淺談結(jié)構(gòu)技術(shù)在小型建筑中的作用

鄭婉瑩

（中國海洋大學(xué) 山東青島 266003）

根據(jù)建設(shè)部《注冊建造師執(zhí)業(yè)工程規(guī)模標(biāo)準(zhǔn)》的規(guī)定，單體建筑面積小于3000m2的工業(yè)，民用與公共建筑工程屬于小型建筑。相比較大型體育館，車站，劇院等，小型建筑與使用者“相處時間”更長，而且人們在小型建筑中的活動關(guān)系到一朝一夕的生活，因此小型建筑對建筑空間的舒適性，建筑性能的便利性以及建筑內(nèi)外場景的美觀性等要求更高。結(jié)構(gòu)技術(shù)在這些功能要求的實(shí)現(xiàn)過程中發(fā)揮了不可缺失的作用，結(jié)構(gòu)技術(shù)賦予建筑材料以嚴(yán)謹(jǐn)有序的組合方式，使其成為建筑構(gòu)件，進(jìn)而由構(gòu)件形成空間，并且在建筑空間中實(shí)現(xiàn)建筑的其他功能；在追求建筑藝術(shù)，建筑舒適度與可持續(xù)觀念的當(dāng)代社會，結(jié)構(gòu)技術(shù)更成為了實(shí)現(xiàn)建筑師奇思妙想的手段、滿足使用者生理心理需求的途徑以及表達(dá)建筑可持續(xù)觀念的構(gòu)造語言。

1 結(jié)構(gòu)技術(shù)對小型建筑空間的作用

提起結(jié)構(gòu)技術(shù)對建筑空間的作用，人們往往會聯(lián)想到跨越廣闊水域的橋梁，行人如織的大型車站以及世界各地氣勢磅礴的地標(biāo)性建筑，建筑的結(jié)構(gòu)語匯、力學(xué)語匯往往通過跨度與高度的延伸來表述。然而，在小型建筑中合理使用傳統(tǒng)上用于大跨度處理的結(jié)構(gòu)技術(shù)，可以使建筑物對建筑空間的定義與塑造更加靈活自然，從而使建筑物的使用功能得到更充分的實(shí)現(xiàn)。

1.1 建筑實(shí)例

1.1.1 齊云山別墅

由本構(gòu)建筑事務(wù)所設(shè)計的齊云山樹屋是設(shè)計師利用核心筒結(jié)構(gòu)原理創(chuàng)作的一例經(jīng)典休閑小筑。樹屋的承重系統(tǒng)為鋼結(jié)構(gòu)，中央旋轉(zhuǎn)樓梯的筒體既是建筑的主體支撐，又是結(jié)構(gòu)核心筒。在暖通排水設(shè)備的布置上，樹屋與超高層建筑極其相似，核心筒的中心部分提供了所有設(shè)備的井道空間，洗手間的排水主管與空調(diào)外機(jī)的冷媒管道均放置在此處，通過核心筒的過道吊頂和筒壁通往相應(yīng)的房間。樹屋的交通聯(lián)系部分是依附于核心筒盤旋而上的中央旋轉(zhuǎn)樓梯，樓梯間的休息平臺就是通向各個房間的入口平臺，樓梯梯段中部連接一條依地勢架設(shè)的玻璃廊橋，自廊橋進(jìn)入樹屋，可抵達(dá)兩部分相互間隔的空間。樹屋的使用部分包括兩處玄關(guān)，兩個臥室，兩個洗手間，一個起居室和一個觀景間。這七個集裝箱式的房間以懸挑的形式連接在筒體上，并以筒體為軸朝向各個方向，每一個房間都小巧玲瓏，但位于房間端頭的玻璃窗卻將室內(nèi)視野擴(kuò)展到了濃綠蓁蓁的松樹林中。

圖1

圖2

綜上所述，齊云山樹屋建造中核心筒結(jié)構(gòu)的應(yīng)用對空間的作用體現(xiàn)在幾個方面：①核心筒提供了暖通排水設(shè)施的安放空間，使建筑基礎(chǔ)功能完善，但外部并無繁瑣的設(shè)備管道；②核心筒結(jié)構(gòu)串聯(lián)起了七個獨(dú)立的房間，實(shí)現(xiàn)了建筑對空間功能分區(qū)的需求，但由于筒體的圓柱形構(gòu)造，方盒形的房間并不是生硬地堆疊，而是在豎直方向上豐富而上下流動地錯位，這樣一來，建筑內(nèi)部的小房間彼此之間界限分明，靜謐舒適，同時交通聯(lián)系部分可直接通往每個房間，增加了使用過程中的便利性和緊急情況下的安全性；除此之外，依附在核心筒的旋轉(zhuǎn)樓梯形成了樹屋內(nèi)部賞景空間，實(shí)現(xiàn)了樹屋的觀景功能。

