建筑結(jié)構(gòu)形態(tài)的輕盈化表達(dá)策略研究

李長(zhǎng)建

(重慶大學(xué)建筑城規(guī)學(xué)院，重慶 400030)

1 結(jié)構(gòu)輕盈的發(fā)展趨勢(shì)

1.1 科學(xué)技術(shù)的發(fā)展

科學(xué)技術(shù)的發(fā)展對(duì)結(jié)構(gòu)的影響主要體現(xiàn)在兩個(gè)方面：一是建筑材料的發(fā)展，二是建筑結(jié)構(gòu)形式的發(fā)展。

伴隨著社會(huì)進(jìn)步，科學(xué)技術(shù)不斷發(fā)展創(chuàng)新，出現(xiàn)了許多新型材料可以作為結(jié)構(gòu)的用材，同時(shí)新材料的出現(xiàn)有可能也是建筑行業(yè)的一次革命。例如，從古代用天然木材和石材建造建筑，到發(fā)明混凝土這種材料用作建造建筑，這個(gè)過程發(fā)展緩慢，但是材料起到的作用是顛覆性的，天然混凝土解放了結(jié)構(gòu)所占據(jù)的空間，從而使得建筑有了真正意義上的室內(nèi)空間。而再到后來的鋼材、玻璃、膜等材料的使用，可以說建筑形式發(fā)生了質(zhì)的改變。有了這些革新的材料，之前難以達(dá)到的建筑形式也變得輕而易舉了。大跨度建筑和超高層建筑的建造在現(xiàn)在已經(jīng)變得已經(jīng)非常容易了，主要原因之一也是這些高強(qiáng)度的新型材料的使用，減輕了建筑結(jié)構(gòu)和維護(hù)體系的荷載?？傮w來說，新型材料的使用使得建筑整體形態(tài)變得更加輕盈，而作為支撐建筑的結(jié)構(gòu)體系也由之前承受材料本身的荷載解放出來，呈現(xiàn)出更加輕盈化的形態(tài)。

基礎(chǔ)科學(xué)的發(fā)展也帶動(dòng)了建筑結(jié)構(gòu)形式的革新和進(jìn)步，當(dāng)然結(jié)構(gòu)形式的變化與新材料的出現(xiàn)相輔相成。古羅馬時(shí)期，萬神廟運(yùn)用混凝土澆筑的穹隆頂跨度達(dá)到了43 m，對(duì)于當(dāng)時(shí)的技術(shù)能達(dá)到這么大空間的跨度已經(jīng)很不錯(cuò)了。但是由于運(yùn)用的是混凝土澆筑的穹頂，導(dǎo)致屋蓋的厚度不得不澆筑得很厚，頂部厚度約1 m，而底部為了抵消側(cè)向推力，厚度達(dá)到6 m,尺度是相當(dāng)巨大，整個(gè)屋蓋給人以笨重的感覺。而隨著社會(huì)的發(fā)展和科技的進(jìn)步，大跨度建筑的結(jié)構(gòu)形式也有了翻天覆地的變化。目前大跨度建筑的結(jié)構(gòu)形式主要有網(wǎng)架結(jié)構(gòu)、懸索結(jié)構(gòu)、折板結(jié)構(gòu)、膜結(jié)構(gòu)等結(jié)構(gòu)形式，結(jié)構(gòu)形式通過利用高強(qiáng)度材料像鋼材、高分子膜等，使得結(jié)構(gòu)形式顯得很輕盈。建筑結(jié)構(gòu)形式的發(fā)展使得結(jié)構(gòu)的輕盈化表達(dá)得以實(shí)現(xiàn)。

1.2 建筑審美意識(shí)的發(fā)展

當(dāng)今我們享受的生活環(huán)境主要是20世紀(jì)的建筑技術(shù)和文化審美帶來的結(jié)果，當(dāng)今輕巧相較于厚重來說，是文化審美的主流，因此，建筑形態(tài)也是趨于輕盈化的形態(tài)在發(fā)展，而作為建筑形態(tài)表現(xiàn)的重要部分建筑結(jié)構(gòu)，也越來越呈現(xiàn)出輕盈化的傾向。

