从八个案例，看东方结构设计的自我革新

作者：胡晓劼 | 编辑：李菁琳 | 2023.01.25 22:24

此前曾在行走中的建筑学上发表两篇文章、以结构师角度观察斯卡帕之节点与佛光寺的胡晓劼，再次从自己的专业出发，于本篇中结合八个本土建筑案例，探讨中国当代结构设计的革新。

本文由作者胡晓劼授权发表，申请转载请自行联系原作者。

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从有没有，到好不好

关于西方凝视下东方结构设计自我革新的感想

文 | 胡晓劼和作结构建筑研究所

起

2004年被认为是中国建筑界的大年。四个仿佛从天而降的建筑单体在全国的报刊媒体上高频出现，它们的亮相可以被称之为西方建筑设计师对东方社会结构初次集体性凝视的总结性表达。四个建筑很快拥有了来自民间的昵称：“鸟巢”“大水滴”“水立方”和“大裤衩”。被动又温柔地，全中国接受了这四个建筑。在这次具有时代意义的东西方对话后，承担了我国计划经济时代所有基础建设的建筑设计院加速转型，将更多精力从踏实完成“有没有”转移到精心打造“好不好”，也正是在这个时间点前后，被唤作“中国第五代建筑师”中的佼佼者们陆续脱颖而出。

作为长期浸润在东方语境里的中国人，从历史文化长河中不断汲取养分的同时，积极参加的投标竞赛也拓展了他们对前沿科技的认知程度，提升了对不同需求的快速响应能力。时至今日，在政策的不断鼓励和与外资设计团队的连续交锋中，能够称职回答“好不好”叩问的本土设计作品越来越多地出现在人们面前。

一

近十年，很少有建筑可以像龙美术馆西岸馆一样受到海量的关注，见过它的人总是感叹其“伞拱”造型的优美、展览动线的宜人。2014年3月，龙美西岸馆落成。它是建筑师柳亦春职业生涯的重要作品。城市笔记人在一篇文章中提到，施工阶段开始后，他发现建筑师每晚都没怎么睡觉。这句一带而过的描述，背后蕴藏了设计师对作品完整性的不懈追求。

每一位走近龙美西岸馆的人都会被其特别的建筑形体打动。“伞拱”这种“即物即境”的呈现，不仅来自浪漫的生活体验，更来自严谨的研究和各专业配合。据设计师回忆，方案从折板、到拱、再到伞拱，经历了建筑师与工程师的深入探讨和反复尝试。第一次见到伞拱方案时，结构工程师并没有本能地提出反对，而是饶有兴趣地研究并预判结构体系可能面对的挑战。比如，带有地下室的上部空间需重新进行设计时，工程师倾向于采用框架结构；抗震规范中对于独立存在的悬臂结构的态度也趋于保守；伞拱在两个正交方向上存在过于明显的刚度差异，这对“位移角”一类控制指标是严峻的挑战。随着设计推进，在剪力墙尽量交错布置的前提下，结构工程师选择在相邻的伞拱顶部间有序布置减震阻尼器，以期完成对整体结构的刚度协调和变形控制；同时采用增加剪力墙的视觉厚度的方法，既有效提高了结构墙体的面外刚度，又避开了拆除地下一层梁柱的行为，还给机电管线留出了走线空腔。

建筑师动情地提到，大范围拆模那天，他站在现场目送模板卸下被运走，自然光影借机迅速爬上清水混凝土，顷刻布满整个空间，氛围令人动容。在后续的多次对谈中，建筑师屡次被问及“伞拱”的弧线是如何确定的。建筑墙体营造出的高耸空间使人联想到位于罗马的卡拉卡拉大浴场和哈德良离宫，但要落地的建筑设计是不能仅仅建造在感性之上的。建筑师解释，弧线的确定和诸多现实因素有关。首先要考虑施工模板是否可以被准确定位；其次，弧线段的长短直接影响结构悬挑的距离；同时，弧线段的起始位置直接决定空腔中能够承载的管线数量；最后，布展悬挂的作品的尺度和定位也与弧线起点相辅相成。