1.1 .2李子林住宅

齊云山樹屋核心筒結(jié)構(gòu)將各個獨(dú)立建筑空間連接，塑造的是“加法”的空間；建筑師妹島和世設(shè)計的李子林住宅則是利用預(yù)制鋼板墻實(shí)現(xiàn)了建筑內(nèi)部空間的互動與套疊，塑造了“減法”的空間。

李子林住宅的使用者是一個五口之家，他們希望住宅在滿足日常使用功能的同時形成一個具有良好的整體性和貫通性的大空間，以增進(jìn)家庭成員之間的交流。為了實(shí)現(xiàn)這一需求，妹島使用了兩個設(shè)計思路：①功能布置的穿套手法，在平面中表現(xiàn)為到達(dá)某一個房間必須經(jīng)由另一個房間，多個封閉的房間被連通和統(tǒng)一；②超尺度的比例現(xiàn)象，通過增加房間的高度營造大空間的效果，每個房間具有自己的特征和比例，從而在空間融合的同時保留了各部分的私密性。

圖3

圖4

通過對薄形夾層波紋鋼板承重墻的布設(shè)，妹島所設(shè)想的解決方案成為了現(xiàn)實(shí)。在水平向上，鋼板的厚度僅有16mm，一方面避免了厚重的墻體構(gòu)件對空間的占據(jù)，另一方面也減少了梁和柱帶來的局促感，使室內(nèi)空間寬敞通透；在垂直向上，鋼板的密度是C30混凝土的3倍，而強(qiáng)度是C30混凝土的20倍，可以承擔(dān)很大的豎向荷載，因此可以實(shí)現(xiàn)房間高度的增加，與此同時在鋼板上可以設(shè)置面積較大的門窗洞口，使建筑的空間深度得以自然拓展，滿足了業(yè)主“希望是只有一個房間的大空間”這一設(shè)計要求。

1.2 小結(jié)

在小型建筑中，結(jié)構(gòu)技術(shù)對建筑空間的作用可以歸納為兩個方面，首先，在建筑外部，利用結(jié)構(gòu)技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)有限地面面積上空間的擴(kuò)展，在此基礎(chǔ)上利用核心筒結(jié)構(gòu)，懸挑結(jié)構(gòu)，網(wǎng)架結(jié)構(gòu)等豐富的結(jié)構(gòu)形式，可以在滿足建筑功能的要求之外實(shí)現(xiàn)建筑設(shè)計師的許多構(gòu)想；其次，在既定的建筑體內(nèi)部，結(jié)構(gòu)技術(shù)可以使建筑內(nèi)部空間分區(qū)和使用更加靈活，即可以滿足功能分區(qū)的劃定，又能給使用者帶來舒適自然的感官體驗(yàn)。

2 結(jié)構(gòu)技術(shù)對小型建筑性能的作用

采光通風(fēng)，保溫隔熱，建筑物的基本性能關(guān)系到建筑物的舒適耐用程度，而在人與自然的關(guān)系被廣泛關(guān)注的今天，這些性能也被視為可持續(xù)性建筑研究的重要領(lǐng)域。在小型建筑中使用多元化的結(jié)構(gòu)設(shè)計，可以實(shí)現(xiàn)門窗等采光通風(fēng)設(shè)施的合理安放以及保溫隔熱構(gòu)件的功能優(yōu)化，從而滿足建筑的舒適性要求與可持續(xù)設(shè)計理念。