工業(yè)革命時(shí)代，工業(yè)革命的發(fā)生也促使了建筑科學(xué)及其技術(shù)的進(jìn)步，不同以往的新材料、新技術(shù)不斷出現(xiàn)，使得在這一時(shí)期人們對(duì)于建筑的審美從傳統(tǒng)的美學(xué)法則之中掙脫出來，把著眼點(diǎn)集中在結(jié)構(gòu)、材料和設(shè)備上，注重科學(xué)的理性美。人們把科學(xué)的結(jié)構(gòu)、新型的材料和高精尖的設(shè)備看作既是一種技術(shù)，也是一種藝術(shù)，大眾相較于沉重結(jié)構(gòu)類型更喜歡新型材料所帶來的更加輕盈的建筑結(jié)構(gòu)，這一點(diǎn)從高技派、解構(gòu)主義等建筑設(shè)計(jì)師的設(shè)計(jì)理念及其作品當(dāng)中可見一斑?，F(xiàn)代建筑大師密斯的一句著名的話“l(fā)ess is more”表達(dá)了他的設(shè)計(jì)審美傾向，建筑要素應(yīng)該盡可能的少，從而運(yùn)用極少的要素去表達(dá)無限的可能。通過大師的引導(dǎo)，使得大眾對(duì)于建筑的審美趨向于簡(jiǎn)約，建筑形態(tài)包括建筑結(jié)構(gòu)應(yīng)該表現(xiàn)的更加簡(jiǎn)約，而結(jié)構(gòu)輕盈化的表達(dá)則比較符合當(dāng)時(shí)大眾審美。

大眾對(duì)于建筑的審美整體上更加趨向于理性簡(jiǎn)約，而建筑師在追求輕盈化的建筑形態(tài)的時(shí)候，建筑結(jié)構(gòu)的輕盈化表達(dá)作為建筑形態(tài)簡(jiǎn)約輕盈的一種手段，也必然會(huì)是一種趨勢(shì)了。

1.3 多米諾體系的演化與變形

在工業(yè)革命時(shí)代背景之下的1922年，勒·柯布西耶采用鋼筋混凝土柱-板體系(Colum n-SlubSystem)為結(jié)構(gòu)系統(tǒng)，將墻體從建筑結(jié)構(gòu)體系中釋放出來，打破了古典建筑空間對(duì)稱的格局，構(gòu)建了自由的平面形態(tài)，形成了多米諾體系(見圖1)。多米諾體系節(jié)省了結(jié)構(gòu)用材，使得各結(jié)構(gòu)要素得到合理的利用，同時(shí)也奠定了現(xiàn)代建筑發(fā)展的基本結(jié)構(gòu)骨架?？虏嘉饕源藶橐罁?jù)，于1926年提出了新建筑五點(diǎn)，最終完成了多米諾體系的理論體系。多米諾體系的建立對(duì)日后建筑理論的發(fā)展及設(shè)計(jì)實(shí)踐影響深遠(yuǎn)。

在當(dāng)代社會(huì)中，城市、自然、人文、地域影響下的建筑訴求多樣化，傳統(tǒng)多米諾體系自身的調(diào)整變化勢(shì)在必行。而傳統(tǒng)多米諾體系的演化與變形，也會(huì)使得建筑結(jié)構(gòu)形式具有更多的可能性，建筑形態(tài)和建筑結(jié)構(gòu)的呈現(xiàn)效果也會(huì)更加多樣性。伊東豐雄設(shè)計(jì)的仙臺(tái)媒體中心(見圖2)是由6塊地板(金屬板)，13根形狀像搖晃海草稱為管柱的鐵骨獨(dú)立軸之

