基于體量消減與復合重構的柱元形態研究

王興鴻 戴航 強歡歡 Wang Xinghong Dai Hang Qiang Huanhuan

1 柱元與結構

文藝復興時期，建筑師帕拉迪奧（Andrea Palladio）說：“每一部分都應處在其恰當的位置……在整體中，每一部分都要受到尊重，并且它們之間以及它們同整體之間要彼此協調”[1]。從英國索爾茲伯里的史前巨石柱、原始棚屋的柱、中國古代建筑的木柱，到希臘羅馬成熟的柱式，再到現代勒·柯布西耶多米諾體系中的柱，以及當代建筑中形態各異、功能不同的柱，柱元在不同材料、不同結構體系中都充分發揮著重要作用——傳遞豎向荷載和抵抗側向彎矩。工程師在一些市政工程的設計建造中首先實現了結構的真實表達，例如1937年完工的由約瑟夫·施特勞斯（Joseph Baerman Strauss）設計的金門大橋中的柱塔，以及1939年由愛德華多·托羅迦（Eduardo Torroja）設計的Alloz輸水道等[2]。

“在所有建筑藝術的組成中，你會發現柱子一定是最先值得關注的元素”[3]，萊昂·巴蒂斯塔·阿爾伯蒂（Leon Battista Alberti）的這句話充分說明了柱在建筑中的重要性。結構構件是結構設計最重要的部分之一，只有在特定的秩序和邏輯協同作用下，才可能實現一個完整高效的結構系統。作為傳遞豎向力的主要載體之一，柱元在結構體系中至關重要，也最容易獲得表現力。西德設計師柯特·西格爾（Curt Siegel）結合靜力學圖解，從骨架、V形支座等方面全面透徹地分析了結構構件（尤其是柱元）的設計原則和表現，以及結構構件形態對結構體系和建筑表現的作用，為設計者提供了切實可行的結構構件和結構體系設計方法。維奧萊·勒·迪克（Viollet le Duc）于1864年的V形柱實踐和那不勒斯火車站設計方案都是經典案例。

2 體量消減的柱元形態

2.1 基于截面組織

斷面消減是將截面較大的柱元以平面構件為基本元素，在合理分配拉力和壓力的前提下進行組合，實現理想的受力狀態并達到視覺上的形態消減。

在受力方面，斷面消減后的格構柱元系統很好地解決了大跨超高空間的結構支撐問題，改善了側向荷載作用下的抗彎性能，從而適應以柱元力流傳遞為原則布置的格構桿件，有效節省了結構用材，更有助于緩解由結構材料堆砌而產生的視覺壓力。在形態方面，線性構件和點的連接使格構柱元的力學邏輯清晰可辨，帶來了新的藝術體驗。同時，在空間有效利用方面，可以在格構化的柱元內部空間布置設備或管線，實現結構與設備的整合及空間的高效利用。板片柱是在保證豎向荷載抗力性能的前提下，為提高柱元構件在單一維度內的抗側向力性能而進行體量消減后形成的。柱元單一維度的拓展削弱了原有形態的厚重感，提供了一種獨特的視覺體驗，而多個柱元在不同方向上的體量消減使結構更加合理高效，帶來建筑空間的視知覺感受。

宮本勝浩（Katsuhiro Miyamoto &Associates）設計的長野褚善寺講堂采用了板片柱，借助現代混凝土技術，以曲面屋頂回應了基地與環境的關系，營造了寺院內寧靜悠然的佛教文化氛圍（圖1）。現澆混凝土板片柱消減了原有四方形柱元的體量，3個不同方向的板片柱有效承接了曲面混凝土屋面的豎向荷載，并順利地轉換了側向荷載產生的彎矩，以輕巧的柱元體量組織了柱元截面，創造了講堂公共空間的特征性和開敞度（圖2）。

索線是一種非常高效的受拉元素，主要適用于木材和鋼材，通過在原有柱中加入一個或多個橫向撐桿形成整個系統，可以使柱頂端所受的豎向荷載得到釋放，讓柱的“壓”和鋼索的“拉”同時發揮作用，壓曲應力通過索線回歸到柱本身，形成一種高效的抗力機制。