2.1 建筑實(shí)例

2.1.1 Miller House

Miller House是建筑師埃羅·薩里寧設(shè)計的一處住宅。住宅的承重系統(tǒng)為框架結(jié)構(gòu)，即用梁和柱共同組成的框架來承受房屋全部荷載。建筑柱網(wǎng)的布置采用對稱完整的正方形布局，16根白色十字形鋼柱散布在房屋的四角、外墻的1/3節(jié)點(diǎn)與節(jié)點(diǎn)向屋內(nèi)做垂線所形成的交點(diǎn)處。鋼柱柱頂搭接著細(xì)長的屋梁，與傳統(tǒng)屋梁不同的是，這些梁既是承重梁，又是采光梁，它們并不是直接落在柱子上，而是構(gòu)筑在了柱頭的兩側(cè)，這就使得屋面梁的上方可以布置上長條形的天窗，從而實(shí)現(xiàn)了室內(nèi)充沛的天然采光。住宅內(nèi)部被上述梁柱系統(tǒng)劃分為9個功能分區(qū)，每個分區(qū)都是四平八穩(wěn)、中規(guī)中矩的矩形，使別墅具有了傳統(tǒng)屋舍寬平和恬靜；而在每個功能分區(qū)的邊界，屋面的長條形天窗流瀉出輕盈的自然光，與室內(nèi)色彩明艷亮麗的家居布置交相輝映，表達(dá)了建筑師別出心裁的美學(xué)構(gòu)想，使大宅更具有現(xiàn)代化的氣息。

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在Miller House中，結(jié)構(gòu)方面框架系統(tǒng)在梁柱布局上對傳統(tǒng)的延續(xù)和梁柱形式上施工的創(chuàng)新，映射為建筑方面古典布局的舒適雅致與天窗系統(tǒng)的自然靈動。合理的結(jié)構(gòu)技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)小型建筑采光的舒適性，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行創(chuàng)新，可以為建筑使用者提供與自然光充分接觸的室內(nèi)環(huán)境和便于室內(nèi)建筑設(shè)計的光照基礎(chǔ)。

2.1.2 勒克瑙項(xiàng)目別墅

印度勒克瑙項(xiàng)目是由建筑師Nina Puri和San jay Puri主創(chuàng)的別墅住宅。該項(xiàng)目將混凝土澆筑的大型遮陽屏幕與印度傳統(tǒng)的房屋建造方式相結(jié)合，以應(yīng)對住宅所在地炎熱的氣候。房屋幾乎完全由未加工的混凝土建造，承重部分的混凝土厚重堅固，圍護(hù)部分的混凝土則像印度傳統(tǒng)的刺繡掛毯一樣精致輕薄，建筑中共使用了18個由混凝土澆筑的遮陽屏幕。這些屏幕分布在建筑外圍的窗框、側(cè)墻以及建筑內(nèi)庭院與使用空間的交界處，這樣一來，炙熱的陽光被阻擋在“混凝土掛毯”之外；而且建筑內(nèi)庭院與外輪廓均處于自然環(huán)境中，自然風(fēng)可以在建筑主題中自由流通，為建筑使用者帶來了清涼與舒爽，見圖8、圖9。

結(jié)構(gòu)技術(shù)在勒克瑙項(xiàng)目建筑通風(fēng)中的作用，體現(xiàn)在通過對混凝土板的加工與構(gòu)造使其與印度古典庭院設(shè)計相融合，從而形成了整所建筑形態(tài)美觀而效果顯著的通風(fēng)系統(tǒng)。

2.1.3 拉伸住宅

混凝土結(jié)構(gòu)在建筑保溫隔熱方面也發(fā)揮著不容小覷的功能。拉伸住宅是由MCK Architecture&Interiors建筑事務(wù)所主持改建的一座小型建筑，在改建過程中設(shè)計師通過拉伸原有住宅的剖面創(chuàng)造了開闊的生活區(qū)，此部分住宅的外殼材料是清水混凝土，這種混凝土材料內(nèi)部有閉合的氣孔，能夠儲存與釋放熱量以調(diào)節(jié)室內(nèi)溫度，從而抵御了室外氣溫波動。住宅背立面的黑鰭結(jié)構(gòu)控制著直射的陽光，冬天太陽高度角較低時陽光可以投射到室內(nèi)，夏天太陽高度角較高時光線被反射出去。

圖8

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圖11

在拉伸住宅中，設(shè)計師結(jié)構(gòu)技術(shù)將適當(dāng)?shù)慕ㄖ牧虾侠淼亟M合，使住宅隔熱效果極佳，適應(yīng)了澳洲北岸的氣候特征與可持續(xù)發(fā)展觀念。

2.2 小結(jié)

