张准：回到力学的本质 | 有方讲座51场实录

4月15日晚，由和作结构建筑研究所联合创始人张准带来的线上讲座“感受·结构·线索”，在有方Bilibili直播间开讲。这是有方本年度第二场线上讲座，张准也是首位在有方开讲的结构工程师。

伴随着主讲人对“结构工程”的介绍，从结构角度解析8组令人印象深刻的建筑作品，再深入至以5个案例分享对结构设计的思考、与建筑师配合的全过程；不仅直播间里接连出现“干货满满”“非常实用”“感觉从结构的角度又重新认识了一遍建筑”等评论，连朋友圈里的建筑师们，也纷纷晒出组队听讲的（线下）画面。

以下为本场讲座“视频+文字”演讲实录，推荐收藏。

什么是结构工程？

今天讲座的题目叫“感受·结构·线索”，这可以说是三件事，也可以是一件，中间最核心的是结构。我是结构工程师，所以一开始我想先对自己平时在做什么、怎么理解结构，来做一些说明。

结构工程或结构师在做的事情，被认为经常需要与力学计算表格等非常数据性的东西打交道。这个确实是这样。结构工程师经常需要处理繁杂的事务性计算及绘图，容易给人留下一种刻板印象：什么事情都必须以数据说话。又因为需要经常去工地，接触又土又木的东西；在大学里（结构专业）也被归入土木工程系，上学时就经常自嘲，说我们学的东西是又土又木的。

实际上结构并不是这么一个单纯的状态，结构也可以做很多其他事情。虽然我们平时在做的很多事情只能说是结构工程，并不能以此代表结构和结构设计。

如果把结构设计的需求，类比人的需求，可以分成几个层级，最基本的是技术上可建造。确保在现有的技术能力下可以被建造，下一步就是保障其安全，结构工程内部说法叫可靠性，因为并没有绝对的安全。可靠性之上是效率，包括如何节省材料，使结构构件尺寸和结构构型具有更高力学效率；以及经济效率，因为一个项目的可实现性最终会回归到经济性上。效率之上再被谈论的，在结构工程专业内相对较少。但近些年来，结构与建筑慢慢被作为整体关注，结构也重视起跟建筑相关的一些东西，比如说美，会出现“结构的美，在合理的近旁”“结构的美，也是建筑的美”等结合建筑思考的说法。

美之上是否还有更深层次的需求，我觉得在设计过程中可以去挖掘。这些（更深层次的）需求可能会成为我们在结构设计中的一个出发点。或者说，以此发现一些特殊的结构，为结构设计本身寻找到一些新的意义。

在实践中，很少直接触及最顶部层级的内容。这种缺失，与设计过程中建筑跟结构长期分离也有些许关系。如果回溯建筑与结构，最初只有“建造庇护所”这个议题，并不区分建筑师与结构师。随着产业革命及各学科分工细化，工程师跟建筑师分离成了两部分。工程师往后又慢慢细分出结构工程师与设备工程师，结构工程师里面可能有做建筑的、桥梁的，即使做建筑的也有不同方向。这样就把我们平时在做的事情无限地细分再细分；到了最后，可能我们在讨论一件事情时，已经离最初“建造庇护所”的原初目的非常远。

在讨论非常细枝末节的问题时，容易陷入局部性思维，所以有时候结构工程师与建筑师之间难以产生良好的对话关系。这是双方都比较苦恼的事情。在实践过程中，如果要跟建筑师达到良好沟通，我认为结构工程师要做一个回溯性工作。比如讨论高层钢结构抗风问题，也要沿着这条线一路返回至最初“建造庇护所”的目的，寻找一个合适的语境与建筑师沟通，找到双方共同的价值。

除了历史背景的回溯，也有学科内部对结构理解的回溯。平时我们更多讨论建筑结构工程的狭义问题，但结构其实是一个很泛化的概念。大概可分为这么几类：一类是自然规则控制的结构。比如数学中产生的数学结构，流体中产生的湍流结构，平板振动中产生的模式。这些是自然规律本身产生的现象，我们要做的是去理解它们，然后以一种结构的方式或语言去解释它们。这些结构相对客观，我们没办法改变，只能想办法利用。

另一类则相反，是主观生发的结构，比如绘画中的构图，音乐中的旋律，还有雕塑中的创作。这些里面也都暗含结构。这些结构是人主观意识营造出来的规律，以这些规律编织成结构，去表达自己的情感或概念。这些结构也很重要。

除了这些，我觉得还有第三类结构。这类结构跟我们平时在做的结构设计相对来说更接近——自然演化的结构。它们一方面要遵循自然规律，必须是在我们生活的世界的规律基础上才能成立；另一方面是在经历演化过程。设计过程也类似。从设计开始到结束，外部条件不断变化，我们的想法也会变化，设计过程也随着变化而变化。这种变化就类似自然演化的过程。对结构设计，或者结构与建筑之间的配合而言，也是一件非常有意思的事情。往往有趣的想法就是在演化过程中出现的。

