柱元的立面呈現(xiàn)與空間塑造

王興鴻 戴航 強(qiáng)歡歡

王興鴻 南京大學(xué)建筑規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院有限公司建筑師。

戴航 東南大學(xué)建筑學(xué)院教授、博士生導(dǎo)師。

強(qiáng)歡歡 南京林業(yè)大學(xué)風(fēng)景園林學(xué)院講師。

在多元化發(fā)展的當(dāng)代建筑中，結(jié)構(gòu)思維和技術(shù)邏輯在建筑設(shè)計(jì)中的作用愈加明顯，而柱元作為結(jié)構(gòu)中最重要的線性構(gòu)件之一同樣呈現(xiàn)出多元化的形態(tài)，在建筑設(shè)計(jì)中扮演著極為重要的角色。從構(gòu)件基本原理出發(fā)衍生出的柱元，首先作為承擔(dān)豎向荷載傳遞和抵抗側(cè)向力的構(gòu)件出現(xiàn)，進(jìn)而在構(gòu)建結(jié)構(gòu)體系、表現(xiàn)形式特嬕、物化呈現(xiàn)、推演立面肌理、塑造藝術(shù)空間的過程中，內(nèi)在技術(shù)邏輯與外在表現(xiàn)形式之間的聯(lián)系逐漸強(qiáng)化，由此演繹出“形反映力”和“力產(chǎn)生形”的互動性特嬕。因此，以結(jié)構(gòu)中的柱元為載體，對立面形式和空間表現(xiàn)背后的技術(shù)邏輯進(jìn)行深入分析，提煉柱元從設(shè)計(jì)到建造中的表現(xiàn)規(guī)律和設(shè)計(jì)方法。

1 立面組織與形態(tài)呈現(xiàn)

以結(jié)構(gòu)邏輯為核心的柱元立面組織及形態(tài)呈現(xiàn)，與豎向荷載的傳遞和水平荷載的抵抗相關(guān)聯(lián)。柱元構(gòu)件在立面上的表達(dá)通常以強(qiáng)有力的象嬕性彰顯建筑個(gè)性，而傳統(tǒng)的豎向桿件陣列使得建筑缺乏趣味性和靈活度。通過細(xì)化、錯(cuò)位、間隔等邏輯動作，從豎向力場控制、水平力場控制和整體力場控制三個(gè)方面出發(fā)的組織方式可使柱元構(gòu)件和整體結(jié)構(gòu)性能高效發(fā)揮，得到符合當(dāng)代建筑特嬕的立面形態(tài)。

1.1 豎向力場主導(dǎo)的細(xì)化邏輯

豎向力場控制下，立面柱元形態(tài)通過細(xì)化轉(zhuǎn)換和傳遞豎向荷載。縱向力流自上而下匯聚，通過豎柱細(xì)分、分形衍生和巨柱格構(gòu)等方式“釋放”荷載，立面柱元形態(tài)清晰呈現(xiàn)了力的疊加和構(gòu)件細(xì)化（表1）。

表1 豎向力場控制下的細(xì)化邏輯

SOM事務(wù)所設(shè)計(jì)的芝加哥伊利諾伊大學(xué)建筑立面中，柱元構(gòu)件呈現(xiàn)出豎向荷載的細(xì)化特嬕——越向下一層級豎向構(gòu)件數(shù)量越多，以抵抗逐層匯聚的豎向荷載；越向上一層級水平樓板逐漸外挑，以平衡柱元構(gòu)件數(shù)量減少導(dǎo)致板元彎矩增加的問題；豎向柱元主導(dǎo)的立面簡潔干凈，細(xì)化的構(gòu)件布置使得柱元表現(xiàn)更具邏輯關(guān)聯(lián)和藝術(shù)美感。

另一個(gè)豎柱細(xì)分的案例來自于瓦勒里奧·奧加提的利馬公寓設(shè)計(jì)，其柱元構(gòu)件單元高度1.8m，截面為 50mm×50mm矩形，空間組織具有流動性，豐富和細(xì)化了公寓立面。根據(jù)豎向荷載逐層向下累加的力流特嬕分層錯(cuò)動布置柱元構(gòu)件；隨著樓層抬升，柱元構(gòu)件數(shù)量減少，營造整體穩(wěn)定感（圖1,2）。

新加坡國立大學(xué)設(shè)計(jì)與環(huán)境學(xué)院建筑系的數(shù)字建造團(tuán)隊(duì)，對分形柱元在立面中的表現(xiàn)進(jìn)行研究。模型中以Y形柱作為最小的分形單元（圖3），越往上一級密度和互聯(lián)性越大，借助Algor軟件對荷載模式進(jìn)行仿真分析，探討其表現(xiàn)力。

卡拉特拉瓦的BCE商業(yè)街設(shè)計(jì)通過分形的衍生形成樹狀柱元，從跨度方向以單元方式“收集”屋頂荷載，逐層向下“匯聚”力流，最終通過主干構(gòu)件傳入地基，同時(shí)，桿件截面尺度逐漸增加。樹狀柱元為城市創(chuàng)造了一個(gè)舒適的購物長廊，以“樹”的自然特嬕表達(dá)對兩側(cè)歷史建筑的敬意，激發(fā)了城市活力。同樣，亞眠FRAC美術(shù)館方案也采用樹狀柱元進(jìn)行立面細(xì)化設(shè)計(jì)（圖4）。

