建筑結構形態的輕盈化表達策略研究

李長建

(重慶大學建筑城規學院，重慶 400030)

1 結構輕盈的發展趨勢

1.1 科學技術的發展

科學技術的發展對結構的影響主要體現在兩個方面：一是建筑材料的發展，二是建筑結構形式的發展。

伴隨著社會進步，科學技術不斷發展創新，出現了許多新型材料可以作為結構的用材，同時新材料的出現有可能也是建筑行業的一次革命。例如，從古代用天然木材和石材建造建筑，到發明混凝土這種材料用作建造建筑，這個過程發展緩慢，但是材料起到的作用是顛覆性的，天然混凝土解放了結構所占據的空間，從而使得建筑有了真正意義上的室內空間。而再到后來的鋼材、玻璃、膜等材料的使用，可以說建筑形式發生了質的改變。有了這些革新的材料，之前難以達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在已經變得已經非常容易了，主要原因之一也是這些高強度的新型材料的使用，減輕了建筑結構和維護體系的荷載?？傮w來說，新型材料的使用使得建筑整體形態變得更加輕盈，而作為支撐建筑的結構體系也由之前承受材料本身的荷載解放出來，呈現出更加輕盈化的形態。

基礎科學的發展也帶動了建筑結構形式的革新和進步，當然結構形式的變化與新材料的出現相輔相成。古羅馬時期，萬神廟運用混凝土澆筑的穹隆頂跨度達到了43 m，對于當時的技術能達到這么大空間的跨度已經很不錯了。但是由于運用的是混凝土澆筑的穹頂，導致屋蓋的厚度不得不澆筑得很厚，頂部厚度約1 m，而底部為了抵消側向推力，厚度達到6 m,尺度是相當巨大，整個屋蓋給人以笨重的感覺。而隨著社會的發展和科技的進步，大跨度建筑的結構形式也有了翻天覆地的變化。目前大跨度建筑的結構形式主要有網架結構、懸索結構、折板結構、膜結構等結構形式，結構形式通過利用高強度材料像鋼材、高分子膜等，使得結構形式顯得很輕盈。建筑結構形式的發展使得結構的輕盈化表達得以實現。

1.2 建筑審美意識的發展

當今我們享受的生活環境主要是20世紀的建筑技術和文化審美帶來的結果，當今輕巧相較于厚重來說，是文化審美的主流，因此，建筑形態也是趨于輕盈化的形態在發展，而作為建筑形態表現的重要部分建筑結構，也越來越呈現出輕盈化的傾向。

工業革命時代，工業革命的發生也促使了建筑科學及其技術的進步，不同以往的新材料、新技術不斷出現，使得在這一時期人們對于建筑的審美從傳統的美學法則之中掙脫出來，把著眼點集中在結構、材料和設備上，注重科學的理性美。人們把科學的結構、新型的材料和高精尖的設備看作既是一種技術，也是一種藝術，大眾相較于沉重結構類型更喜歡新型材料所帶來的更加輕盈的建筑結構，這一點從高技派、解構主義等建筑設計師的設計理念及其作品當中可見一斑?，F代建筑大師密斯的一句著名的話“less is more”表達了他的設計審美傾向，建筑要素應該盡可能的少，從而運用極少的要素去表達無限的可能。通過大師的引導，使得大眾對于建筑的審美趨向于簡約，建筑形態包括建筑結構應該表現的更加簡約，而結構輕盈化的表達則比較符合當時大眾審美。