这些简单直接的工程解释，有力佐证了“美”与“合理”的近旁关系，他们是蕴藏在“即物即境”之中的客观法则。

二

龙美西岸馆落地的时间也是上海城市更新进入“加速跑”的时间。如何快速回应城市需求，在传统和现代之间寻找平衡，位于上海市永嘉路309弄的口袋广场设计提供了一个合适的案例。建筑师庄慎带领的团队用具有画面感和戏剧感、一个四面围合的长方形围廊，打造出一个具有古代中国叙事风格的“院子”。

在设计围廊结构的过程中，设计师将权重给予人体更敏感的元素，如阳光、木材、座位等。材料层面，设计师选取“钢-木”组合作为建筑空间和结构逻辑的原点。带有纤细钢拉杆的T型框架塑造出进深方向的主受力几何形，再辅以“屋面板-木檩条-屋面垫板-金属直立锁边”构成的完整屋面，将主受力框架们稳健的连接在一起，完整的围廊结构体系出现了。具体到结构层面。T型框架的悬挑方向，是层层递进的叠涩木方通，这种做法在视觉上生成了“重”；纤细钢拉杆布置在悬挑后端，和两片并置的0.8厘米厚的长钢板一同出现在叠涩梁中后部，相对于“重”的体验，给出了“轻”的回应。一轻一重的刻意并置，极大提升了空间的戏剧张力。

开放并投入使用后，每天光临口袋广场的市民络绎不绝。有带着宠物晒太阳的狗友猫友，有练拳击的伙伴，有饭后散步的三俩老人。点一杯咖啡坐在廊下，我回想起曾应朋友之约在东山某栋老宅喝茶的经历。当时约莫下午四点，围坐长桌的众人陆续放下手中的茶杯，有人提议当日的闲谈到此为止。走之前，主人电话茶室外的管家取橘子来分给众人。将近五点的斜阳下，坐在长桌尽头的我望向窗外，见一位女性双手提着小箱子，拾级走入长廊，从我的左侧漫步到右侧；行至拐角处，转九十度继续向前；到下一个转折处再转九十度，又从我的右侧移步至左侧，最后出现在茶室的门口。目睹一连串的简单动作，我有种正在观看侯孝贤电影的错觉。也是在这一次，我对古代建筑空间营造的戏剧氛围产生了最初的凝视和遐想。回到口袋公园，众人坐在廊下环顾四周，身前身后的行人或猫狗陆续经过，他们又何尝不是彼此眼中正在“表演”的陌生人呢？作为每日进行力学逻辑演算的设计师，我明白两点之间直线最短、效率最高。但当陌生人沿着敞廊的既定路线由远及近时，我看到饱含古法韵味的传统空间轻轻投影在了当代市民生活之中。

三

2018年底竣工的白莲泾M2游艇码头，也是一个具有代表性的城市更新案例。它位于曾经的上海世博会展区。改造成游艇码头时，项目遇到三个情况，一是规划要求其继续做好景观编织的作用；二是景观带来的覆土使得整个设计成为覆土建筑；三是情况一和二导致候船功能放到下层之后，上覆重载的下部空间需要尽量提供开阔的休憩场所。三个情况的叠加，使项目的关键设计问题凸显出来：如何在压低净高的前提下，既能满足结构承载覆土荷载的需求，又能满足作为候船区域的功能属性。

最后被确定的结构体系是“连续混凝土壳屋盖-钢拉索框架-屈曲约束支撑”。厚度200毫米的混凝土连续拱和直径180毫米的梭形柱不仅征服了建筑师，也获得了各方赞誉。

建筑师撰文对“拱”这种结构类型进行历史溯源时提到：拱的使用在建筑史上屡见不鲜，在西方建筑体系中，最早可上溯至古罗马时期。读到此，同时作为读者和设计师的我不禁要问：东方语境中的“拱”又在哪里？