万物皆结构

在这种角度下对结构会出现一种理解：万物皆结构（Everything is structured）。即以一种结构化的思维方式，去理解我们所看到的东西；同时又把理解后的结构，贯彻到我们想做的事情上。这是对结构进行回溯以后，出现的一个比较重要的想法，对我的设计也有些影响。既然提到万物皆结构，那如何以结构化的想法，去看待我们平时见到的设计？下面我想举几组例子。

KAIT工坊

鲍姆舒伦韦格火葬场

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这一组项目在空间结构编排上很类似，都是通过立柱的疏密关系形成空间的关系。人进入空间以后，自然会因为空间的疏密关系，产生不同的使用方式。这两个结构在力学想法、力学布置上有类似之处，但如果细挖具体结构设计，可能又会有不同。工坊的核心结构研究在于如何把柱子做细；火葬场在研究柱子和屋顶的节点，做出悬浮感。所以同样思路下对应不同结构议题，也可以生产出不同内容。当然这种不同也与两个建筑的使用功能相关：火葬场需要有比较肃穆的感觉，所以选择粗壮的混凝土柱；给学生使用的工坊，需要轻快的感觉，所以选择轻盈的钢柱。

斯图加特机场

巴塞罗那圣卡特琳娜市场

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第二组项目的柱子都是树形柱。斯图加特机场的树形柱，力学概念非常清晰，是一个工程师乐于去实现的，规则、以轴力为主、关系直来直去的结构。圣卡特琳娜市场的树形柱，已经超出传统树形柱的概念。每一根柱子都歪歪扭扭地支撑着屋面。结构工程师看到这种情况会觉得有些难过，因为柱子被弯了后，都要通过抗弯去解决原本需要承担的轴向力。它的受力效率和设计过程都会变得不那么顺手。

但这两个项目之所以这么做，跟它们的使用功能、想通过树形柱营造出来的感觉密切相关。机场是一个人短暂停留、直来直去的空间，用一个紧张的以轴力为主的结构，与快速通过的空间在内在感受上可以很好地契合。菜市场作为一个市井化的场所，懒散的柱形及立面上装饰性的构件，都给人一种漫不经心的感觉。这种感觉跟建筑的使用功能，人到了这个场所以后的心情有一种很好的衔接。这种情况下，就不能完全以结构、力学的效率或受力方式去评判这两个树形柱孰优孰劣，它们各自都有一些更深层的原因。

日本工学院剑道馆

拳击馆

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这是同一个建筑师做的两个项目。虽然都是木结构，却用了完全不同的两种结构设计策略。剑道馆是一个以轴力为主的变异型桁架，拳击馆是以抗弯为主形成的一个叠涩屋架。从建筑师对这两个项目的表达来说，剑道是一项精准的运动，建筑主要表达一种纤细、精准、灵性的感觉，所以在屋顶上通过轴力性细小构件进行了表达。拳击是一项硬碰硬、以力量见长、纯粹性抵抗的运动，所以用弯曲受力、相对来说粗狂、不那么直接的力学系统，也很好地表达了建筑师对这个运动的理解。就是把结构隐含的力学问题，转变成一种感受上的东西。

丝带教堂

日晖港桥

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第四组项目虽然是一个是桥一个是房子，但结构之间也有类似内在联系——都把结构跟使用功能、动态流线进行了很好的结合。丝带教堂，双螺旋结构让一对新人在坡道上行走、相遇、分开，最终抵达屋顶平台。类比恋爱过程中双方分分合合，最终走到一起。日晖港桥，平面做成Y字形，分叉也与场地上三个点之间最短通行流线有关系——整合了人的流线与结构的形态。具体如何实现这种整合，背后也蕴藏了很多精细的结构化设计。

素瓷娃娃画廊

2002年蛇形画廊展亭

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两个项目均利用空间错位营造出超现实感与悬浮感。一个是平面上的结构错位，一个是立面上的结构错位。这里面有结构的障眼法，又有结构的巧妙布置。它们并不是把一个单纯的结构概念一路做到底，而是通过若干种设计方法，最终营造出结构上的感觉。它们也没有刻意隐藏结构，我们看到的都是结构本身。

波日桥

川杨河步行桥

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从力学受力系统上看，两座桥都是悬臂为原型——两侧通过一个很强壮的墩向前出挑，然后再用很轻的一段搭在桥跨中的位置。虽说一个是铰接的一个是连续的，但最开始形态对应的受力想法是一样的。这个想法可以让建造过程变得相对轻松。同时，即使是同一个力学概念，应用在不同地块与环境中，也要采用不同力学表达方式。波日桥周围自然环境比较重要，也受限于建造条件，因此选择用木材与抗弯方式，一层一层叠涩而成。而一个城市里现代的桥梁，就直接以一个钢结构桁架的方式来实现。