大阪海上保險(xiǎn)大廈立面以格構(gòu)的方式傳遞豎向荷載，并通過構(gòu)件的細(xì)化表達(dá)力的分解，獲日本第二屆輕金屬協(xié)會建筑獎(jiǎng)（圖5）。矩形格構(gòu)柱元為這座27層大廈提供了巨大的無柱室內(nèi)空間，同時(shí)底層架空加強(qiáng)了建筑與城市的交流。柱元內(nèi)的四根鋼柱通過中部橫向X形構(gòu)件連接，尺寸為2.7m×2.7m，實(shí)現(xiàn)了豎向荷載的順利傳遞和轉(zhuǎn)換，建筑形態(tài)簡潔典雅（圖6）。

日建設(shè)計(jì)項(xiàng)目奇愛思大廈通過立面中部的巨型柱元釋放了轉(zhuǎn)角空間，創(chuàng)造了絕佳的尤杜河景觀，也成為建筑的獨(dú)特表達(dá)（圖7）。每個(gè)柱元由四根鋼構(gòu)件相互連接形成梯形截面（圖8,9），室內(nèi)則成為巨大的無柱空間。通過柱元重組生成結(jié)構(gòu)布局——以無柱空間出發(fā)、去除轉(zhuǎn)角柱元、分離柱元與建筑、呈現(xiàn)格構(gòu)柱元（圖10），使建筑輕巧且富于現(xiàn)代感。

1.2 水平力場主導(dǎo)的斜向表達(dá)

水平力場控制下的立面柱元構(gòu)件突破了傳統(tǒng)豎直形態(tài)，更加豐富和靈活，“偏轉(zhuǎn)”和“斜置”的視覺感受成為形態(tài)特嬕主導(dǎo)，而對水平作用力的抵抗機(jī)制則是其內(nèi)在動因（表2）。

立面柱元的交錯(cuò)組合提升了水平荷載抗力性能。Primarschule小學(xué)是2003年BDE建筑事務(wù)所對原有校舍的擴(kuò)建項(xiàng)目，交錯(cuò)偏轉(zhuǎn)的柱元構(gòu)件形成了高效的水平荷載抵抗結(jié)構(gòu)，呈現(xiàn)“錯(cuò)位”的立面形態(tài)，為靜態(tài)的校舍提供了動態(tài)元素，激發(fā)了空間活力（圖11,12）。

魯?shù)稀だ飭痰伲≧udy Ricciotti）設(shè)計(jì)的?？怂蛊樟_旺斯國家舞蹈中心毗鄰火車站廣場，以柱元的斜向交織獲得了個(gè)性化的立面表皮（圖13）。設(shè)計(jì)師從舞蹈演員表演時(shí)的形態(tài)和縱橫交錯(cuò)的鐵道線路為概念出發(fā)，基于結(jié)構(gòu)體系中水平荷載作用下柱元的抗力機(jī)制合理配置柱元構(gòu)件，并反復(fù)推演傾斜度和間距大小，最終獲得18m高、30m寬的結(jié)構(gòu)性表皮解決方案。采用暗灰色現(xiàn)澆鋼筋混凝土材料，柱元的異化編織為室內(nèi)空間提供了豐富變化的光線；水平環(huán)梁將柱元系統(tǒng)分割成不同層次，以滿足不同性質(zhì)的空間使用需求。

克里斯蒂安·克雷茲（Christian Kerez）設(shè)計(jì)的Holcim業(yè)務(wù)中心（Holcim Competence Center）同樣以柱元構(gòu)件的斜向交織呈現(xiàn)建筑的立面形態(tài)（圖14-16），但是不同于國家舞蹈中心整體式受力邏輯和水平荷載的抗力機(jī)制呈現(xiàn)的立面柱元系統(tǒng)，該建筑立面柱元構(gòu)件僅承受水平荷載的扭轉(zhuǎn)作用，由此產(chǎn)生極為不穩(wěn)定的形態(tài)特嬕和視覺印象。內(nèi)部和外部結(jié)構(gòu)構(gòu)件依據(jù)受力特嬕進(jìn)行了明顯的分離，內(nèi)部的柱子支撐屋頂，外部的枝狀構(gòu)件將建筑連接成整體。

表2 水平力場控制下的斜向表達(dá)

1 利馬公寓立面柱元細(xì)化

2 利馬公寓柱元的逐層疊加

3 分形模型

4 亞眠FRAC 美術(shù)館方案立面中的分形柱元

5 大阪海上保險(xiǎn)大廈

6 大阪海上保險(xiǎn)大廈柱元構(gòu)件及系統(tǒng)配置

7 奇愛思大廈

8 奇愛思大廈格構(gòu)柱元

9 奇愛思大廈巨型柱元的格構(gòu)細(xì)化

10 奇愛思大廈格構(gòu)柱元的細(xì)化生成

11 Primarschule 小學(xué)擴(kuò)建

12 Primarschule 小學(xué)立面柱元的偏轉(zhuǎn)組合

13 ?？怂蛊樟_旺斯國家舞蹈中心

14 Holcim 業(yè)務(wù)中心

15,16 Holcim 業(yè)務(wù)中心結(jié)構(gòu)邏輯

華盛頓高線837號開發(fā)項(xiàng)目由莫里斯·阿賈米（Morris Adjmi Architects）設(shè)計(jì)，采用三維扭轉(zhuǎn)的方式組織立面柱元，呈現(xiàn)出異化的形態(tài)，提升了結(jié)構(gòu)中水平荷載抗力性能，同時(shí)為老城注入新的活力。

