~12mm厚)和起拉结作用的栓钉组成。在钢板之间浇灌混凝土形成一体化的结构。

▲ 墙体构造剖面

设计时，仅考虑用钢板来承受建筑的竖向力和地震水平力，保证结构延性。而混凝土的作用是防止钢板屈曲，以充分发挥钢材的强度。此外，在火灾情况下，建筑竖向荷载由混凝土承受。因此，钢板可以不做防火涂装。

▲ 平整、光滑的墙面

由于墙体面积巨大，现场分块焊接是避免不的。整体墙板共分330个单元，每个分块单元大小约2.4米宽、4.5~5.0米高(层高)，运送到现场再焊接，完成后打磨，几乎看不到焊缝。

▲ 首层的橱窗和入口

▲ 室内开孔墙板的效果

Parada 青山店 Parada Aoyama

建筑设计：Herzog & deMeuron

结构设计：竹中工务店

Parada青山店，2003年

Parada青山店，是瑞士建筑师 Herzog在日本的第一个设计作品。建筑共六层，表面以规则的菱形网格覆盖，其结构、幕墙和空间是一体化设计的。无论整体还是细部，都呈现出水晶般的外观。

▲如水晶般奢华的幕墙

当结构工程师接触设计时，业主和建筑师已基本确定了菱形网格方案，甚至格子的间距、角度也是确定的。

留给结构师的难题是 “构件完成后截面尺寸不大于250x300mm”，再减去防火涂料的厚度，构件截面需在150x250mm以内。

▲菱形钢结构网格

办法永远比困难多。结构师将所有构件设计为统一的150x250mm，基本采用H形截面，局部用了箱形截面。再根据网格受力大小，调整钢板的厚度分为7种，最厚钢板达60mm。

▲ 局部建筑模型

由于菱形格子比较扁平，在竖向荷载作用下容易压缩变形。对比了如下几种解决方案：

a.不采取措施的菱形网格在重力下压缩约50cm；

b.在建筑四角加柱能够有效减小压缩变形，被建筑师否决；

c.利用每个楼层的水平梁拉结，梁内轴力较大，但影响局部楼层挑空，被建筑师否决；

d.拉结三道水平梁，梁内轴力巨大。

最终选用了方案d。但是，即使有三道水平梁拉结，结构顶层的压缩量仍有30mm。施工放样时，将每层格子提高约3mm，以保证在完成后的建筑形态。

结构体系:网格外壳，水平拉梁、芯筒、基础隔震

整体结构的抗侧力体系，由中间的芯筒和网格外壳组成，建筑室内不设立柱。建筑局部设1层地下室，并在地下室以下做了基础隔震设计，以进一步减少上部结构的地震响应。

▲ 包裹防火涂料后的菱形网格

限于篇幅，有些案例无法详细展开，仅罗列如下供大家参考。

▼ IBM 大厦，1963年，结构设计LERA

第一座外露网格结构的办公楼

▼ O-14 Dubai, 2010, 结构Ysrael A.Seinuk

混凝土结构，圆形开孔表皮结构

局部配筋详图和表皮展形图

▼  One Shelley Street, 2012, 结构设计Arup

落地的支撑构件

▼  北京保利国际广场，2016

建筑结构方案设计:SOM

参考资料：

1. Diagrid Structures-Birkhäuser,Terri MeyerBoake.

2.《东京结构设计地图》,综合资格学院.

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