在尼古拉斯·格雷姆肖（Nicholas Grimshaw）設計的牛津滑冰館中，豎向支撐便是一個清晰且引人注目的實例（圖3）。主要的豎向荷載集中在交叉地基上的4組柱中，2個是柱的樁基，另外2個則是錨固點。這個巨大的單體建筑用2個高33m的桅桿來實現，桅桿采用3個螺栓連接的截面，既簡化了結構尺度和繁復計算，也避免了現場焊接，減少了工程量（圖4）。屋面鋼架通過2個桅桿結構吊起，拉壓的結構組合使結構效能大大提升。

伊東豐雄（Toyo Ito）1999年為羅馬國家現代美術館競賽提供的設計方案（圖5）是結合索線進行抗壓曲設計的精彩案例。在這個方案中，伊東將本來只有結構作用的柱巧妙地轉化成光與結構的統一體——在承擔豎向傳力作用的同時，將柱作為建筑中引入自然光的“通道”（圖6），實現了結構與功能的統一[4]。在羅馬，因為無需考慮地震引起的橫向作用力，柱只作為抵抗重力的結構，在中柱周圍布置的8根鋼絞線不僅吊起了二層樓板，同時也防止12m高的柱在豎向力的作用下產生壓曲，合理提高了鋼柱的結構安全性。如圖7所示，結構師佐佐木睦朗（Mutsuro Sasaki）為了實現建筑師積極引進自然光的目的，提出用36根纖細、通透的管柱形成“新鋼構架多米諾體系”方案[5]，達到了建筑、結構和功能的高效整合（圖8）。

伊東在2002年設計的奧斯陸項目的結構體系，是對仙臺媒體中心SMT系統的進一步嘗試（圖9）：格構化的柱元截面更大，桿件更加自由，管柱空間更加通透。項目中的格構柱元從簡單格構出發，經過對荷載形式、受力大小和結構構件組織配置等方面的綜合分析考慮（圖10），形成了更加纖細、更具趣味性的一體化柱元系統[5]（圖11）。

由PRAUD設計的拉脫維亞尤爾馬拉Liesma酒店方案，則是另一個橫向截面擬形柱的實例（圖12）。設計師主要考慮兩方面概念：一方面是利用一個架起的空間容納休閑娛樂功能區域，強調音樂酒店的主題；另一方面則是通過底層架空釋放出巨大的開放空間，從城市、景觀的角度理解建筑，并在方案中做出回應。值得注意的是，為了使架空的底層空間獲得更大的開放性，建筑師將普通框架結構中的豎向支撐合并成了5組巨大的豎向格構化承力“柱”，支撐其上巨大的方形體量（圖13）。在這里，格構柱元系統很好地完成了結構和空間的雙重要求[6]。

通過放大和重組柱元橫截面對荷載的抗力機制來實現柱元體量的消減，截面形式與格構兩種方式都拓展了傳統柱元形態，甚至將“柱”本身作為建筑的空間來使用，消解了傳統意義上的“柱”體量，提高了結構效能，使建筑更滿足空間經濟學的要求。

福斯特設計的香港匯豐銀行大廈中的柱也是高度復合化的。從外觀上看，暴露在大廈立面上的鋼柱和鋼桁架以其巨大的尺寸及獨特的形態，展現了其前衛、高技的特征，最大程度地暴露結構但又不失現代主義氣息，穩重而無突兀之感（圖14）。大廈的結構體系利用8組高度不等的復合鋼柱，將33個使用層分5級斜向吊掛，每一層級由2層高的桁架結構承擔起4～8層使用空間，同時向上逐漸遞減。懸吊結構系統的使用，加之設計中將服務功能用房、設備井道等安排在復合柱的外側，使高層建筑的使用空間得以最大化。8組復合柱將樓層平面從南到北分成3個寬16.2m的開間，東西2組復合柱相隔3.5m。由于8組復合柱高度不等，樓層平面的開間數也隨其所處的高度而變化。復合柱組截面尺寸為4.8m×5.1m，其中底層復合柱四角為4根1 400mm×100mm的鋼管柱，且截面尺寸向上逐漸減小，到頂層處截面僅為800mm×40mm（圖15）。豎向荷載通過樓面傳遞給復合柱，懸掛的方式使得樓面受力趨于均布荷載，等同于復合柱所承擔的豎向荷載與樓板所承擔的水平荷載。同時，柱兩端的懸挑部分使得樓板的應力變小，又因復合柱的截面較大且為格構狀，使得結構的穩定性更好（圖16）。在建筑內部，室內空間具有了最大的開放性，復合柱之間以用于聯系的X形構件裝點，也豐富了空間效果。