1.3 整體力場主導(dǎo)的間隔秩序

在柱元的立面組織中，從整合思維出發(fā)的構(gòu)件形態(tài)表達(dá)可以依托整體結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的力場重組和荷載抵抗的轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn)“間隔”的布局，產(chǎn)生錯(cuò)位與失衡的知覺感受，呈現(xiàn)立面形態(tài)的新秩序。

帕斯卡爾·弗萊莫（Pascal Flammer）在瑞士花園建筑辦公室中以顛覆性的結(jié)構(gòu)系統(tǒng)呈現(xiàn)了一個(gè)以“拉”與“壓”的重組為秩序產(chǎn)生的間隔形態(tài)（圖17）。建筑中柱元構(gòu)件的布置看似隨機(jī)，實(shí)則卻內(nèi)在地呈現(xiàn)著結(jié)構(gòu)體系背后的力學(xué)邏輯——柱元構(gòu)件將受壓特嬕近乎全部轉(zhuǎn)換成受拉形式，兩個(gè)并置的樓梯間和沿對角線布置的四片墻體承擔(dān)壓力荷載，建筑四角的“柱”吊起各層樓板，形成整個(gè)結(jié)構(gòu)體系。其中一、二層樓板的荷載被向上牽引至頂層組合受壓體系，再向下傳遞。建筑中的柱元形態(tài)已超越了傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的尺度和形態(tài)，呈現(xiàn)出“間隔的秩序”，極具趣味性（圖18）。

由西爾維婭·雷托（Silvia Gmür Reto）設(shè)計(jì)的位于瑞士佛羅本大街的繆勒住宅也是立面柱元間隔的實(shí)例，通過內(nèi)部結(jié)構(gòu)體系中支撐構(gòu)件的轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn)柱元的“間隔”布置。從平面布局中可以清晰地看到結(jié)構(gòu)的內(nèi)在“秩序”——5層高的住宅建筑以立面中的柱元、中部的剪力墻共同承擔(dān)豎向荷載和水平荷載，三層立面柱元構(gòu)件的抽離借助內(nèi)部類似核心筒式的剪力墻實(shí)現(xiàn)。隱含在結(jié)構(gòu)體系內(nèi)部的整體式邏輯控制著空間形態(tài)和構(gòu)件表達(dá)，以間隔的柱元構(gòu)件反映了整體力場的秩序（圖19,20）。

2 平面配置與空間塑造

2.1 單柱系統(tǒng)建構(gòu)與空間呈現(xiàn)

結(jié)構(gòu)的運(yùn)用首先是為了創(chuàng)造合乎使用要求的空間，三維空間中柱元構(gòu)件的表現(xiàn)是從基本功能出發(fā)，通過不同配置分隔空間、建構(gòu)結(jié)構(gòu)體系，成為當(dāng)代以結(jié)構(gòu)思維表現(xiàn)建筑、表達(dá)空間的重要手段。

2.1.1 分隔內(nèi)部空間

密斯·凡·德·羅（Mies Van der Rohe）曾這樣論述結(jié)構(gòu)與空間的關(guān)系：“結(jié)構(gòu)選擇形式的本質(zhì)應(yīng)該通過建筑形式表現(xiàn)出來”，其中能看出結(jié)構(gòu)形式對建筑形式的表現(xiàn)和空間表達(dá)的重要性。

瑞士建筑師瓦勒里歐·奧加提（Valerio Olgiati）在“黃房子”——弗利姆斯展覽館的改造中利用柱元構(gòu)件限定、分隔空間，以偏幾何形體中心的柱元布置和外表皮砌石結(jié)構(gòu)、內(nèi)部木質(zhì)結(jié)構(gòu)為老建筑帶來別樣的現(xiàn)代性特嬕，激活了原有空間。矩形截面的柱元構(gòu)件偏向樓梯一側(cè)設(shè)置，使得單一的空間產(chǎn)生不穩(wěn)定感，展現(xiàn)了柱元主導(dǎo)的空間，由此分配出的四個(gè)象限空間采用不同方向的地面和屋頂鋪裝，塑造出新的建筑空間。該建筑保留了外圍的石制界面，內(nèi)部樓板與裝飾等被全部清除，配以木質(zhì)偏心獨(dú)立柱元和十字梁元，在頂層空間，為了銜接坡屋頂荷載，將柱元從偏心位置連接至屋頂中心（圖21,22）。明亮的白色表面使建筑純真的古風(fēng)和感官上的物質(zhì)性帶有一種抽象思維的特嬕，從而賦予了建筑“幽魂般”的形象。

位于瑞士阿勞的市場大廳坐落于密集市區(qū)的拐角處，不規(guī)則的建筑體量回應(yīng)了地形環(huán)境與街道肌理，為城市居民提供了一個(gè)極佳的公共市場空間。米勒與馬蘭塔（Miller &Maranta）在設(shè)計(jì)中采用豎向木百葉，疏解了周圍環(huán)境中石制建筑對市場的壓迫感，使得市場內(nèi)部空間較為通透，帶來豐富的光影變化。塞西爾·巴爾蒙德（Cecil Balmond）配置了支撐體系，將異形的大屋面分為兩個(gè)部分，在中心設(shè)置柱元構(gòu)件，以此延伸出四個(gè)方向的梁元，并由形體邊緣向下延伸至基礎(chǔ)，再將木百葉覆于屋面和墻面，在縱長方向上設(shè)置兩個(gè)出入口（圖23,24）。柱元與梁元通過榫接加鉚釘?shù)姆绞竭B接。在此方案中，結(jié)構(gòu)師從功能出發(fā)，以柱元構(gòu)件自然地劃分出四個(gè)不同的空間類型，滿足了不同貨物出售所需的空間要求。