GIG Administration Building

National Library of Argentina

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还有一些结构，已经完全超出跟结构直接受力相关的范畴。比如说在一些解构主义、粗野主义的建筑表现中，虽然有很多结构构件参与受力，是重要的主结构，但又有一些顺势衍发出来的附属性、装饰性结构。从结构角度来说，它们之间并没有一个直接的、力学性的理性表达，而掺杂了很多艺术性表达。这类型项目里，我觉得结构更像是绘画中的笔触，是建筑师表达艺术感的工具。结构没有必要去排斥这些工具化的作用，因为项目最终实现了一个很好的效果，同样能够展现人类对于世界的改变以及理解。

花山第3住宅

上原弯道的住宅

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最后是我很喜欢的，筱原一男两个很小的房子。在这两个房子里出现了，从结构工程师的角度来说，跟房子尺度完全不匹配的大型结构构件，而且直接就横在了房间中。虽然这些构件对于支撑起房子，确实起到了必要的结构作用。但跟我们以往用一个简单的框架去处理，有很大的差异性。在这里，结构构件已经不仅仅作为结构支撑，它在支撑起这个房子的同时，还有一种精神性的东西在里面。这是我个人的感受：感觉自己已不再身在房子里，这些巨型结构构件已蔓延至房子之外。这个世界本就由若干巨型结构构件支撑起来，其中划出这么一个小小的空间，我呆在这个空间里，就会产生强烈的仪式感或者庇护感。在这种房子中，结构带给你的更多是一些精神上的东西。

感受与线索

除了基本力学分析之外，我们其实并不需要一上来就对结构做非常理性的感知。当我在看到一个结构的时候，我更倾向于用一种直觉性去感受。这不是说我要放弃理性的部分，而是以最开始的感受作为基础，以便与建筑之间进行良好的沟通。这种感受更多应该算是一种经验，或者说是以往经历对我所产生的影响，进而再去影响我对结构设计和力学需求的一些判断。同时我也希望这种对结构的感受，最终能够变成设计的线索。这个线索是与建筑师共同寻找的，看结构是否能在项目中找到一个良好的位置，作为设计过程中的脉络之一。

接下来我想结合几个参与的项目，讲讲设计过程中的小故事，把其中结合建筑的思考，以及跟建筑师的配合过程做一个展现。

边园

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项目位于上海黄浦江边，这里以前是杨浦区工业地带，江边有很多工厂和发电厂。平台以前是一个运煤码头/江边堆场——煤从江上运来后临时堆放的地方。远处的烟囱，那里是一个电厂，煤为电厂服务；后来电厂停运，平台也就没有继续堆放煤的需求了。

通过项目之前作为煤码头时的剖面图，可以看到平台与江水之间通过高桩支撑，之前上面应该还有一个钢结构做的干煤棚，现已拆除不见。为防止煤堆积的时候散开，前后还各有一个挡墙。前面临江的挡墙已经被拆除，现场遗留的只有红圈里靠后的挡墙。

这个地方被荒废了很久。建筑师发现后，认为它作为一个工业遗址很有潜力再利用起来，想将其改造成江边一处能让人停留、观赏、游憩的场所。挡墙与后面的防汛墙之间长了很多野树，有很强的野趣，所以想把后面改造成一处庭院。

结构比较关注的，首先是这片墙是否还安全？本身的承载能力是否可以继续使用？同时也调查了墙和下方平台是如何连接的。调查发现，平台并不是通长的状态，因为结构上需要设缝去释放温度变形，防止因热胀冷缩造成开裂。这条红色的虚线（上图）把墙基和平台都断成了两段。建筑师想在墙上搭建一个钢结构平台跨过伸缩缝；对于结构而言，最简单的处理方式就是拆除较短的一段墙，回避处理缝的问题。但考虑到建筑比例，以及辅助性功能用房的需求，拆墙不太可行。所以结构要想办法去跨越这条缝。这是很重要的事情，不能因为新建结构而约束热胀冷缩的伸缩缝。

结构检测表明，墙的强度可以经受住这次改造。因为上面新搭了一个轻质的钢结构房子，而上海夏季会受到台风影响，轻薄的钢结构对抗风比较敏感，临江位置风又比较大，所以对抗风问题也需要特别研究。

从剖面上来看，新建廊子在墙临江一侧，上设倾斜屋面。建筑师希望立柱尽量纤细化，形成抽象的感觉；因此结构受力上就要考虑如何规划力学系统，使得立柱有条件做细。做细会带来稳定性上的问题，细长柱承受一定压力的时候，容易发生屈曲；所以先调整了屋面尺寸，增大背江一侧屋檐的出挑距离。在重力作用下，屋面就有一个向后翻转的趋势。这个向后翻转的趋势正好借用临江一侧很细长的立柱把它拉住，这样第一个问题就解决了。柱子从受压变成受拉，就有条件做细了。

紧接着是风的问题。风若从临江一侧吹来，对倾斜屋面有一个上掀的趋势，会让前排立柱进一步受拉，但只要满足抗拉强度要求，就不需要担心稳定性问题。我们也做了流体计算，可以看到风从屋檐上穿过去，使屋顶产生了一个逆时针旋转趋势；另一方面，屋顶与墙之间因采光需求留了一道缝，这道缝可以把一部分风透出去，对减少屋顶过多向后翻转起到很好作用。