拉科斯特和史蒂文森（Lacoste+Stevenson）設計的UTS科技樓裙樓方案（圖17），其獨特的“柱”造型成為方案中最引人注目的創新之處。設計對普通圓柱進行結構擬形處理，將材料完全邊緣化，并根據結構力學分析所受應力大小進行透空處理，原本笨重的普通圓柱變得非常輕薄，帶來輕、薄、透的空間感覺（圖18）[7]。“中空柱”作為空間之間的過渡，使裙樓內部空間的層次更加多樣，更具趣味性。頂層的柱內空間還可以用作綠化，形成富于變化的院落式空間效果。較前幾個截面力學擬形的案例來說，這個案例雖然沒有將柱內空間作為建筑空間使用，但因其“柱內空間”的放大使得其他“柱外空間”也變得特別起來，這也是結構思維指導下產生的全新的空間體驗（圖19）。

柱元形態拓展在體量消減方面的表現由力學理性邏輯主導，而拓展后的柱元形態則內在地反映出豎向構件荷載傳遞和彎矩轉換的邏輯，使構件形態、傳力機制和形態特征得到有機統一。為抵抗柱元的壓曲變形和扭轉，設計時需主要關注如何通過柱元形態來抵抗豎向荷載，并通過截面形態重組消減柱元體量，從而保持結構系統的高效性，同時，還需考慮如何借助柱元的表現形態反映結構的受力變形趨勢，體現力學和形態的有效整合。

1 長野褚善寺講堂

2 講堂的板片柱

3 牛津滑冰館的柱元

4 牛津滑冰館柱元的組織

2.2 基于透明

在柱元設計中，改變材料屬性可以消減柱元體量，塑造透明的形態，玻璃在這里起到了至關重要的作用。

玻璃自重僅為2 500kg/m3，強重比優于普通鋼材[5]。但玻璃是典型的脆性材料，抗壓性能遠高于抗拉性能，用于結構建造時應最優先考慮其抗拉性能，以解決抗拉、抗彎強度不足的問題，提高柱元及結構體系的效能。

雖然玻璃的抗壓強度較高，但應用于建筑結構時還應采取進一步增強其性能的措施。例如，疊加玻璃片形成矩形、圓形實體柱；采用十字形、筒形、中空矩形等玻璃柱形態以減少結構材料用量，提高結構效能；在筒形玻璃柱中增加鋼索并施以預應力，通過鋼索的“拉”進一步提高玻璃柱的抗壓性能。

第一個采用玻璃柱元作為豎向支撐結構的實例是由布魯奈特和索尼埃（Brunet &Saunier Architecture）于2000年設計的法國圣日耳曼萊昂市政中心中庭（圖20）。為打造一個更為透明的公眾接待空間，體現政府的開放性，中庭采用12根十字形帶鋼銷的玻璃柱和環形玻璃結構撐起700m2的鋼構架屋面，并在IPE工字鋼部位加入索線分擔部分玻璃柱的荷載，從而加強屋架結構的整體性和穩定性。玻璃柱身采用220mm×220mm、高3.2m的十字形構造模式，由1塊220mm、2塊95mm寬度的三級夾層熱強化玻璃板膠粘形成，中間層的玻璃板較厚為15mm，由兩邊10mm的玻璃板保護，十字柱的柱頂與柱腳采用“靴子般”的鋼銷構造以增強節點強度[9]（圖21）。玻璃柱元大大消減了豎向受力構件的體量，實現了空間通透度的最大化。