2.1.2 結(jié)構(gòu)體系建構(gòu)

以柱元構(gòu)件為主導(dǎo)的建構(gòu)方式極為復(fù)雜。必須打破舊習(xí)陳見，更系統(tǒng)、更廣泛地深入到結(jié)構(gòu)形式所據(jù)以發(fā)展的力學(xué)、靜力學(xué)以及一些物理的自然規(guī)律中去。新結(jié)構(gòu)拒絕探索那種遵循固定網(wǎng)格限制而被解析和細(xì)分的外部客體，而是追隨一種總體的綜合性途徑，來尋找控制全局的內(nèi)部邏輯。該結(jié)構(gòu)體系以柱元構(gòu)件的空間化模式、復(fù)雜型重組等方式形成復(fù)雜的結(jié)構(gòu)平衡，從而實(shí)現(xiàn)建筑空間的抽象化表達(dá)和趣味性體驗(yàn)，最終呈現(xiàn)的形態(tài)既符合理性的組織邏輯關(guān)系，又展現(xiàn)出預(yù)料之外的夸張效果。

諾曼·福斯特（Norman Foster）設(shè)計(jì)的雷諾汽車配送中心為雷諾公司提供倉儲、配送、辦公、展覽、銷售、培訓(xùn)等功能空間，結(jié)構(gòu)體系以一體化的復(fù)合重構(gòu)表現(xiàn)出清晰的技術(shù)邏輯和極具機(jī)械美感的形態(tài)特嬕。整體以42個(gè)24m見方的標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)單元排布，每個(gè)單元形成高7.5m的使用空間。其中承擔(dān)豎向荷載的結(jié)構(gòu)柱是最重要、最具震撼力的結(jié)構(gòu)構(gòu)件，而此處的“柱”已非傳統(tǒng)意義上的柱，而是復(fù)合了撐桿、梁、主索、穩(wěn)定索等結(jié)構(gòu)單元要素的“機(jī)構(gòu)”。

17 瑞士花園建筑辦公室

18 瑞士花園建筑辦公室柱元間隔表達(dá)的邏輯

19 繆勒住宅

20 繆勒住宅一、三層平面圖

21 弗利姆斯展覽館

22 弗利姆斯展覽館結(jié)構(gòu)體系

16m高的鋼構(gòu)柱元包含5個(gè)節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)，分別承擔(dān)著不同的結(jié)構(gòu)作用——靠近柱身的四條索線是加強(qiáng)結(jié)構(gòu)柱本身抗壓曲破壞的結(jié)構(gòu)加固索；單元最外延將柱頂與挑梁撐桿連接起來，并錨固在地面的平衡結(jié)構(gòu)側(cè)向力的穩(wěn)定索；連接柱頂與主梁的是增加其跨度、增大其強(qiáng)度的結(jié)構(gòu)索，這些結(jié)構(gòu)構(gòu)件之間的邏輯關(guān)系通過復(fù)合柱的設(shè)計(jì)清晰地表現(xiàn)出來，豐富了建筑的工業(yè)化特嬕（圖25,26）。這種桅桿式復(fù)合結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)將配送中心空間的使用率提高到67%，也成功地為公司增加了10 000m建筑面積。

西爾維婭·雷托（Silvia Gmür Reto）為兩個(gè)家庭設(shè)計(jì)的分戶住宅中通過對坡地地形、背山面水的環(huán)境分析，以位于矩形體量對角線位置的兩個(gè)鏡像的錐形柱元構(gòu)建結(jié)構(gòu)體系（圖27）。以樓層區(qū)分兩個(gè)家庭的空間，一層由坡底一側(cè)進(jìn)入，二層由坡頂進(jìn)入。其中，不只是柱元構(gòu)件的配置，連同作為唯一空間分隔的玻璃幕墻及室內(nèi)空間的布局，為回應(yīng)空間與自然的關(guān)系均以鏡像的方式設(shè)置（圖28）。

錐形的柱元構(gòu)件在底面進(jìn)行空間化處理，廚衛(wèi)空間被安排在內(nèi)部以完成對結(jié)構(gòu)空間的進(jìn)一步整合。設(shè)計(jì)師采用突破傳統(tǒng)網(wǎng)格和體系的異形柱元構(gòu)件創(chuàng)造了獨(dú)特的結(jié)構(gòu)體系，以兩層厚度的樓板完成靜定結(jié)構(gòu)對扭轉(zhuǎn)與荷載的抵抗，從剖面圖中可以看到鏡像的兩個(gè)錐形柱元構(gòu)件與結(jié)構(gòu)體系的關(guān)系（圖29,30）。

2.2 柱網(wǎng)異化邏輯與空間表達(dá)

2.2.1 柱網(wǎng)異化的邏輯呈現(xiàn)

傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)中柱元的平面布置主要以規(guī)則的正交網(wǎng)格為基礎(chǔ)，在交點(diǎn)布置柱元，呈現(xiàn)出均質(zhì)的空間，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和施工便利。但在當(dāng)代設(shè)計(jì)中，柱網(wǎng)的布置已突破了嚴(yán)格的矩形網(wǎng)格限制，以更具開放性和靈活性的方式獲得獨(dú)特的空間表現(xiàn)。