风若从背江一侧吹来，情况就完全不一样了。这种向下倾斜的屋面很容易兜风，屋顶容易向前旋转，这样纤细立柱就可能从受拉又变成受压，如果抗压没有处理好就会造成立柱失稳。最简单的处理方法是做一个拉索之类的结构构件，把屋檐拉住。但这个方式对人与后方庭院的关系来说不是特别好，所以还是想其他办法去解决这个问题。

研究中注意到庭院背侧有一片遗留的防汛墙，可能会有一定挡风作用，保护倾斜的屋面。但这片墙比较矮，还需要去验证它能否能起到我们想的作用（庭院里还有很多树，也能起到挡风作用）。所以我们对反向的风也做了一个流体计算，发现防汛墙的高度刚好能够满足让风跨越防汛墙，然后从倾斜的屋面上溜过去。这样的话就不用担心风从屋檐下穿过而产生上掀力。也就是说这一片矮墙的存在保障了屋顶的安全。在这样的语境下，建筑师也提到，当他了解到这片墙不仅起到围合后面庭院的作用，同时也是挡风的装置，这片墙的意义就已经发生了改变。每次看到这片墙时产生的心理感受，就会有些许不同。

接下来就是码头分缝的问题。最简单的办法是像桥一样跨过去，最直接也最有效。但如何让跨越的“桥”既能适应码头前后伸缩的关系，相对自由，又能保证新建结构在面外的抗倾覆能力？我们设计了一个比较特殊的节点——首先新做的平台并不是靠原有混凝土墙支撑，而是墙后面做了一根钢柱，钢柱支撑平台。钢柱面外的抗倾覆是通过一个特殊节点握在原有混凝土墙上，将面外抗倾覆交还给原有的混凝土挡墙。这张图上可以看到，前面有一个钢结构的包裹，握住了原有剪力墙的端头，使结构稳定性得到保证。同时在顺墙方向没有做完全刚性的连接，还可以释放一些轴向的变形。

同时我们把跨越缝的一根梁，翻到了平台上，把梁高人为设计成座椅的高度。可以看到工人坐在梁上休息。这时候梁也就不再是一个单纯的结构梁了，同时还在空间里起到了休息座椅的功能。

完工之后，当人在亭子里行走时会看到这么一个座椅，使用者可能不会直接理解座椅在结构上的作用——它实际上通过一个巧妙的结构设计，避免了在平台下产生附加结构构件。

另一方面，新结构跟老墙之间会涉及很多连接问题。这是一个很小型的项目，人在使用过程中需要跟结构亲密接触；如果看到大量人为后加的连接件，对这么一个精巧的项目来说就是视觉上的破坏。所以我们把所有连接螺栓都做了隐藏性处理。实际结构的楼承板通过一个钢板外加上翻的反肋来实现，连接性的化学螺栓以及对拉螺栓都藏在反肋的高度范围内。最终浇完混凝土地坪以后，所有的连接件就看不到了。

这是完整的效果：可以看到通过前面的结构设计，没有让屋檐后侧产生附加的拉索，景观效果因此更加连续，形成很好的庭院围合感。

上海艺仓美术馆

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第二个项目也是跟大舍合作的，同样在黄浦江边，同样是个改造项目。刚才那个是储煤的平台，这个是储煤的筒仓。下图是改造前的状况，一个混凝土框架，里面有八个混凝土筒仓。煤通过一个传送带输送到上面的分离厂房，放入煤仓；使用的时候，从下面的煤漏斗再运出来。

除筒仓外，还有一个运煤的传送带。左边这个桁架做成的坡道就是之前的传送带。

因为改造后作为美术馆使用，需要扩大面积。但是建筑有限高要求，因此只能在平面上进行发展。建筑师的方案是将楼层变成错落的体块，沿着原结构外侧扩展。对于在原有框架外怎么再去加结构，有很多种方案。但对于这个项目来说，除了结构安全性问题，还涉及到一个建造性问题——项目施工跟设计周期都比较短，基本上是当年二、三月的时候开始设计，十月就需要完工及投入使用。所以在设计过程中，结构也需要考虑如何优化施工流程，同时还要满足建筑的使用功能以及美学上的各种需求。

建筑师对于结构设计还有一个比较重要的要求：希望新老结构在感受上有一种很明确的分离度，能够体现出新老结构的对话关系。

增加这个外侧体量的结构，最简单的办法是在外侧直接做基础和立柱。因为项目在江边，是一个通过高桩平台支撑的框架结构。从我们拿到的资料来说，高桩承台有一些基础可能已经在江的水位线内部了。若通过基础大开挖的方式去新做基础，相对来说比较麻烦，还可能涉及到一些水工上的问题。项目周边场地又比较狭小，考虑到快速施工，新做基础的方案并不是很合适。