圖1 多米諾體系

圖2 仙臺(tái)媒體中心結(jié)構(gòu)圖

單純構(gòu)造，構(gòu)成地下2層，地上7層所有的空間。其中的核心要素—海藻一樣的柱子，正是對(duì)多米諾體系中垂直要素的非線性空間化變形，整個(gè)建筑給人整體的感覺是輕盈純潔。通過對(duì)傳統(tǒng)多米諾體系的演化與變形，部分類型的建筑結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)出輕盈化的一種趨勢(shì)。

2 建筑結(jié)構(gòu)輕盈化的屬性特征

建筑結(jié)構(gòu)的輕盈化表達(dá)并非單純的采用沉重的建筑結(jié)構(gòu)形式而所帶來的外觀形態(tài)表象。它是一個(gè)包含著物理上輕質(zhì)、輕型，美學(xué)上輕盈、輕快，生態(tài)上輕介入、輕負(fù)荷等多種視閾綜合關(guān)聯(lián)的集合，而不是僅僅最后呈現(xiàn)出來的作為結(jié)果的形式。

從材質(zhì)上來說，采用輕質(zhì)材料如竹、木等材料作為建筑結(jié)構(gòu)顯然要比磚、石材料建造的建筑結(jié)構(gòu)輕盈很多；從形體上來講，分散的形體比量大質(zhì)巨的形體顯得小巧輕盈，通過將體塊分解可以弱化其厚重的感覺。

曾經(jīng)人們迷戀厚重建筑所帶來的不朽思想，期待通過磚石建筑來實(shí)現(xiàn)永恒感，但隨著時(shí)代的發(fā)展，那些沉重、象征不朽和永恒的建筑已經(jīng)隨著孕育他們的時(shí)代遠(yuǎn)去了?，F(xiàn)代建筑誕生以來，建筑中對(duì)鋼材和玻璃材料的使用逐漸增多，建筑形態(tài)也呈現(xiàn)出輕盈透明的感覺。

3 建筑結(jié)構(gòu)輕盈化表達(dá)策略

3.1 材料層面的輕盈

當(dāng)前可作為建筑結(jié)構(gòu)的材料主要有鋼筋混凝土、鋼材、木材、紙筒、膜材料等。這些材料本身所具有的屬性是存在差異的，因此，在用作建筑結(jié)構(gòu)的時(shí)候，所呈現(xiàn)出來的效果也是具有差異性的。在這里，材料所帶來的差異性主要有兩點(diǎn)：①在相同結(jié)構(gòu)形式的情況下，材料本身所能承受的荷載存在差異；②根據(jù)建筑類型的差異性和建筑師的獨(dú)特追求，會(huì)選用不同的材料類型作為建筑結(jié)構(gòu)的材料。

1)在大眾的認(rèn)知里，鋼材、木材和紙筒相較于鋼筋混凝土來說，本身就具有輕的特質(zhì)。在承受相同荷載的情況下，鋼材的截面會(huì)是最小的，因此，在一般性的建筑中，使用鋼材作為建筑結(jié)構(gòu)的材料，結(jié)構(gòu)本身的尺度就會(huì)有所變小，整體會(huì)給人以輕盈的感覺。建筑大師坂茂先生最喜歡用的建造材料是紙筒，他將紙視為進(jìn)化了的木頭，坂茂在他的紙建筑設(shè)計(jì)中挑戰(zhàn)了材料的強(qiáng)度和可持續(xù)性，而他用適宜的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與建造方式，將紙建筑的優(yōu)勢(shì)發(fā)揮出來。整個(gè)建筑的圍護(hù)結(jié)構(gòu)和結(jié)構(gòu)支撐體系都是利用改良過的紙筒建造的，且紙筒本身的荷載比較小，因此，結(jié)構(gòu)本身就具有輕質(zhì)的特點(diǎn)。