樂觀建筑學(xué)院是由WAI建筑事務(wù)所設(shè)計(jì)的一個(gè)先鋒式空間設(shè)計(jì)和教學(xué)機(jī)構(gòu)的研究項(xiàng)目（圖31），以中國燈籠為理念，以多米諾體系為起點(diǎn)拓展傳統(tǒng)建筑體系，全新闡釋柯布西耶現(xiàn)代建筑五點(diǎn)特嬕——連續(xù)平面、自由剖面、自由結(jié)構(gòu)、自由空間、墻作為窗（圖32）。在結(jié)構(gòu)體系方面，為適應(yīng)現(xiàn)代多元化建筑復(fù)雜的功能、靈活的空間要求，對傳統(tǒng)建筑的正交軸網(wǎng)系統(tǒng)進(jìn)行重構(gòu)。首先，確定傳統(tǒng)柱網(wǎng)體系，然后根據(jù)具體功能所要求的空間尺度刪去相應(yīng)的柱；再根據(jù)結(jié)構(gòu)要求，重構(gòu)局部看臺結(jié)構(gòu)——增加斜撐，補(bǔ)強(qiáng)節(jié)點(diǎn)，形成滿足大小不同、功能各異空間要求的結(jié)構(gòu)體系（圖33）。樂觀建筑學(xué)院對柱網(wǎng)的異化優(yōu)化了空間，突破了傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的限制，形成了連續(xù)平面和自由空間。

法國佩薩展館是一個(gè)集會議和休息候車功能為一體的公共空間，同時(shí)兼做電車中轉(zhuǎn)站（圖34），設(shè)計(jì)中諾瓦拉（La Nouvelle Agence）為應(yīng)對復(fù)雜的基地條件，運(yùn)用水平屋面將地道入口、電梯、通風(fēng)井等要素統(tǒng)一起來，整合各個(gè)功能區(qū)塊，為人們提供了一個(gè)溫暖舒適、親切感十足的城市空間。通過對柱網(wǎng)的異化，以流線為基準(zhǔn)設(shè)置異形軸網(wǎng)，巧妙地化解了柱元系統(tǒng)對功能空間和現(xiàn)有要素的影響，以柱元構(gòu)件為主體分隔空間，同時(shí)支撐結(jié)構(gòu)，使得空間更具流動性和導(dǎo)向性（圖35）。結(jié)構(gòu)中除柱礎(chǔ)和連接柱頭的鋼梁之外，全部采用松木材料。

梅耶（J.Mayer H.）為德國三所大學(xué)設(shè)計(jì)的共用學(xué)生活動中心中，也對規(guī)則柱網(wǎng)進(jìn)行了異化，為學(xué)生就餐、會議、交流提供了舒適的空間（圖36）。設(shè)計(jì)師分析了各個(gè)功能空間的大小，基于結(jié)構(gòu)系統(tǒng)設(shè)計(jì)空間——將規(guī)則的網(wǎng)格系統(tǒng)進(jìn)行偏轉(zhuǎn)和錯(cuò)動，以跨度和荷載為依據(jù)對梁元進(jìn)行整合；然后按照偏移后的軸線配置柱元構(gòu)件，加入中部混凝土核心；最后分析結(jié)構(gòu)的受力合理性，對抗力不足的柱元進(jìn)行分叉、組合、連接等處理，最終完成結(jié)構(gòu)體系配置（圖37）。

匈牙利布達(dá)佩斯動物園的巨石項(xiàng)目中，彼得·凱斯（Atelier Peter Kis）以三維軸網(wǎng)系統(tǒng)完成了一個(gè)復(fù)雜的展覽和活動空間（圖38）。項(xiàng)目基于山體的復(fù)雜表面對展覽空間進(jìn)行拓展，柱元網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)由覆蓋山體的包絡(luò)體模式演化而來的包絡(luò)線抽象產(chǎn)生（圖39,40）。

瓦杜茲馬克瑟綠色大廈的柱元體系中，包含了不同形態(tài)的斜柱、V形柱以及倒V形柱。此種復(fù)雜的異形軸網(wǎng)體系中，設(shè)計(jì)師福柯埃斯（Falkeis Architects）在對傳統(tǒng)正交網(wǎng)格系統(tǒng)的拓?fù)浞治龌A(chǔ)上，基于Karamba 3D軟件，以Grasshopper插件為載體對建筑容積率、功能空間的組織、結(jié)構(gòu)構(gòu)件的效能三方面因素進(jìn)行共生關(guān)系運(yùn)算。拓?fù)鋬?yōu)化后的復(fù)雜網(wǎng)格系統(tǒng)顛覆了傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)體系，創(chuàng)造了新的柱元布局模式，也獲得了更高的結(jié)構(gòu)效能（圖41,42）。

2.2.2 柱網(wǎng)異化與柱元形態(tài)異化的復(fù)合重構(gòu)

對正交柱網(wǎng)進(jìn)行線性或非線性異化重組，獲得了流動的空間，柱元形態(tài)的異化創(chuàng)造了更具魅力的藝術(shù)性空間。其中，復(fù)雜軸網(wǎng)是基于常規(guī)平面柱網(wǎng)模式的重組，以處理復(fù)雜的地形、環(huán)境或滿足特定的空間、功能等要求，以二維重構(gòu)甚至三維變異的形式使柱元實(shí)現(xiàn)層級化、多維度、交互型的復(fù)雜表現(xiàn)，創(chuàng)造豐富的空間體驗(yàn)。