大眾對于建筑的審美整體上更加趨向于理性簡約，而建筑師在追求輕盈化的建筑形態的時候，建筑結構的輕盈化表達作為建筑形態簡約輕盈的一種手段，也必然會是一種趨勢了。

1.3 多米諾體系的演化與變形

在工業革命時代背景之下的1922年，勒·柯布西耶采用鋼筋混凝土柱-板體系(Colum n-SlubSystem)為結構系統，將墻體從建筑結構體系中釋放出來，打破了古典建筑空間對稱的格局，構建了自由的平面形態，形成了多米諾體系(見圖1)。多米諾體系節省了結構用材，使得各結構要素得到合理的利用，同時也奠定了現代建筑發展的基本結構骨架?？虏嘉饕源藶橐罁?926年提出了新建筑五點，最終完成了多米諾體系的理論體系。多米諾體系的建立對日后建筑理論的發展及設計實踐影響深遠。

在當代社會中，城市、自然、人文、地域影響下的建筑訴求多樣化，傳統多米諾體系自身的調整變化勢在必行。而傳統多米諾體系的演化與變形，也會使得建筑結構形式具有更多的可能性，建筑形態和建筑結構的呈現效果也會更加多樣性。伊東豐雄設計的仙臺媒體中心(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立軸之

圖1 多米諾體系

圖2 仙臺媒體中心結構圖

單純構造，構成地下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，正是對多米諾體系中垂直要素的非線性空間化變形，整個建筑給人整體的感覺是輕盈純潔。通過對傳統多米諾體系的演化與變形，部分類型的建筑結構呈現出輕盈化的一種趨勢。

2 建筑結構輕盈化的屬性特征

建筑結構的輕盈化表達并非單純的采用沉重的建筑結構形式而所帶來的外觀形態表象。它是一個包含著物理上輕質、輕型，美學上輕盈、輕快，生態上輕介入、輕負荷等多種視閾綜合關聯的集合，而不是僅僅最后呈現出來的作為結果的形式。

從材質上來說，采用輕質材料如竹、木等材料作為建筑結構顯然要比磚、石材料建造的建筑結構輕盈很多；從形體上來講，分散的形體比量大質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現永恒感，但隨著時代的發展，那些沉重、象征不朽和永恒的建筑已經隨著孕育他們的時代遠去了。現代建筑誕生以來，建筑中對鋼材和玻璃材料的使用逐漸增多，建筑形態也呈現出輕盈透明的感覺。

3 建筑結構輕盈化表達策略

3.1 材料層面的輕盈

當前可作為建筑結構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，在用作建筑結構的時候，所呈現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：①在相同結構形式的情況下，材料本身所能承受的荷載存在差異；②根據建筑類型的差異性和建筑師的獨特追求，會選用不同的材料類型作為建筑結構的材料。

1)在大眾的認知里，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。在承受相同荷載的情況下，鋼材的截面會是最小的，因此，在一般性的建筑中，使用鋼材作為建筑結構的材料，結構本身的尺度就會有所變小，整體會給人以輕盈的感覺。建筑大師坂茂先生最喜歡用的建造材料是紙筒，他將紙視為進化了的木頭，坂茂在他的紙建筑設計中挑戰了材料的強度和可持續性，而他用適宜的結構設計與建造方式，將紙建筑的優勢發揮出來。整個建筑的圍護結構和結構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，結構本身就具有輕質的特點。

2)不同的建筑師在選擇材料的時候會有特別的喜好，坂茂在不斷嘗試用紙筒來建造建筑、安藤忠雄則對清水混凝土情有獨鐘。但是由于紙筒材料強度的限制，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，這些建筑的結構尺度并不會特別大，相較于一些大型建筑的結構體系自然呈現出輕盈的特質。

3.2 視覺層面的輕盈

建筑結構形態的輕盈與厚重很大程度上是建立在人的知覺體驗之后的判斷，因此，在視覺層面對于結構輕盈化的表達來說，仍然具有很大的潛力。不同材料的色彩、肌理和質感存在差異，人們在現場感受建筑的時候會受到材料的這些因素的影響，從而會產生與實際不相符合的判斷。作為新生代日本年輕建筑師，石上純也的作品將日本當代建筑的輕、薄、透等特點發揮到極致。石上的建筑特點具有，輕挑的結構、通透的表皮、仿佛消失在自然里，呈現一種消隱的狀態。石上的建筑材料的選擇傾向于玻璃、鋼等現代感很強的材料;結構的處理傾向于將結構桿件處理成纖細微小的狀態，形式上輕盈通透，能夠極其自然的與環境交融。