我们也注意到，这里之前是一个装煤的筒仓，基础本身承载能力非常高。之前装煤的荷载完全可以和新建结构的荷载平衡，基础本身没有必要加固，其实就已经省去很多场地作业。既然避免了基础施工，那我们就考虑如何把新结构直接跟老结构做连接。最简单的办法就是从原有结构直接做悬挑。虽然新增梁的截面会变大，但并不是没有实现的可能。这个方案的缺点一是原有混凝土结构的状态并不是很好，直接做悬挑，安全性上会有一些不可靠因素；二是悬挑梁的尺寸会比较大，后期对机电专业装管线可能不是那么友好。

当时也考虑过另一种方案：通过一个斜柱转换到原有基础上，楼上还是采用直柱加新做钢梁的方案。这样结构尺寸也能控制，连接也相对可靠。建筑师也对这个方案进行了一些研究，后来发现这些斜柱跟一层空间的使用关系，还有入口之间的关系并不是很友好，所以还是希望结构能够寻找一些其他答案。

这时候，我们反而把注意力转移到原有建筑顶层大空间的需求上，原有框架结构顶层本身是一个大空间，在改造之后上面要新增一个大跨屋面，而且还是一个上人屋面。也就是说，不管如何去添加周边的结构系统，屋顶都需要做一个比较强的结构。一开始考虑是钢梁，但如果借用建筑立面的尺寸把它进一步放大，变成一个钢桁架，同时利用钢桁架两侧出挑的距离，下挂一根拉杆，也可以把下面所有出挑的楼层全都悬挂住。

这样各楼层的钢梁和原有混凝土结构之间就不需要做复杂的悬挑连接，可以做简单铰接。同时，一层也不会出现新增的竖向构件。这样建筑对使用的需求，以及结构减少后新老连接的问题都一次性解决了。这个连接方式也正好让屋顶大跨区域两端出挑位置，产生一个向下的荷载，对于平衡跨中弯矩也起到一定作用。最终跟建筑师商量，就采用了这个方案。

立面交叉的这些细杆就是从屋面下挂的钢吊杆。最开始想把钢吊杆跟立面幕墙做结合，所以设计的都是直的单根吊杆。但使用方担心可能有一些刻意破坏或意外，会造成杆的断裂。虽说设计过程中已经于每根杆的承载力都做了很多倍的安全预留，但对于结构心理上的感受，也很有必要谨慎考虑，所以我们把单根的索替换成同位置的两根索。这样即使有一根断了，另外一根可作为保险备用。但变成两根索以后，又很难跟幕墙立柱产生直接的对应关系。结构对于这么一个方案的延伸思考，是不是可以把两根索变成交叉的形式？对于交叉型拉杆，一根索断裂以后其受力传导路径会变得更加多样，对提高整个结构安全性有更多帮助，比平行的双拉杆更具优势。另一方面交叉网格结构使整体结构的抗扭能力得到提高，因为建筑在外侧加建后，在地震作用下还是有一些扭转的可能性。变为交叉索之后，这个问题也同步得到解决。

对于结构师来说，这些都是力学的思考。建筑师看到这个方案，也很愉快地接受了提议。因为交叉形式跟钢桁架立面形式产生了很好的对话关系，但又不是单纯为了配合原有形态生发出来的结构造型，而是本身在结构受力上的优势选择。

最终的结构系统，可以看到屋顶绿色的大跨钢桁架，通过黄色的拉杆下吊了所有蓝色的楼面；原有的混凝土框架仅需要在一层进行加固，通过红色的钢支撑来实现。钢支撑除了抗侧补强，还将原有结构角柱上的一些力，适当地向中柱做了转移。这也是为了适应原有基础的抵抗能力做一定的平衡。

至于前面整体的大廊道，原混凝土排架的状况比旁边的美术馆要差很多，很多节点已经完全损毁；而且原来是预制装配式连接节点，其本身的抗震能力、稳定性都比较差。建筑师的方案是将新结构搁在原有老结构之上，但如何实现这个效果，希望结构这边能够通过力学相关设计，得到一种既关系明确的感受，也能够满足结构的受力要求。

结构这边，第一眼看到立面的三角形，感觉它与每一跨梁受弯的弯矩图有类似之处，就以此作为出发点，对结构进行应用研究。最后生发出来的并不是将立面上三角形的板作为纯粹装饰，而是跟建筑师商量以后，变成一个很特别的张弦结构。它并不是传统意义上的张弦梁，而把张弦梁中间的撑杆，异化成很薄的钢片梁。钢片梁正好插入原有排架中间，就变成了“一新一老”这样的对话关系。同时这片梁又支撑住上面的楼板。最终形成的结构可能不叫张弦梁，应该叫张弦板。

刚才提到，原有排架混凝土梁跟排架柱之间的节点比较差，所以通过增大混凝土截面的方式进行了补强。新做的混凝土夹住原有立柱，既补强了立柱，也补强了节点。更重要的是这种处理方式很好地展现了新老关系，能够同时看到原有结构与新增结构。

刚才提到的是只有一层的区域，还有些区域扩建后要增加到两层。两层的方案的实际就是在一层方案上做了演进。一方面通过两根钢柱形成的一个格构式钢柱，插入到已经加固好的混凝土立柱上，形成一个新结构夹住老结构的关系。另一方面在原有楼板下通过吊杆上吊的方式，做了一个轻巧的屋面。这层屋面上已经有平台板的防护，所以防水、保温等要求相对不高，我们就尽量将结构板做轻。竖向结合门窗的位置，做了一些很薄的钢片抗风抗侧。