事实上，中国古人很早就对“跨越”这个动作产生了浓厚兴趣并付诸实践。大尺度跨越的代表是赵州桥，它是我们脑海中最先出现以“拱”之形体实现跨越河流的具体形象。小尺度方面，藻井作为一种特殊的形制，是小体量“拱”的另一种具象表现。古代匠人以小木作之法，由简至繁，终于使其发展成古建筑体系中相对特殊的装饰性构件。在宁波慈城抱珠楼的改造设计中，建筑师王灏采用藻井的意向，以当代结构的叙事方式将一个螺旋穹顶赋予藏书楼。这是一次很有意义的尝试。经历时间冲刷的藻井早已将“实用”二字剔除出了小木作的字典，而这一次，它将在结构工程师合理布置拉压杆件的基础上，跨越12米的空间，实现当代意义下的重构。

从传统造型出发，建筑师和结构工程师以搭建穹顶的径向构件为结构设计起点，等分屋面为20份，又在屋顶中心设置一个闭合的环形结构构件，与所有径向构件相交。至此，穹顶结构的原型出现了。为回应藻井在小木作层面的积木形象，使构件以叠涩之姿增加穹顶的丰富性，建筑师和结构工程师将沿径向划分穹顶的木梁离散成多个独立的“积木”。这些“积木”如何高效传递弯矩和轴力，又如何协同控制屋面的形变，成为重要的问题。

在自重和屋面附加荷载的共同作用下，一系列“积木”构成的阶梯型梁，因有效截面明显减小，会出现跨中下弯端部上翘、进而将顶部的闭合环形构件高高顶起的现象。仅靠盲目增加顶部构件重量试图抵消形变，从而让径向构件回到原位又是不切实际的。于是结构工程师在多个合适的标高处设置了闭合钢拉杆。闭合后的杆件内拉力可以在一定程度上抵消阶梯梁向外的推力。它们就像举重运动员的腰带，强有力的约束屋面杆件在面外方向上的无序扩大。调节每一根闭合拉杆内的拉力，能起到协调同一径向构件变形的作用，使全部径向构件受力后的形态，相对于最初形态的偏移回到可控范围内。

完成上述步骤后，屋顶还面临最后一个问题，即变形可能导致的整体或局部失稳。中国古代建筑中的木构藻井尺度偏小，小木构件堆叠繁复，使得一个相对较小的空间获得了一个相对较大的冗余度，这么做是相对安全的。但是，抱珠楼拥有12米的穹顶，几倍的尺度差异，意味着失稳可能性变得极大。为应对这个随机产生又真实存在的概率问题，结构工程师采用增加侧向支撑的方法进行回应。错位、同时又错层的木构件在不同标高处首尾相连、有序攀升，既解决了可能的失稳问题，又在几何层面与螺旋藻井的视觉形态达到协调。

抱珠楼穹顶的最终呈现，建筑师表示其“既不完全现代，也不完全古代，而是介于二者之间”，结构工程师则浪漫地将这一类结构系统总结为“拉力海洋之中的受压孤岛”。古今结合的特征最大限度反应在离散的构件中，也侧面印证了我国古代匠人已经能将实际的力学走势，浪漫地模糊在具有纪念意义的空间内。这是设计师们数次凝视历史后的感悟，是找形层面“势”的表达。

四

2018年的China House Vision展览中，建筑师柳亦春展示了另一种更为极致的结构之“势”。在临时实验性的空间中，建筑师使用从中国古代建筑要素中提炼出亼、屮、囗，分别对应屋顶、梁柱/支撑、基座/围墙，演绎出充满古远意蕴的当代空间。这次尝试在抽象层面走得更远，它吸引了无数路人和媒体的眼光，尤其是陌生又熟悉的屋面找形。它的材料是如此的当代，它的形制又是如此的传统。

建筑布局借鉴了中国古代建筑中的金箱斗底槽，用双层立柱暧昧地区分室内外空间。室内空间顶上的屋面较高，呈坡状由高到低；屋面进入室外空间后又明显趋于平缓，最终在外圈柱边停住，视觉上勾勒出一个矩形平面。结构工程师需要为这个视觉上极薄的屋面建构出一个合理的逻辑体系。