石上純也的KAIT工房結構(見圖4)是用最細的柱子撐起建筑空間，每根柱子都是由平鋼所構成，為的就是達成「扁、細、長」的建筑極限概念與結構美學。當處在建筑中的時候，這些細柱的存在會使參觀者驚嘆于它們的支承能力，會認為柱子可能只是起到裝飾作用，從而將結構體忽視掉。整個建筑的結構構件尺度小，并且外立面采用透明玻璃，可以說整個建筑形態顯得十分的輕盈，建筑結構在視覺上不會被太多的關注到，消隱與整個建筑整體中。

圖3 坂茂2009年中國香港深圳雙城雙年展主展廳

圖4 KAIT工房內景

在視覺層面的建筑結構輕盈化表達主要體現在將結構形態的弱化處理，結構形態與建筑形成一個整體，結構不容易被感知到或者掩蓋自身的結構屬性，從而達到視覺的輕盈與消隱。

3.3 形式層面的輕盈

在本段探討的內容主要是結構形式的類型不同，導致結構所體現出的輕盈度的差異。建筑結構按照構筑形式及受力特點不同，一般分為砌體結構、框架結構、筒體結構、殼體結構、網架結構、折板結構等。結構形式的差異除了體現在架構方面的區別，還體現在組成結構的材料的不同。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，才產生了獨特的結構形式，因此，從結構形式層面來探討結構的輕盈是區別于單純從材料層面來探討結構的輕盈表達，屬于另外一個層面。

結構格構化處理包括像傳統意義上的梁向桁架轉換，屋蓋向網架轉換的這樣一個轉換過程。相較于傳統的混凝土梁，桁架梁支撐體系無疑使得結構看起來更加輕盈。這些格構體系運用高強度的材料，作為空間結構體系，每個結構單元尺度較小，而最終呈現的整個建筑形式也是符合理性力學美感的結構形式。弗雷奧托畢生追求建筑形態的輕盈化表達(見圖5)，最早的輕型建筑為帳篷建筑，盡可能用簡潔形式去表達形態的輕盈。他喜歡運用膜材料、高強鋼材、木材等材料，形成傘狀拉桿結構、張拉膜結構、充氣式膜結構和鋼框架結構等輕盈的結構形式去表現建筑的輕盈。

圖5 慕尼黑奧運會主體育場屋頂

建筑的結構形式選用這些格構化的結構形式，減輕了結構自身的荷載，同時組成這些結構形式的結構單元尺度小，使得整體的結構形式顯得輕盈。

3.4 結構消解層面的輕盈

結構消解指的是通過對結構組成要素的簡化或合并，從而達到結構的輕盈。傳統框架結構有梁板柱結構體系，結構布置比較均質，而像板柱結構就弱化了梁結構，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潔。

安藤忠雄經常采用板柱結構體系即無梁樓蓋，雖然其給人以沉重感的混凝土材料情有獨鐘，但是通過這種結構形式的處理，建筑的形態更加簡潔，結構形式更加簡約輕盈。

4 總 結

建筑結構形態輕盈化表達將成為當代建筑創作時需要認真考慮的一個要素。當代信息社會的建筑結構形式與之前相比己經發生了很大的變化，其突出特征就是形態的非線性化、輕盈化傾向，并且伴隨著當代社會審美的改變，建筑結構形態輕盈化己經獲得來自于文化層面的支撐，建筑結構的輕盈化表達對建筑形態起到很大的塑造作用。在建筑創作的過程中，對于建筑結構的輕盈化表達需要從材料、形式、視覺和結構消隱這些方面來考慮。