照片上可以看到有一些钢索变成了型钢，因为里面设置了楼梯而楼板缺失，外侧又有造型需要，因此对个别钢索进行了调换。虽然结构概念一致，但在具体处理的过程中，各个位置结合具体需求会做一些调整。

屋顶安装好开始下挂第一层，可以看到场地确实非常狭小，上了吊车后基本没有其他空间。假设采用新增立柱的方案，那可能码头平台大部分要先拆除，然后基础施工、再恢复、再上部结构施工。整个施工周期就要拉长很多，无法在规定时间内完成。

这是另外一边，新的混凝土夹住老的混凝土。

异化后的张弦梁，通过吊杆吊住了底下店铺的屋顶。

左面的钢柱通向二层去支撑新增的钢结构屋面，夹住了原有加固过的混凝土，右边屋顶通过上吊实现竖向上的受力，窗周边的钢板只起到抗侧作用，因此可以做得相对很薄，跟最终的窗框完全结合起来。

完成以后的状态，结构师跟建筑师都非常满意。连美术馆的标志也以这个交叉的形态作为设计灵感。

立面拉杆跟幕墙的关系，有些内外错位。

从底层可以看到屋顶做得相对轻巧，新老结构的关系也得到清晰呈现。建筑师一开始想寻求的那种新结构直接搁置在老结构上，而不对老结构做过分加固的目的，基本上就达到了。

坪山中学人行桥

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项目位于坪山高级中学对面，跨越坪山河，与振环路相对。桥被设计成Y形分叉，跟前面提到的日晖港桥比较类似。但设计目的并不一样。因为这座桥正对着振环路，如果做一个直桥，上下学的人流易对路口产生较大交通影响，建筑师想通过Y形分叉，将人流疏导至路的两边。另一方面因为深圳的气候，桥设计了屋顶，所以这是一座廊桥。

开始也考虑过从日晖港桥的结构系统出发，做一些生发和改变，变成新桥的系统。屋面通过一个三叉的钢板，边上用比较细的立柱撑起来，变成一个张拉式屋顶。但考虑到深圳是台风区，轻薄的张拉结构有一定抗风风险性；因为廊桥屋面的存在，如果完全沿用日晖港桥的系统，跟建筑思路也并不一致。

从结构上来讲，去研讨一个跟这座桥内在要求更吻合的结构系统，会是比较好的设计方向。这座桥是有屋顶的，屋顶是否能够变成结构系统的一部分？所以我们开始考虑做一个三向斜拉结构，在每个上桥的地方做一个蓝色的斜向立柱，同时用红色的拉索把桥面悬吊起来。如果拉索比较纤细，并不会感觉到拉索的存在。然后再通过一些相对比较细的立柱去支撑桥顶。最终看到的是轻薄的桥顶与底面。跟建筑师沟通后，建筑师觉得这个方案在形式上还是有些问题。她想要的其实是桥底分离的箱型梁，外加一个更轻薄的屋顶。桥面是否轻薄，可能并不是造型的要点。建筑师更想表达顶底之间的对比关系。

结构这边跟建筑师深入讨论后，发现两个方案各有可取之处。在探讨过程中，结构在项目中的表达，从最开始直接力学性的数学表达，慢慢变成了既有力学作用、亦有此前提及的艺术性表达的作用。

最终采用一种将两个方案混合的处理方式。主跨采用斜拉结构，三叉这边变成钢箱梁。钢箱梁挂接在斜拉的主跨悬臂上，同时桥顶也做了一些特殊性处理。桥顶原本通过两边细密立柱去支撑，但因为建筑师一开始想做的轻薄张拉型钢板屋面是为了让周边形成最大的开敞关系。所以在这个设计思路下进一步调整，让屋顶变成一个纵向受力的钢梁。这样两侧的开敞就跟建筑师想要的空间效果更加吻合。

这样一步一步演化，将两个方案拆解再拼接，变成桥梁最终的方案：桥面跟桥底的结构系统实际上部分叠加在一起，部分又分离。桥顶主跨方向是一个纵向钢箱梁，分叉这边是通过细密立柱支撑的一个屋顶。左面采用板式斜拉，改为板式更多是空间形态或立面构图上的考虑。左边是以轴力承载的板式斜拉，右边却是弯矩承载的三叉钢箱梁；结构系统并没有从单纯的受力一致性方向上去进行表达，不同位置采用不同传力模式，也采用了不同传力方向，将结构拆解、再拼接才形成最终的结构方案。