2)不同的建筑師在選擇材料的時(shí)候會(huì)有特別的喜好，坂茂在不斷嘗試用紙筒來建造建筑、安藤忠雄則對(duì)清水混凝土情有獨(dú)鐘。但是由于紙筒材料強(qiáng)度的限制，坂茂所嘗試的紙筒建筑(見圖3)大部分都以中小型建筑為主，這些建筑的結(jié)構(gòu)尺度并不會(huì)特別大，相較于一些大型建筑的結(jié)構(gòu)體系自然呈現(xiàn)出輕盈的特質(zhì)。

3.2 視覺層面的輕盈

建筑結(jié)構(gòu)形態(tài)的輕盈與厚重很大程度上是建立在人的知覺體驗(yàn)之后的判斷，因此，在視覺層面對(duì)于結(jié)構(gòu)輕盈化的表達(dá)來說，仍然具有很大的潛力。不同材料的色彩、肌理和質(zhì)感存在差異，人們?cè)诂F(xiàn)場(chǎng)感受建筑的時(shí)候會(huì)受到材料的這些因素的影響，從而會(huì)產(chǎn)生與實(shí)際不相符合的判斷。作為新生代日本年輕建筑師，石上純也的作品將日本當(dāng)代建筑的輕、薄、透等特點(diǎn)發(fā)揮到極致。石上的建筑特點(diǎn)具有，輕挑的結(jié)構(gòu)、通透的表皮、仿佛消失在自然里，呈現(xiàn)一種消隱的狀態(tài)。石上的建筑材料的選擇傾向于玻璃、鋼等現(xiàn)代感很強(qiáng)的材料;結(jié)構(gòu)的處理傾向于將結(jié)構(gòu)桿件處理成纖細(xì)微小的狀態(tài)，形式上輕盈通透，能夠極其自然的與環(huán)境交融。

石上純也的KAIT工房結(jié)構(gòu)(見圖4)是用最細(xì)的柱子撐起建筑空間，每根柱子都是由平鋼所構(gòu)成，為的就是達(dá)成「扁、細(xì)、長(zhǎng)」的建筑極限概念與結(jié)構(gòu)美學(xué)。當(dāng)處在建筑中的時(shí)候，這些細(xì)柱的存在會(huì)使參觀者驚嘆于它們的支承能力，會(huì)認(rèn)為柱子可能只是起到裝飾作用，從而將結(jié)構(gòu)體忽視掉。整個(gè)建筑的結(jié)構(gòu)構(gòu)件尺度小，并且外立面采用透明玻璃，可以說整個(gè)建筑形態(tài)顯得十分的輕盈，建筑結(jié)構(gòu)在視覺上不會(huì)被太多的關(guān)注到，消隱與整個(gè)建筑整體中。

圖3 坂茂2009年中國(guó)香港深圳雙城雙年展主展廳

圖4 KAIT工房?jī)?nèi)景

在視覺層面的建筑結(jié)構(gòu)輕盈化表達(dá)主要體現(xiàn)在將結(jié)構(gòu)形態(tài)的弱化處理，結(jié)構(gòu)形態(tài)與建筑形成一個(gè)整體，結(jié)構(gòu)不容易被感知到或者掩蓋自身的結(jié)構(gòu)屬性，從而達(dá)到視覺的輕盈與消隱。

3.3 形式層面的輕盈

在本段探討的內(nèi)容主要是結(jié)構(gòu)形式的類型不同，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)所體現(xiàn)出的輕盈度的差異。建筑結(jié)構(gòu)按照構(gòu)筑形式及受力特點(diǎn)不同，一般分為砌體結(jié)構(gòu)、框架結(jié)構(gòu)、筒體結(jié)構(gòu)、殼體結(jié)構(gòu)、網(wǎng)架結(jié)構(gòu)、折板結(jié)構(gòu)等。結(jié)構(gòu)形式的差異除了體現(xiàn)在架構(gòu)方面的區(qū)別，還體現(xiàn)在組成結(jié)構(gòu)的材料的不同。但是正是由于材料的本身特性的差異以及材料之間的相互連接作用，才產(chǎn)生了獨(dú)特的結(jié)構(gòu)形式，因此，從結(jié)構(gòu)形式層面來探討結(jié)構(gòu)的輕盈是區(qū)別于單純從材料層面來探討結(jié)構(gòu)的輕盈表達(dá)，屬于另外一個(gè)層面。