犬吠工作室（Atelier Bow Wow）主持設(shè)計(jì)的鄂爾多斯100 之20 號別墅基于正交多米諾系統(tǒng)，以柱網(wǎng)形式和柱元構(gòu)件的異化，創(chuàng)造了“森林拱門下的混合型生活方式”（圖43,44）。設(shè)計(jì)師將13×8 的網(wǎng)格分解為橫縱兩個(gè)層級，除4×4 的庭院空間之外，相鄰的結(jié)構(gòu)單元兩層級間錯(cuò)動布置，疊加后的柱網(wǎng)體系中柱點(diǎn)呈現(xiàn)出交錯(cuò)布局的狀態(tài)，形成5m 高的單層空間。鋼筋混凝土拱形的柱梁一體化設(shè)計(jì)也體現(xiàn)了連續(xù)框架在荷載作用下的彎矩抵抗路徑，在滿足結(jié)構(gòu)需求的同時(shí)豐富了建筑空間，增加了結(jié)構(gòu)為主體的空間體驗(yàn)（圖45,46）。

23 阿勞市場大廳

24 阿勞市場大廳柱元的空間分隔

25 雷諾汽車配送中心施工中的結(jié)構(gòu)體系

26 雷諾汽車配送中心復(fù)合柱元受力分析

27 分戶住宅

28 分戶住宅一個(gè)家庭的不同柱元與空間

29 分戶住宅住宅平面圖（左：一層；右：二層）

30 分戶住宅剖面中的錐形柱元

31 樂觀建筑學(xué)院

32 樂觀建筑學(xué)院結(jié)構(gòu)體系

33 樂觀建筑學(xué)院正交柱網(wǎng)的異化

34 法國佩薩展館

35 法國佩薩展館結(jié)構(gòu)體系生成

36 德國大學(xué)生活動中心

37 德國大學(xué)生活動中心規(guī)則軸網(wǎng)的異化

38 布達(dá)佩斯動物園的巨石項(xiàng)目

39 布達(dá)佩斯動物園的巨石項(xiàng)目復(fù)雜的軸網(wǎng)體系

40 布達(dá)佩斯動物園的巨石項(xiàng)目多層次空間體驗(yàn)

41 瓦杜茲馬克瑟綠色大廈

42 瓦杜茲馬克瑟綠色大廈結(jié)構(gòu)體系的變形分析

伊東豐雄設(shè)計(jì)的多摩藝術(shù)大學(xué)圖書館對規(guī)則柱網(wǎng)實(shí)現(xiàn)曲線異化（圖47）。為了協(xié)調(diào)場地坡度和周邊環(huán)境，同時(shí)在建筑底層提供一條穿越校園的通道，設(shè)計(jì)師采用新型結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理念，運(yùn)用僅200mm厚的拱形框架體系將空間劃分為不同大小、不同形狀的學(xué)習(xí)和閱覽空間，各空間既存在獨(dú)特個(gè)性，同時(shí)又在視覺和空間上保持著結(jié)構(gòu)的連續(xù)性。

在場工作室（On Site Studio）提出的2015年米蘭世博會服務(wù)區(qū)與西部入口展館方案對傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)平面進(jìn)行了創(chuàng)新，并在結(jié)構(gòu)的效能、空間的表達(dá)方面做出了很好的嘗試，為游客創(chuàng)造了靈活的體驗(yàn)。此種柱元平面具有結(jié)構(gòu)的內(nèi)在合理性——以梭形柱強(qiáng)化兩端鉸接木柱結(jié)構(gòu)抗豎向壓力的性能，以略微傾斜柱元的組織排列提升其抗側(cè)向力的性能（圖48-50）。正交軸網(wǎng)系統(tǒng)微妙的異化實(shí)現(xiàn)了雙層的流動空間，梭形柱元的不規(guī)則傾斜組合產(chǎn)生極具趣味性的動線。

伊東豐雄設(shè)計(jì)的仙臺媒體中心以巨型異形格構(gòu)柱元，實(shí)現(xiàn)了結(jié)構(gòu)體系與建筑空間的重組。設(shè)計(jì)師以在水中漂浮搖曳的水草形態(tài)為靈感，希望實(shí)現(xiàn)“浮動的海草般的立柱”，并探尋媒體中心在時(shí)代背景和技術(shù)條件下建筑形態(tài)的表達(dá)和不同的空間體驗(yàn)。伊東和結(jié)構(gòu)師佐佐木穆朗（Mutsuro Sasaki）在綜合考慮柱元形態(tài)及受力之后，最終確定了建筑的結(jié)構(gòu)體系（圖51），以多米諾體系為原型，對柱和板分別進(jìn)行替代和改造，采用SMT原理——著眼于板（樓板）、管（柱）、表層（立面）三個(gè)要素，整體建筑結(jié)構(gòu)只由樓板和管狀柱構(gòu)成。

媒體中心結(jié)構(gòu)由截面大小不一、有機(jī)分布的13根非線性管狀柱支撐起7層水平開放的無障礙空間；根據(jù)柱的受力狀況和抗力機(jī)制，調(diào)整內(nèi)部構(gòu)件的密度和組織方式，確保結(jié)構(gòu)效能。這些管狀柱由一系列豎向、斜向的“鋼管柱”和橫向的“環(huán)”構(gòu)成，這里“柱”的概念被建筑師空間化，容納了輔助管線設(shè)備及垂直交通系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了最大化的開放性和通透性。非線性管狀柱打破了單調(diào)的空間模式，使柱元之間的場所充滿流動性，實(shí)現(xiàn)了結(jié)構(gòu)與建筑空間的完美結(jié)合（圖52,53）。

2.3 柱元空間一體化整合

柱元空間一體化是對柱元構(gòu)件平面組織邏輯、空間表現(xiàn)方式的進(jìn)一步整合，從而充分發(fā)揮結(jié)構(gòu)表現(xiàn)力，塑造符合當(dāng)代特嬕的藝術(shù)性空間。