5 羅馬國家現代美術館競賽方案

6 羅馬國家現代美術館競賽方案中光的“通道”

7 羅馬國家現代美術館競賽方案的“新鋼構架多米諾體系”

8 羅馬國家現代美術館競賽方案中柱元細部設計

9 奧斯陸項目

10 奧斯陸項目格構柱元的異化

11 奧斯陸項目柱元與空間

12 Liesma 酒店

13 Liesma 酒店結構體系

14 香港匯豐銀行大廈復合柱元

15 香港匯豐銀行大廈柱元配置關系

16 香港匯豐銀行大廈復合柱元的拉壓模式

17 UTS 科技樓裙樓

18 UTS 科技樓裙樓管壁柱元鏤空形態

19 UTS 科技樓裙樓荷載分析

在由高技玻璃有限公司（HI-TEC-GLAS）設計研發的全玻璃結構支撐住宅中，豎向支撐全部采用全透明管狀玻璃結構體（圖22），這種以玻璃作為直接支撐構件的設計和制造模式，為當代追求極度透明性和開放性的玻璃建筑的建造施工提供了新的可能性。管狀玻璃柱系統由管狀硼硅酸玻璃體、兩端套筒及中部鋼索組成（圖23），在住宅實例中，由雙層玻璃結構柱系統實現屋面結構受力的豎向傳遞，中間層的木板加強了橫向聯系，增強了整體結構系統的穩定性[10]。透明的玻璃柱結構材料模糊了室內與室外的界限，將景觀充分引入室內，同時使室內空間更加開放。基于材料的建造實現了建筑結構的創新，也為建筑空間的曖昧性提供了邏輯支撐[11]。

位于萊茵河邊的夏季學院展廳由馬庫特和海爾波（Marquardt &Hieber）設計，該建筑的豎向荷載全部由玻璃柱元直接支撐，其單層玻璃結構支撐起了480m2的全透明空間（圖24）。6組間隔布局的“柱盒”支撐起32.5m×15m、使用歐洲標準IPE360型工字鋼的屋頂，使得總重28t的屋頂漂浮于5m高的空間之上，每個柱盒尺寸為3.8m×1.25m，由外側2層10mm熱強化玻璃面板和內側19mm加熱預應力玻璃面板組成[9]。設計師采用特殊的構造方式，巧妙規避了玻璃材料的結構性能劣勢：首先，將普通“柱”的尺度進行消解，利用柱盒提高玻璃的結構性能，同時作為固定展品的陳列櫥窗；其次，在玻璃柱與梁、基礎的連接位置采用鋼構件連接，增強節點處的抗力性能；另外，玻璃柱內外采用不同強度和特性的玻璃，提高柱元抗水平荷載的能力，進一步增強結構體系整體剛度（圖25）。玻璃作為結構材料使漂浮的巨大屋頂成為可能，這既是展覽場所，也是被展覽的藝術品。

紐約第五大道蘋果店將玻璃作為結構材料的應用發揮到了極致，如展亭一樣的形態打造了一個夢幻的高科技體驗場所（圖26）。無論是支撐結構還是圍護材料均用玻璃完成，僅在細部采用尺度很小的角鐵狀鋼構件和螺栓。展亭采用框架結構系統，以片狀玻璃板為柱元和梁元傳遞豎向荷載并跨越空間，玻璃柱則由雙片玻璃板與連接鋼構件拼接而成（圖27,28）。柱元由3塊玻璃板在垂直維度內交替布局，重點位置與圍護材料相連接，加強了整體結構的抗力性能，使玻璃柱結構體系更加高效。

20 法國圣日耳曼萊昂市政中心的中庭

21 法國圣日耳曼萊昂市政中心柱元構造

22 高技玻璃有限公司的住宅玻璃柱

3 復合重構的柱元形態

3.1 力的復合

力的復合是柱元形態的另一種拓展，是基于整體結構體系的荷載模式、力流傳遞、抗力特征及構件布局等要素，對柱元進行整合以獲得更為高效的結構體系及空間形態的重構方式。在這種復合表現中，柱元形態在力學與美學上都顛覆了傳統模式，以高效的結構體系實現了獨特的空間體驗。