人看到桥的第一眼，可能会觉得像是一个桁架桥，因为顶底有一定尺寸，也有楔形和斜向构件；但实际上桥顶并不参与整桥受力，它仅仅是屋顶。三叉钢箱梁同时又托着小立柱去形成屋面。仅仅是左边这个三角形板式张拉，既起到一个塔柱支撑屋顶的作用，又起到承载桥面的作用，也是一个很混合的表达。这种受力上的混合表达，恰恰变成了空间上有解构感的表达。一些结构上的受力关系，最终又变成了视觉上的感受关系。这其中，结构也就不再是单纯的受力形态。虽要确保结构设计的合理性，对这种合理性拼接变化，去形成最终表达出来的视觉变化，我觉得这是项目设计过程中比较有意思的一点。

上海西岸人工智能峰会（B馆）

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这是一个木构的壳体结构。这个结构实际是三个展厅，外加两个三角形的中庭。尺寸较大的是这个40×60米的中庭，通过有收分的悬臂立柱，支撑一个扁扁的木结构壳屋面。这个项目只有四、五个月时间进行施工跟设计，屋顶用的是聚碳酸酯板，相对来说比较轻，对结构来说是个好消息。中庭没有围护结构，对于水平向的抗风没有非常高的要求。

一般来说，做壳结构都要受力找型。对于一个悬臂柱支撑的屋顶，如果受力优先，找型一般会在屋顶形成类似开花柱或者树形散开的受力状态，可以减少壳对于立柱在水平方向的推力，争取更高的矢高。但这样形成的壳，不规则构件会变多，局部木构件即使做成钢构件，也会有大曲率构件的出现。这对加工来说不是一个很好的选择。

单一曲面的壳，有更好的加工效率。考虑到工期，就以这个方案作为发展方向。但这个方案有个不利点，会在壳三边产生水平推力，如何平衡这个水平推力是一个比较关键的设计问题。因为中庭跟周边展厅之间高度的比例关系，对于壳的矢高做了一定限制。从结构受力上来讲，做到六米矢高会更好一些；但从形态上来讲，做到三米比较好。这样就会形成一个矢高非常小，一般叫浅壳或扁拱的状态。

这在受力上对结构也是一种挑战。因为浅壳会产生比较大的推力，抵抗推力比较简单直接的方法是在下方直接增加拉索，但壳底空间的完整性会受到破坏。另外一个方式是加大立柱，把纤细形的立柱改为带斜撑或明显三角形的去抵抗壳推。两个方案都有力学上的优势，但从形态或其他方面考虑，都被建筑师排除了。

最终把壳设计成了一个混合的状态，并没有追求材料的一致性：周边是一个平衡推力的钢桁架，钢桁架三角各用一个红色的钢拉杆把桁架推力转移回来，变成拉力；中间灰色的区域做了木拱壳，连接至周边钢结构以消散掉推力。设计过程中没有采用明确受力表达，而是利用混合的表达方式去抵抗受力。这是设计的一个特点。这么做也跟项目工期以及空间完整性的表达有关。

在安排木拱壳上的木梁时，也出现了力学表达与建筑师需求之间的差异。结构更希望在黄线（上图左下）的位置上做力的短向传递，但如果这样做，在主入口方向看到的就是木拱壳几乎把屋顶都遮蔽住的效果，人站在主入口几乎看不到天空（上图左上）。如果把壳的方向转移成斜向的菱形，受力路径虽变长，整体空间效果却更好（上图右上）。这时候如果说以力学优先，可能就会跟建筑师之间产生一些矛盾。但设计并不希望为了解决矛盾而完全退让，而是希望通过一些特殊设计，寻求既能疏导受力、又能让结构满足建筑需求的方案。

这里涉及两方面问题：一个是木拱壳如何施工才能又快速又便宜的建造。因为木拱壳涉及很多曲梁构件，在加工过程中相对比较贵。如果把它拆解成相对短的构件去拼接，可以得到较高经济性，所以利用菱格屋面作一个基础性生发，将其节点及构造方式作为我们的研究方向。二是原有的连接节点只有直通的梁是用刚接连接，另外一面是铰接，这样整个屋面的刚度相对会削弱。这个项目是比较坦的屋顶又是长向传力，所以想通过一个节点设计，既满足建造便利性，又有效提升节点刚度。最后设计成一个夹板式的节点，每一片木梁实际上由两片50毫米厚的木梁拼接而成。在节点区通过两根钢制对穿螺栓以及钢连接件，形成一个对穿连接。这样节点便具有一定传递弯矩的可能性。断开方向上的木梁，在现场定位以后，再以自攻钉的方式与钢节点连接，让它们能够保证结合紧密性，达到传递弯矩的作用。因为自攻钉是现场后安装的，也有一定消化安装误差的能力。

因为木构件拆解得比较小，现场即使没有大型吊机，通过人力搬运也可以在屋顶上实现结构安装。另一方面，构件一致性相对较好，加工比较简单。在现场像搭积木一样，一块一块卡住然后再打钉就可实现安装。

在原有三个组成部分的基础上，后又加入一些稳定性辅助构件，以及一些过渡性连接构件，变成最终的结构。最终展现了良好的视觉效果，里面蕴含了结构应对各种不同需求的连续性变化。最终实现的室内效果，既满足了快速建造，也实现了建筑的轻盈感。同时保证了造价等各方面要求。