克里斯蒂安·克雷茲（Christian Kerez）提出的Swiss Re Next競賽方案為柱元組織空間、建構(gòu)結(jié)構(gòu)體系提出了大膽的構(gòu)想。在完全透明的玻璃表皮之下，交錯(cuò)布置的柱元構(gòu)件顛覆了人們對建筑空間的傳統(tǒng)審美意象，不穩(wěn)定的視覺特嬕牢牢地占據(jù)了人們的眼睛，從而產(chǎn)生反常的結(jié)構(gòu)體系與空間表達(dá)。在這座建筑中，樓梯筒是核心元素，既解決了疏散、流線、空間的分隔和聯(lián)系，又解決了結(jié)構(gòu)上的荷載問題?；趥鹘y(tǒng)多米諾體系，設(shè)計(jì)分解了從樓板的受彎到矩形柱元的受壓的傳統(tǒng)荷載傳遞邏輯，轉(zhuǎn)而以承載豎向交通的巨型柱元構(gòu)件、完成水平跨越的樓板和強(qiáng)化結(jié)構(gòu)體系的索線三種結(jié)構(gòu)構(gòu)件之間的協(xié)調(diào)組織，建構(gòu)了全新的結(jié)構(gòu)體系。以柱元構(gòu)件為主導(dǎo)元素組織的結(jié)構(gòu)體系復(fù)合張拉體系，其中柱元與樓板均作為受壓構(gòu)件，15mm的實(shí)心鋼索作為受拉體系以平衡受壓構(gòu)件的疊加荷載。以位置居中的傾斜度較小的兩根構(gòu)件為核心，三組交錯(cuò)布置的傾斜度較大的柱元構(gòu)件環(huán)繞核心交疊上升，形成一個(gè)較為穩(wěn)定的豎向荷載抵抗系統(tǒng)，創(chuàng)造了變化極為豐富的空間形態(tài)（圖54,55）。

在臺中大都會歌劇院中，伊東豐雄突破“柱元”的傳統(tǒng)概念，以更加自由化、流動性的形式進(jìn)行組織和重構(gòu)。臺中大都會歌劇院與其說是建筑，不如說是柔軟、謎一樣的生物活動狀態(tài)，以“聲音的涵洞”為理念，通過對聲音的流動、光線的穿透、人流的規(guī)制、行為的演繹、空間的異化、結(jié)構(gòu)的重構(gòu)完成了一個(gè)“蘊(yùn)含生命體的容器”（圖56）。

流動的異形空間和結(jié)構(gòu)組織基于柱元的三維拓?fù)渥儞Q和構(gòu)件的重組連結(jié)，以完全一體化的模式呈現(xiàn)，同時(shí)疊加了對結(jié)構(gòu)、空間、動線、光照等因素的綜合分析和演算。三維空間柱元的建構(gòu)從數(shù)字切割的異形片狀鋼板出發(fā)，沿異形軸線陣列產(chǎn)生柱元構(gòu)件的基本格構(gòu)形式，加上分別連接頂端與底邊的環(huán)狀鋼板、中部的加固格板，配以鋼筋網(wǎng)，最后澆筑混凝土。每個(gè)柱元構(gòu)件的形態(tài)均有差異，以相似拓?fù)洚惢亩鄠€(gè)構(gòu)件的演繹重組完成最終的結(jié)構(gòu)體系（圖57,58）。在實(shí)際建造過程中，柱元構(gòu)件以一體化的方式支模、配筋、澆筑。

2.4 多柱體系與空間營造

多柱體系借助計(jì)算機(jī)技術(shù)和結(jié)構(gòu)分析對荷載面進(jìn)行單元化分隔，以力流最短距離傳遞和荷載的高效分解為茩標(biāo)，使各個(gè)柱元均質(zhì)化地傳遞力流和荷載，呼喚一種原始的自然意象，營造更加趣味化的、更富流動性的建筑空間。

43 鄂爾多斯100 之20 號別墅

44 鄂爾多斯100 之20 號別墅軸網(wǎng)異化產(chǎn)生的表現(xiàn)

45 鄂爾多斯100 之20 號別墅疊加的結(jié)構(gòu)體系

46 鄂爾多斯100 之20 號別墅柱元單元

47 多摩藝術(shù)大學(xué)圖書館結(jié)構(gòu)體系

48 2015 年米蘭世博會服務(wù)區(qū)與西部入口展館

49 2015 年米蘭世博會展館軸網(wǎng)的異化邏輯

50 2015 年米蘭世博會展館結(jié)構(gòu)單元軸網(wǎng)偏移

51 仙臺媒體中心結(jié)構(gòu)體系

52 仙臺媒體中心柱元演化過程

53 仙臺媒體中心柱板連接細(xì)部示意

54 Swiss Re Next 競賽方案結(jié)構(gòu)體系

55 Swiss Re Next 競賽方案空間表達(dá)

56 臺中大都會歌劇院構(gòu)體系模型

57 臺中大都會歌劇院柱元構(gòu)件的建構(gòu)

58 臺中大都會歌劇院結(jié)構(gòu)體系的生成

59 堪培拉大學(xué)設(shè)計(jì)