日本神奈川工科大學KAIT工房是拉壓復合的典例，由70后建筑師石上純也（Junya Ishigami）于2009年主持完成（圖29）。建筑整體所追求的輕盈通透和空間曖昧，是通過突破傳統審美與常規尺寸的“極細柱元”實現的。KAIT工房給人的第一印象可能只是一堆雜亂的柱子撐起了一個玻璃盒子，但建筑師為了達到空間、形體的要求，與結構工程師小西泰孝（Yasutaka Konishi）對每個柱子的位置、尺寸與方向進行了長達3年的分析研究。在設計試驗中，小西泰孝利用了預應力技術：先將壓力構件就位去承受屋頂的重量，然后對1 990m2的板面模擬施加雪荷載，當屋頂受力變形降到某個高度時，才將梁架位置的拉力構件與地面連結，最終形成穩定、高效的結構體系（圖30）。整棟建筑的每個結構細節都順應結構工程師的邏輯，僅允許微量變形以達到其所預定的尺寸，甚至連屋頂的泄水坡度都考慮在內[12]。在當代結構技術和施工工藝的支持下，設計對傳統多米諾體系進行了改造，提高了結構的抗力性能。拉壓復合重構在實現建筑形態和空間效果的同時，減小了柱元斷面尺寸，節省了結構材料和結構自重，增強了結構體系的抗力性能。因為有了上述預應力板的重組，新結構體系中的柱元自然而然地表現為受壓柱和受拉桿兩種形態（圖31）。經仔細研究，項目突破了傳統矩陣式柱網，采用非勻質化布局，42根柱子作為支撐垂直荷載的壓力柱，263根柱子作為平衡結構體系的拉力桿，共同完成了整個結構體系。柱元截面均為矩形，最薄的拉力構件尺寸為16mm×145mm，最厚的壓力構件尺寸為63mm×90mm[13]。通過拉壓復合，KAIT工房整體結構的抗力性能得到了極大提高。受豎向荷載時，力流通過板和受壓構件傳遞；受水平力作用時，力流通過板與受拉構件傳遞（圖32）。

另外，汶登鎮的雞蛋展覽館也是基于拉壓復合重構完成的（圖33）。展館由建筑師烏爾麗克·沙爾特納（Ulrike Schartner）和亞歷山大·漢納（Alexander Hagner）為雞蛋收藏藝術家昆斯特·艾爾（Künstler Eier）設計，給收藏品提供了最佳的觀賞角度，并釋放底層建筑空間，使建筑完全融入周邊環境之中。結構利用2根受壓鋼柱和邊緣穩定鋼索形成豎向和水平受力體系（圖34），一層樓面采用鋼構井字梁式樓板結構，將井字梁在檐部向上折曲以支撐上部結構體系，并給一層空間提供較寬闊的視野。建筑底層2根鋼柱刻意向不同角度傾斜，一定程度上為建筑增加了視覺上的動感。施工中首先建起2根鋼柱，然后在矩形四角豎起4根臨時支柱，再將樓面結構就位，建造膠合木結構檐部和屋頂，并加入索線系統穩定底層，最后撤除角點4個臨時支柱。復合后的結構體系在穩定性和剛度方面都達到甚至超越傳統結構的要求，實現功能、空間、結構的統一，是對傳統結構體系的高效改造[14]。

一體化復合采用整體式結構思維，將柱元系統與梁元、板元等相關結構構件進行整合式一體化設計，通過平衡荷載模式與力流傳遞，實現柱元的重構表現。

在倫敦希斯羅機場5號航站樓中，多個復合柱元構件支撐起46.5萬m2的候機大廳（圖35）。理查德·羅杰斯（Lichard Rogers）和阿勒普公司（Arup Assosiation）設計了復雜的組合柱元構件：以鋼管高強的抗壓能力和鋼索優越的抗拉性能，完成了對柱元的復合重構，用輕盈的結構構件實現了巨大的空間跨度。