通過上述案例分析可以將結(jié)構(gòu)技術(shù)對小型建筑性能的作用歸納為兩個方面：①基于結(jié)構(gòu)與構(gòu)件的本構(gòu)關(guān)系，合理的結(jié)構(gòu)技術(shù)可以使建筑構(gòu)件形成適應(yīng)建筑環(huán)境的采光通風(fēng)、保溫隔熱系統(tǒng)，保障小型建筑的舒適性，在此基礎(chǔ)上還可以進(jìn)行創(chuàng)新和藝術(shù)設(shè)計，使建筑更好地滿足使用者生理，心理上的需要；②利用現(xiàn)代化的施工技術(shù)，可以將節(jié)能材料運(yùn)用于小型建筑的采光通風(fēng)、保溫隔熱中，使建筑滿足可持續(xù)發(fā)展的要求。

3 結(jié)構(gòu)技術(shù)與建筑場景塑造

建筑物之美與結(jié)構(gòu)技術(shù)之間存在著對立而統(tǒng)一的關(guān)系，結(jié)構(gòu)技術(shù)是建筑之美所依托的構(gòu)件實(shí)體之間的內(nèi)在關(guān)系，結(jié)構(gòu)技術(shù)成就了建筑之美，但與此同時，隨著結(jié)構(gòu)技術(shù)的發(fā)展，結(jié)構(gòu)體系不再單只作為承重系統(tǒng)存在于建筑物中，結(jié)構(gòu)開始服務(wù)于場景的塑造，成為了建筑之美的一部分。

3.1 建筑實(shí)例

種馬山脊別墅：

位于華盛頓州瀑布的北邊的Methow冰川峽谷的種馬山脊別墅其實(shí)是四座具有懸挑結(jié)構(gòu)的房間和懸挑平板屋頂?shù)莫?dú)立建筑的集合體，它們圍繞著一個庭院和一個游泳池，在地面上互不相連，但懸挑房間和屋頂?shù)难由煊质蛊浔舜酥g保持了整體性，就像是一個野營地，從一個賬篷到另一個賬篷。家居生活的恬美與自然環(huán)境的粗獷和諧地凝集在這座建筑中，鮮活與祥和，澎湃與安靜在此處共存。

圖12

圖13

這種人、建筑與自然相互融合的建筑場景來源于對懸挑結(jié)構(gòu)的使用。結(jié)構(gòu)師通過合理地搭設(shè)工字鋼支承，用襯砌的方式進(jìn)行加固，用靠近外墻的細(xì)柱輔助受力等施工手段實(shí)現(xiàn)了出挑部分的靜力平衡與結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，別墅的建筑藝術(shù)效果才得以被準(zhǔn)確理想地表達(dá)出來。但值得一提的是，用于塑造懸挑結(jié)構(gòu)的工字鋼、用于承受房屋主體荷載的鋼框架以及輔助承載的廊前細(xì)柱并沒有被完全地隱藏，它們暴露在環(huán)境之中，色彩搭配與環(huán)境相契合，同時給與使用者心理上的安全感，因此也成為了建筑布景的重要元素。

3.2 小結(jié)

不同于大體量建筑可以改變一個地區(qū)的環(huán)境氣質(zhì)從而創(chuàng)生一個建筑場景，小型建筑場景的塑造是建筑，自然與人文交織融合的過程。在這個過程中，結(jié)構(gòu)技術(shù)既是建筑設(shè)計的完成手段，又是建筑美學(xué)表達(dá)中的一支獨(dú)立語匯，結(jié)構(gòu)技術(shù)成就了建筑之美，同時結(jié)構(gòu)技術(shù)的表達(dá)也是建筑之美的重要元素。

4 結(jié)語

在小型建筑中，結(jié)構(gòu)技術(shù)既是建筑物得以形成場所、發(fā)揮作用的內(nèi)部秩序，又是建筑物與使用者產(chǎn)生聯(lián)系的外在語言。不論是在小型建筑空間的塑造，建筑性能的優(yōu)化還是建筑藝術(shù)的美學(xué)表達(dá)中，結(jié)構(gòu)技術(shù)都發(fā)揮了不可或缺的作用。

因此可以說，空間合理、性能優(yōu)越、具有美感的小型建筑是建筑設(shè)計與結(jié)構(gòu)技術(shù)的結(jié)晶，建筑設(shè)計與結(jié)構(gòu)理念協(xié)調(diào)工作，才能創(chuàng)造出更符合使用者要求和時代觀念的精品小型住宅。