喜岳云庐瑜伽亭及泳池

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项目是喜岳云庐酒店里一个很小的泳池以及瑜伽亭。设计特点及最终感受都是为了突出一种悬浮感，人在亭下可以跟周边自然亲密接触。视觉上唯一支撑屋顶的是个筒体，它既是结构支撑，也要满足人们沐浴更衣储物等功能，有一些私密性的要求。建筑师希望人在使用空间时，能与自然亲密接触，也就是希望竖向构件尽量少。

因此，第一种方案是做细柱支撑，但储物空间是个问题；以及立柱无论做得再细，依然缺少与自然直接接触的感觉。第二种方案是用储物空间做一个较强的支撑，屋顶出挑。虽说也能实现，但造价以及当地工程可实施性有一定问题。第三种方案是利用储物空间作为一个支点，另外再配一个尽量弱的结构支点，把屋面撑起来；第四种方案是第三种的变形，区别在于是使用储物空间的外圈还是内圈支撑。

经过跟建筑师几次设计比选，最终采用方案四。因为封闭的储物空间确实有作为结构支撑的条件，为了更好的稳定性而选择外圈支撑。另外配一个尽量弱的支点，实现屋面下开敞的状态。考虑到结构受力均衡性，我们希望立柱、筒体与屋顶最好能位于轴线上受力。这是结构上的完美解，但放到场地上后发现有问题。因为人从下面上来时，需要有一个过道（照片上的红色箭头），在平面图上需要将筒体后移一些，就破坏了结构之前定的匀称性对中原则。

为应对这个问题，我们把支点前移，让两个支撑点的连线还是能够通过屋顶的形心。这样恢复了平衡，但屋面会产生两侧的扭转，所以又在对中的位置上设计了一个钢箱梁去抵抗扭转。这个变化也带来一些意外惊喜：当从这个方向去看屋顶的时候（下图），因为偏心支撑点的存在，亭子产生了更强烈的超现实悬浮感。

关于筒体的设计，因为本身空间就不大，筒体内还要容纳很多功能，所以尽量减小结构构件尺寸，争取更多的建筑使用空间。我们先想到的是直接用一块钢板来实现墙壁。但单纯的钢板稳定性比较差，所以设计了一个环向加劲板，在筒体内壁进行水平向补强。同时也能起到一些建筑上的功能作用：环向加劲板可作为放置物品用的搁板。在这种设计语境下，结构构件跟家具、建筑的其他使用功能就融合在了一起，在力学基础之上产生了更多附加意义。

回到力学的本质

回到最开始提到的问题：做结构设计，到底可以做些什么？

在美之上，我觉得还有很多其他问题都可以纳入结构设计的讨论范围。它们与结构工程并没有产生直接关联，而是在设计推演过程中跟建筑师沟通所带来的一些要求。有两种方式去看待这些要求：结构师的角度，还是以技术上可建造作为基础，从下往上看。但有时候在设计过程中，结构师也需要适当地反过来，站在建筑师或项目的角度，从上往下看。这虽然是一个轮环，有可能从下到上，也可能从上到下，但实际并不需要把它们如此层级化处理。

我们（建筑和结构）要考虑的应该是一个相对较均质、平坦化的状态。它们对于设计过程来说，各自都很重要。应该把所有问题都作为设计的可能性纳入考虑范围内，在设计过程中更多是发现这些要素之间的关联与线索。

对于某个项目而言，可能有些东西对结构来说有生发的价值，它就更靠前一些，其他就靠后一些，但它们之间会通过项目本身一些内在要求产生关联。我们在设计过程中寻找这些关联，将其串联，跟项目的精神性要求或工程上的特殊要求产生一些对接，最终挖掘出结构的潜力。这个过程中，一方面我觉得是结构给人的那种原初、与人直接相关的感受很重要。另一方面，如何把这种感受以及结构本身形成观点，形成线索，为建筑设计提供更多机会与可能性，对于扩大结构设计语境有很好帮助。

作为一个结构工程师，如果过多讨论这些，有时候会给人一种相对虚无缥缈的感觉，与结构原本的严谨性、以数据说话的印象会产生分歧。我觉得这种感觉也应该被关注。不管我们去讨论什么问题，作为一个结构工程师，最终还是要回归到对于受力性的关注上。如果没有最基本的力学基础，作为所有想法的核心落脚点，那就失去了以结构工程师身份去讨论这些问题的价值。

从结构工程师的角度来说，不管将结构扩充到一个多大的语境，最终还要回归到力学。对于受力这种结构最本质东西的把握，是结构最重要的一点。

以往结构跟建筑之间就是一种普通合作。但如果将所有要素全都考虑，就不再是传统意义上的合作了，而是去寻找一种和谐的关系。这是我们提到的另一种“和作”。这种和谐并不是直接将所有要素摆在一起的结合，而是在结合的过程中寻找项目本身的特殊性，寻找跟其他项目的不同点，以此作为出发点，最终找到一条路径，一条线索。寻找结构特殊的语境，对每个项目来说可能都不太一样。

但最后的最后，关注受力对结构工程师来说还是最重要的。

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