23 高技玻璃有限公司的玻璃柱元連接構件

24 夏季學院展廳全透明界面

25 夏季學院展廳抗側向力圖解

26 紐約第五大道蘋果店

27 紐約第五大道蘋果店玻璃柱構造細部

28 紐約第五大道蘋果店柱與梁的連接構造

29 KAIT 工房室內柱元

30 KAIT 工房整體結構模型

31 KAIT 工房兩種不同作用柱的截面幾何形狀

32 KAIT 工房兩種柱在不同作用力之下的變形

33 雞蛋展覽館

34 雞蛋展覽館結構體系

35 倫敦希斯羅機場5 號航站樓

36 倫敦希斯羅機場5 號航站樓柱元的節點構造

37 倫敦希斯羅機場5 號航站樓三維Y 形柱元的組織

在這一復合柱元結構中，4根受壓構件和2根受拉桿件以復雜而精細的中部節點鉸接（圖36），結構力流的傳遞得到了更加合理的分配。當豎向荷載作用時，Y形柱上部4個枝狀受壓撐桿將屋面及梁元構件的荷載匯聚到中部鉸接節點進行轉換，再經由下部腿形支撐構件傳遞到基礎；當水平荷載作用時，鉸接節點可以有效化解構件之間的彎矩，柱元端部的受拉構件則高效發揮其平衡作用以達到結構穩定性（圖37）。建造復合柱元時，先將兩側的柱元構件就位，再將帶有索線固化的梁元體系從地面逐步抬升到復合柱元頂端并以鋼構鉸接點連接[15]。柱元在拉力和壓力構件的復合中高效地發揮了鋼材“拉”與“壓”的性能，實現了支撐構件在大跨結構體系中的復合表現。

瑞士盧森火車站候車廳的柱元系統也采用一體化的復合方式，實現了力與形的藝術表達（圖38）。在該項目中，圣地亞哥·卡拉特拉瓦（Santiago Calatrava）將鋼材的“拉”與混凝土的“壓”一體化復合：連接柱元頂板與梁元中心的索線以拉應力的形式平衡了梁元產生的彎曲應力，并將其轉換至柱梁的節點復合（圖39），豎向荷載通過內傾的混凝土構件和豎向的梭形鋼柱分散傳遞。連續的異形頂板與16根復合柱元系統相連接，增加了立面的動感，并體現了結構的邏輯美感。

38 盧森火車站候車廳

39 盧森火車站候車廳復合柱元系統

3.2 材料的復合

材料的復合表現是柱元重構表現中非常重要的一部分，設計針對各類結構材料的不同力學性能，將“拉”與“壓”復合重構，充分發揮各類材料的性能優勢，在節省材料的同時使構件邏輯更加清晰、建筑形式更加優美。鋼與混凝土的復合模式在柱元表現中尤為突出，隨著現代建筑對跨度和高度的要求不斷提升，勁型鋼筋混凝土結構的應用愈加廣泛，鋼材良好的抗拉、抗彎性能與混凝土優異的抗壓性能相結合，形成外鋼內混凝土或外混凝土內鋼的形式，可以極大提升結構效能，尤其是內鋼外混凝土的材料復合形式，可以利用外圍的混凝土保護防火性能較差的鋼材，優勢更為明顯。

伊東豐雄的多摩藝術大學圖書館就采用了外混凝土內鋼的復合形式。為了與傾斜的基地環境、周邊公園以及建筑保持協調和延續，讓視線和行為可以自由貫穿，設計師在建筑底層設計了一條穿越校園的通道，并在結構上采用了非規則型柱網配合勁型混凝土骨架體系，實現自由的建筑空間，使建筑與環境、地形相得益彰[16]。結構系統采用異形柱梁現澆工藝，形成豐富的拱形空間，混凝土包裹著腹板為16mm的異形工字鋼，實現了厚度僅為200mm的結構體系。工字鋼腹板散布50mm和150mm的孔洞，不但在最大程度上減輕結構自重，更有利于在工字鋼兩側進行混凝土現澆作業，提升其貫通性以增強材料復合的整體性和荷載的均勻分布（圖40）。拱形柱元的非規則布置帶來了更加輕盈柔美的趣味性空間體驗，穿梭于這些精心設計的拱形結構之間，可以感受到時間與空間的變幻交織。