屋面的曲率在室内柱廊和室外柱廊范围内不同，这种特征正好为不同受力模式提供机会。结构工程师抓住这个特征，进行几何找形的“弱介入”。室内柱廊对应的屋面，曲率相对较大，更多的需要应对壳体内的轴力实现大跨度；而室外柱廊对应的屋面，因为相对平坦，则更适合凭借板自身的抗弯能力实现小跨度空间。思考清楚这一点，结构创新水到渠成。

同样具有借“势”找形巧思的设计，是南京师范附属小学的桃李亭。亭子位于校园靠近街道的一侧。建筑师采用全钢结构进行搭建，期望通过钢结构自身所带有的轻薄属性来衬托愉快的休闲氛围，也尽可能在限定场地里留出更多的使用空间。作为回应，结构工程师从轻薄入手，选择6毫米厚度的钢板，和建筑师一起采用重力模拟的方法，拟合出一连串的悬垂板。柱间的折板走势趋于悬链线，在钢柱之间自然形成刚度，主动成为屋面连续悬垂板的钢板肋。悬链线形态的钢板肋和其两端的钢柱，完成了框架的建构。

于更大尺度借“势”找形、基于“悬垂”逻辑建造的项目是南京园博园丽笙精选酒店大堂入口处的悬垂雨棚。从尺度上讲，13米的悬挑距离已经暗示这一片曲面无法从均质的角度入手来解决问题；但从材料和尺寸出发，建筑师拟采用沿悬挑方向布置椽子系统，又在不经意间指向了“悬链受力”的解决方案。

经过讨论，结构工程师以“悬索-椽子”为原点建构结构体系。悬链端部的酒店空间为拉索提供稳固的基础，考虑到风吸-风压时可能出现的屋面上下不利振动，曲线底口处的配重也加入这场找形演出；“巧合”的是，可以人为调节的配重大小又能一举两得的与悬索携手拟合出相对硬朗的屋面檐口曲线，这给建筑通过改变檩条端部定位从而调节曲线的“性格”提供了更大空间。

空间异形曲面给椽子的布置提出了难题，如果转角位置因为过度不够自然而出现碰撞，既难以满足结构层面的传力，也无法完成建筑层面的建构。结构工程师拟人的将一定的“弹性”赋予每一根椽子，当椽子沿着既定路线在计算中规律流动时，集体的互斥和互吸，给出了相对均匀且具有韵律的排列结果。由最基本的自然定律出发而得到的结果，与酒店所在的自然场地产生了意外的呼应。

五

借“势”的结构设计方法是一种相对“主动”的设计策略，这种设计方式对投资成本和工艺成熟度都有着较高要求。但是我国幅员辽阔，并不是所有地方都能如京沪等地有机会进行“高技”的讨论和实践。更多的需求来自于“有没有”的发问。业主希望基于有限成本和当地工艺，也能做出可以同“好不好”一较高下的作品。

位于上虞的上棉记忆影像馆就是这么一个项目。基于成本控制的初衷，业主确定采用混凝土为主的材料进行设计。结构工程师介入时，一个带有坡屋面的方盒子已经被确认为项目推进的大方向。建筑师对于光影和空间有独到的见解，他主张打开博物馆的四角，让光影能最大限度停留在空间里。但在结构工程师看来，从抗震角度讲，四角打开的建筑具有先天缺陷，具体的表现是整个结构的抗扭转能力很弱。结构工程师更偏好将“健硕”的墙柱布置在平面的外周。就像牵手跳舞的情侣，两人四手互牵，拉开间距，身体随着音乐律动，再疯狂的节奏他们也跟得上。