60 臺大社會科學(xué)院圖書館多柱體系創(chuàng)造的獨(dú)特空間 61 臺大社會科學(xué)院圖書館多柱體系的雙螺旋衍生

查爾斯（Charles Dewanto）團(tuán)隊(duì)提出的堪培拉大學(xué)設(shè)計(jì)方案中，以超級平面大屋頂統(tǒng)一了起伏變化的地形環(huán)境整合了室內(nèi)與室外空間，將建筑與環(huán)境融入一個(gè)超現(xiàn)實(shí)的體系中（圖59）。這個(gè)巨大的屋頂采用多柱體系，使用線型鋼構(gòu)件將屋面以荷載和力流的組織傳遞為依據(jù)進(jìn)行單元化切分，橫向梁元匯聚屋面荷載并傳遞至豎向柱元。每一個(gè)單元體系都因跨度不同而略有差異，整體上較為均質(zhì)化的多柱系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了高度適應(yīng)性的空間，為大學(xué)的設(shè)計(jì)提供了一種新的基于結(jié)構(gòu)思路的空間意象。

伊東豐雄設(shè)計(jì)的臺大社會科學(xué)院圖書館的結(jié)構(gòu)系統(tǒng)以森林意象和可呼吸系統(tǒng)為理念。其多柱體系借助自我衍生演算法配置而成，設(shè)定樹狀柱元彼此之間的最小距離，以雙重螺旋為原型對自我衍生系統(tǒng)進(jìn)行推演，根據(jù)規(guī)律性的動態(tài)雙螺旋路徑引導(dǎo)出交匯點(diǎn)并設(shè)置柱元，再對柱網(wǎng)進(jìn)行分割演化得出屋頂板面的形態(tài)并拓展到室內(nèi)布置與室外環(huán)境（圖60,61）。

88根柱元構(gòu)件根據(jù)空間和跨度的大小采用三種模數(shù)配置，每個(gè)柱元單元采用殼面鋼骨混凝土材料建造。首先在混凝土地面的預(yù)留柱礎(chǔ)上吊裝圓形帶肋邊的鋼管并就位；再架設(shè)一次性整體式FRP模板（由樹脂、玻璃纖維及骨料制成，具有質(zhì)量輕、耐腐蝕性好、易于施工等優(yōu)點(diǎn)）；然后鋪設(shè)配筋網(wǎng)，澆筑混凝土；最后拆模噴漆（圖62）。借助計(jì)算機(jī)生成的方式以疏密有致、大小不同的柱元共同形成異化的結(jié)構(gòu)形式，創(chuàng)造了與地景重新接軌并創(chuàng)造連續(xù)性、讓步入其中的人們享受猶如駐足于森林樹蔭下的悠然閱讀的環(huán)境。

3 結(jié)語

立面組織、平面配置和空間塑造的柱元形態(tài)深刻暗示著結(jié)構(gòu)的本質(zhì)邏輯，各類表達(dá)形式的拓展和創(chuàng)新符合柱元異化的邏輯特嬕，極大釋放了柱元的表現(xiàn)力。

柱元的立面呈現(xiàn)演化自笛卡爾正交網(wǎng)格體系，以符合力流引導(dǎo)規(guī)律和抗力特性的方式重組立面柱元。細(xì)化邏輯通過對豎向荷載的“匯集”與“疏解”使立面形態(tài)呈現(xiàn)出不同特嬕；斜向表達(dá)基于水平力場組織柱元，達(dá)成穩(wěn)定抗力體系；間隔的秩序以結(jié)構(gòu)體系的重組和力流及荷載的轉(zhuǎn)化為基礎(chǔ)實(shí)現(xiàn)立面柱元表達(dá)。

柱元的平面配置是支撐功能體量、塑造藝術(shù)空間的載體，符合技術(shù)邏輯的平面組合主導(dǎo)了空間表達(dá)。單柱系統(tǒng)以兩方面展開——分隔內(nèi)部空間，塑造不均衡性和模糊性；建構(gòu)結(jié)構(gòu)體系，以柱元構(gòu)件的復(fù)雜重組和異化配置重塑空間。柱網(wǎng)異化和多柱體系的出現(xiàn)通過分解正交網(wǎng)格，結(jié)合柱元重構(gòu)，為空間的多元化呈現(xiàn)提供了理性方法，實(shí)現(xiàn)了荷載模式和力流傳遞的高效表達(dá)。柱元空間一體化拓展了結(jié)構(gòu)構(gòu)件的維度，在柱元與索線一體化和連續(xù)面系一體化等邏輯中整合結(jié)構(gòu)與空間。

62 臺大社會科學(xué)院圖書館敷設(shè)鋼筋網(wǎng)

3 來源于 http://dfabnus.wordpress.com

4,56 來源于文獻(xiàn)[16]

5,19,20,36 來源于文獻(xiàn)[1]

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7 來源于https://www.nikken.co.jp

11 來源于http://www.bde.ch

13,54,55 來源于文獻(xiàn)[7]

17 來源于http://spatialforces.tumblr.com

21,22 來源于文獻(xiàn)[8]

23,24 來源于http://www.archiweb.cz

27-30 來源于http://www.gmuerarch.ch

31-33 來源于 http://waithinktank.com

34,35 來源于http://www.la—nouvelle—agence.com

38-40 來源于http://www.plant.co.hu

41,42 來源于http://www.karamba3d.com

43,44 來源于http://en.urbarama.com

47,51-53 來源于文獻(xiàn)[13]

48 來源于http://www.onsitestudio.it

57,58 來源于https://www.ideabooom.com

59 來源于http://www.archdaily.com

60-62 來源于http://ntuncss.futsu.com

表1 圖片來源于https://jasonrwoods.com，https://bbs.zhulong.com，文獻(xiàn)[1]

表2 圖片來源于http://www.bde.ch，文獻(xiàn)[7]，https://architizer.com除標(biāo)注外，其余圖表由作者自繪