姚仁喜設計的中鋼集團總部大廈的柱元也采用了勁型鋼筋混泥土作為結構材料。工字鋼結合現澆混凝土完成對跨度和高度的結構挑戰，表皮雙層幕墻系統由鋼結構支撐，方形體量建筑的結構系統由核心筒加外圍柱元系統組成，其中4個疊加的多面體以沿折線布置的柱元系統表現鋼與混凝土的結構和藝術魅力（圖41,42）。

同樣由伊東豐雄設計的巴塞羅那格蘭維亞會堂則以外鋼內混凝土的形式完成，遍布建筑室內的異形柱元支撐起整個會堂，形成別樣的空間體驗。柱元帶有6個凹槽，凹槽的形態結合外鋼內混凝土的復合材料截面，提高了柱元的抗壓曲性能和抗震能力（圖43），鋼作為混凝土的模板，帶來了“像森林一樣向各方延伸的異質空間”[17]。施工中先在柱點位置按照凹槽的形狀配置異形鋼筋，之后吊裝鋼柱就位，將預留的鋼筋與頂板的鋼筋網連接，當所有柱元就位后再澆筑頂板結構。

40 施工中的多摩藝術大學圖書館

41 中鋼總部42 中鋼總部柱元系統

4 結語

本文從柱元的材料建造、荷載模式、結構系統等方面對柱元形態進行了深入闡述，梳理了柱元結構、建造和材料邏輯的形態表現方式，系統總結了柱元形態設計的部分方法和策略，以期從柱元構件設計映射結構技術原理并生成邏輯關系，為建筑設計提供參考。柱元的多元化形態演繹模式隱含著內在的技術邏輯關系，重構思維為柱元的形式拓展提供了3個切入點，而如何在提升結構效能的同時實現構件形態優化則是形態拓展的落腳點。

（1）維度拓展從二維的平面形式開始，在力流的合理分配和不同節點連接邏輯的指導下，整理荷載傳遞的不同方式和形態呈現的內在聯系；三維的空間形式更有利于結構性能的發揮，空間V形、空間樹形、空間異化的方式符合技術邏輯的合理性和高效性；一體化思維的引入為柱元設計提供了整合思維的實踐，柱與梁（板）的一體化模式以內在的技術邏輯表達了柱元的流動性。

（2）體量消減為柱元的形態設計提供了視覺上的通透性和感受上的連續性：截面的消減以荷載和材料的重新配置為依據，減除荷載極小或力流傳遞路徑之外的材料，呈現出格構化的豐富表現力；基于透明的消減可以凸顯玻璃材料的透明性優勢，通過構件的合理組織達到視覺消減和空間獨特表現的目的。

（3）柱元形態復合重構的內在技術邏輯從荷載和材料的復合出發，對柱元構件進行材料再分配和力流再組織。力的復合充分發揮出柱元本身的抗壓特性，并結合具有高強抗拉性能的構件對荷載傳遞和力流組織進行重組和再配置，以高效的結構性能呈現出異質性的形態表現。材料的復合則是抽取各類材料的最佳抗力性能進行重構，以更加高效的結構邏輯得到柱元形態的表現力。

43 巴塞羅那格蘭維亞會堂鋼混凝土復合柱元分解

表1 柱元的形態拓展

圖片來源

1,2 來源于www.dezeen.com

3,4 來源于grimshaw-architects.com

5-9,10,11 來源于文獻[5]

12,13,17-19 來源于文獻[28]

14,15,26-28,38,39 來源于文獻[29]

20,21,24,25 來源于文獻[9]

22,23 來源于文獻[11]

29,30 來源于文獻[30]

33,34 來源于www.werkraum.com

35-37 來源于文獻[15]

40 來源于文獻[31]

41 來源于文獻[32]

16,31,32,42,43 作者自繪

表1作者自繪