結(jié)構(gòu)格構(gòu)化處理包括像傳統(tǒng)意義上的梁向桁架轉(zhuǎn)換，屋蓋向網(wǎng)架轉(zhuǎn)換的這樣一個(gè)轉(zhuǎn)換過程。相較于傳統(tǒng)的混凝土梁，桁架梁支撐體系無疑使得結(jié)構(gòu)看起來更加輕盈。這些格構(gòu)體系運(yùn)用高強(qiáng)度的材料，作為空間結(jié)構(gòu)體系，每個(gè)結(jié)構(gòu)單元尺度較小，而最終呈現(xiàn)的整個(gè)建筑形式也是符合理性力學(xué)美感的結(jié)構(gòu)形式。弗雷奧托畢生追求建筑形態(tài)的輕盈化表達(dá)(見圖5)，最早的輕型建筑為帳篷建筑，盡可能用簡(jiǎn)潔形式去表達(dá)形態(tài)的輕盈。他喜歡運(yùn)用膜材料、高強(qiáng)鋼材、木材等材料，形成傘狀拉桿結(jié)構(gòu)、張拉膜結(jié)構(gòu)、充氣式膜結(jié)構(gòu)和鋼框架結(jié)構(gòu)等輕盈的結(jié)構(gòu)形式去表現(xiàn)建筑的輕盈。

圖5 慕尼黑奧運(yùn)會(huì)主體育場(chǎng)屋頂

建筑的結(jié)構(gòu)形式選用這些格構(gòu)化的結(jié)構(gòu)形式，減輕了結(jié)構(gòu)自身的荷載，同時(shí)組成這些結(jié)構(gòu)形式的結(jié)構(gòu)單元尺度小，使得整體的結(jié)構(gòu)形式顯得輕盈。

3.4 結(jié)構(gòu)消解層面的輕盈

結(jié)構(gòu)消解指的是通過對(duì)結(jié)構(gòu)組成要素的簡(jiǎn)化或合并，從而達(dá)到結(jié)構(gòu)的輕盈。傳統(tǒng)框架結(jié)構(gòu)有梁板柱結(jié)構(gòu)體系，結(jié)構(gòu)布置比較均質(zhì)，而像板柱結(jié)構(gòu)就弱化了梁結(jié)構(gòu)，通過柱與樓板的直接鉸接，既有一種沖突的感覺，又使得建筑形式輕盈簡(jiǎn)潔。

安藤忠雄經(jīng)常采用板柱結(jié)構(gòu)體系即無梁樓蓋，雖然其給人以沉重感的混凝土材料情有獨(dú)鐘，但是通過這種結(jié)構(gòu)形式的處理，建筑的形態(tài)更加簡(jiǎn)潔，結(jié)構(gòu)形式更加簡(jiǎn)約輕盈。

4 總 結(jié)

建筑結(jié)構(gòu)形態(tài)輕盈化表達(dá)將成為當(dāng)代建筑創(chuàng)作時(shí)需要認(rèn)真考慮的一個(gè)要素。當(dāng)代信息社會(huì)的建筑結(jié)構(gòu)形式與之前相比己經(jīng)發(fā)生了很大的變化，其突出特征就是形態(tài)的非線性化、輕盈化傾向，并且伴隨著當(dāng)代社會(huì)審美的改變，建筑結(jié)構(gòu)形態(tài)輕盈化己經(jīng)獲得來自于文化層面的支撐，建筑結(jié)構(gòu)的輕盈化表達(dá)對(duì)建筑形態(tài)起到很大的塑造作用。在建筑創(chuàng)作的過程中，對(duì)于建筑結(jié)構(gòu)的輕盈化表達(dá)需要從材料、形式、視覺和結(jié)構(gòu)消隱這些方面來考慮。