全盘考察建筑布置发现，建筑师将两片高度从基础到首层顶板、长约9米的剪力墙置于平面长方向的尽端。剪力墙中间等距布置混凝土束柱，四颗一组，再由束柱从一层和二层两个标高向四周悬挑，四角不落柱的首层和二层的使用区域便大致勾勒完成。二层以上是斜屋面。在斜屋面将近三米的高差范围内的两个方向，建筑师“反结构”地选择用混凝土深梁和变截面梁填满整个区域。这么一来，短向剖面出现几个连续梯形，长向剖面出现两个长矩形。站在二层抬头看，建筑空间似乎是从石头中雕刻而来的。位于一层和二层悬挑的尽端，设计师又一次“反结构”地在封边梁顶部设置了超过2米高度的混凝土“隔墙”。“反结构”手法的直接后果，是在一层与二层、二层与屋面之间制造出两圈闭合的水平通缝。像效果图中模拟的那样，白日的阳光见着机会，悄悄探身入房，在混凝土空间内画出别致的几何形阴影。

建筑师的两次“反结构”手法，直接导致整体结构在抗扭转层面存在明显缺陷。和两人四手相牵跳舞相反，男女舞者在这个项目上贴面跳起了探戈。如果女方的大腿不够强健，或者男方的核心肌肉不够壮硕，这支舞蹈的演出效果是要打折扣的。为解决结构抗扭转这个根本性问题，首先，结构工程师利用平面两端的混凝土楼梯，将二层端部的剪力墙与相邻的梁板连接，同时考虑到混凝土楼梯的底部与首层靠近剪力墙的束柱以及梁板浇筑为一体，首层和二层的端部便被“强”连接在同一个楼梯的两端，这使得一、二层的扭转问题得到解决。其次，在撑至屋顶的束柱之间，以及斜屋面的短悬挑方向，存在过多的混凝土结构，“头重脚轻”成为抗扭转问题的具体原因。基于减重和控制变形两个出发点，结构工程师选择将第一和第三组束柱靠剪力墙一侧原本的开敞空间封闭成一堵窄墙，用来控制结构的端部扭转；同时减少屋面两个方向的混凝土使用量——减少框架梁高度、采用局部下挂达到同样建筑要求。这两个措施使得全楼的扭转问题得到具体解决。

在建筑方案已定的前提下进行结构层面的“弱介入”存在一定的难度。只要抓住结构体系中最基本的几项指标进行考察，巧妙运用已有功能空间的梁-墙-柱关系，借“势”设计也是可以发挥出来的。

果

回首过去20年中国本土建筑师的作品，中国建筑的传承和再出发一直在默默进行着。于1950年代被提出、先辈们念念不忘的“中国性”的问题，在半个多世纪后的今天，陆续得到了各种回响。中国建筑师不再困于某种做法或者某个形式，而是将更多精力用于在更广城市尺度中解决使用功能、营造合理氛围，以及讨论建筑本体。正是基于此，结构设计的自我革新也有了新的思路和新的表现，“弱”介入和借“势”设计成为部分结构工程师的设计哲学。

2017年11月5日的夕阳下，一行中国建筑师于佛光寺东大殿的平台上眺望远方。带头的学者缓缓吟诵《发现佛光寺》，起伏的音韵穿行在风中的松海之间。中国建筑的此时此刻，恰如彼时彼刻，古典浪漫，又充满生机。

参考文献：

[1]城市笔记人，城市笔记之20：浇筑进西岸龙美术馆里的日日夜夜，2014

[2]冯路、柳亦春，关于西岸龙美术馆形式与空间的对谈，2014

[3]柳亦春，介入场所的结构——龙美术馆西岸馆的设计思考，2014

[4]章明、袁烽、柳亦春，龙美术馆西岸馆的建造与思辨——章明、袁烽与柳亦春对谈，2014

[5]奥山信一、柳亦春，与奥山信一的对话：有关龙美术馆的建筑学讨论，2016

[6]江嘉玮、王灏，“家乡建筑学”实践——对话建筑师王灏，2019

[7]庄慎，城市社区开放空间的私密感和领域感——上海永嘉路309弄口袋广场设计策略，2020

[8]袁烽、傅嘉言，谭边望崖屋翼展，一树成木独柱开——南京丽笙精选度假酒店设计随想，2022

[9]王灏，木构创新与空间传承——从抱珠楼谈起，2022

[10]张准、王灏、陈学剑，抱珠楼之螺旋穹顶结构设计后记，2022