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像鸟儿那样轻——日本建筑轻盈化的建筑结构策略(一)

2019.09.23 | , , ,
结构札记 结构札记

作者:刘康 李萌
原文链接

 Δ 有趣的建筑结构,有趣的建筑结构人


   零   

引言 

‖刘康‖ 在工作单位的资助下,今年有幸参加华东院、东南大学和东京工业大学的联合交流项目来东京交流半年,内容是建筑结构技艺相关。自三月底到达东京,时间倏忽过了五个半月。在东京及周边城市走走看看,总体感觉日本的建筑风格精巧而多元,但其中最深刻的体会要数轻盈感。下面暂举三例,从中似乎可以感受到其翩然欲出的通透轻盈。

 铁之教堂 

 东京国际论坛 

 Coeda House

‖刘康‖ 对于建筑的轻盈,我们并不陌生。作为结构工程师,我们常从结构的效率和经济性角度考虑。约格٠施莱希在著作《轻٠》(英文名:Light Structure)中详细论述了其作为结构工程师对于轻型结构、高效结构的探索和追求。但对于轻盈的建筑,这些似乎并不能包含其全部的意义。

什么是轻盈的建筑?建筑师为什么偏好轻盈的建筑?有哪些结构技艺可以实现建筑的轻盈?这些一直是盘旋在结构工程师头脑中的问题。也许理解了这些,才能更好的与建筑师配合,设计出建筑结构和谐一体的轻盈作品。

在东工大交流的期间,有幸认识了同在该校交流的建筑系研究生李萌。在探讨的过程中,我们都对日本建筑的轻盈特征有了极强的认同和兴趣。于是我们研究了建筑轻盈化的发展和特征,并选取一些具有轻盈特征的日本建筑案例,李萌从建筑师的视角解释这些建筑轻盈特征设计初衷,我从结构师的角度解读其中实现轻盈化的结构技艺。


       壹       

什么是轻盈

理解什么是轻盈,也许能帮助我们更好地理解建筑的轻盈化。

现代汉语词典对于轻盈的解释如下:

1) 轻柔秀丽

2)(姿态、动作等)轻巧优美

3)(声音)轻松愉快

4) 泛指美女

5) 舞姿轻盈飘逸

这让笔者想到了1800年前曹植笔下的洛水之神,“其形也,翩若惊鸿,宛若游龙,荣曜秋菊,华茂春松。髣髴兮若轻云之蔽月,飘飖兮若流风之回雪”,轻盈之美展现得淋淋尽致。

 洛神图

翩若惊鸿,宛若游龙,荣曜秋菊,华茂春松。髣髴兮若轻云之蔽月,飘飖兮若流风之回雪。


又如“清新雅淡,玲珑透彻”的才女林徽因的诗《你是人间的四月天》:

我说你是人间的四月天,

 笑响点亮了四面,
 轻灵在春的光艳中交舞着变。

 你是四月早天里的云烟,
 黄昏吹着风的软,
 星子在无意中闪,细雨点洒在花前。
 ……”。

轻盈优美的诗性正如她的诗歌《激昂》中所说的“剖取了一个无暇的透明”。

由此可见,轻盈是一种在诗歌、音乐、绘画中不可或缺的,能够引起人们轻松愉悦感官体验的优异品质


 林徽因

进入现代社会,随着物质文明的进步和人性关怀的觉醒,轻盈的品质在人们生活中得到了越来越多的重视和挖掘。上世纪80年代意大利文学家卡尔维诺在《美国讲稿》(又名“对二零零零年以后文学的六条建议”)中开篇推荐提出了“轻”的世界观,将“轻”作为一种文化取向,一种审美标准。他认为现实生活中的人们,无法躲避沉重和困苦,但文学艺术凭借其智慧使我们找到一个与生活在其中的现实世界截然不同的轻盈的世界

 卡尔维诺

现代家居装潢的审美倾向有“轻、透、瘦、皱”四字决。建筑作为凝固的音乐,作为“人类心灵的语言”,轻盈自然也是一种熠熠生辉的品质


       贰       

轻盈的建筑


在中国,轻盈的建筑风格早已有之,这从中国南、北方古典建筑的风格差异中可以瞥见端倪。而在现代,将轻盈作为建筑的主导特质进行研究和实践的时间却出现较晚。

受卡尔维诺的影响,意大利建筑师基安尼٠拉纳罗在《轻建筑:新边缘城市》中将“轻”建筑作为适应时代文化、社会需求的新载体,强调“轻建筑”是将本被认为不相容的两个世界(真实世界与虚拟世界)整合起来的一种尝试。

1996年美国MOMA举办的“轻质建构”(LightConstruction)建筑展上的预言:“现代建筑在经历了纪念性、粗野主义等过于沉重化的表现之后,轻质、飘逸与精致将成为下世纪建筑的要旨。

 R.B.富勒与他的发明

在工程领域,建筑轻型化可以视作由“重”向“轻”的进化过程。建筑轻型化探索,首先要提到的是美国科学家、建筑师、工程师、未来学家R.B.富勒(富勒穹顶的设计者)。他在1922年提出“少费多用”思想,在当时曾引起世界各国学者、专家的讨论,并在未来的半个多世纪里推动了建筑学、设计学等学科的发展。

富勒“少费多用”的思想,从自然结构寻找设计思路、以及运用工业化材料实现“最便捷、最有效”建筑设计方式,启发了众多建筑师,例如弗雷٠奥拓、福斯特、格雷姆肖等。

上世纪七十年代末八十年代初,福斯特自己驾着直升机,邀请富勒参观得意之作塞恩斯伯里艺术中心。富勒当场提问:“How much does your building weigh, Mr. Foster?”,引发了福斯特的思索。2010年福斯特的设计生平被拍成纪录片,便以此问作为片名,可见受富勒的影响之深。

 你的建筑重几何,福斯特先生?

此外对建筑轻盈化的有卓越贡献的西方式建筑师、工程师还有弗雷٠奥托、约尔格٠施莱希、托马斯٠赫尔佐格、彼得٠赖斯、卡拉特拉瓦等。

弗雷٠奥托著有《轻型建筑与自然设计---弗雷٠奥托作品全集》完整地展示了轻型、可移动自然建筑的设计哲学。奥托创立的轻型结构研究所致力于对轻型结构的探索,他的继任者维尔纳٠索贝克进一步拓展了研究所的范围,与施莱希的构造与概念设计研究所合并为轻结构建筑与概念设计研究所。后者于1980年创立SBP(SchlaichBergermann Partner),致力于轻盈大跨结构的设计探索。

 受禅宗影响的日本枯山水庭园

与西方建筑轻盈化的发展路径不同,日本建筑的轻盈更像是内生于本土文化的特质。日本禅宗对茶道、剑道、武士道、诗歌等日本文化各方面影响深远,其审美情趣自然体现在园林设计、家居产品设计以及建筑设计的风格特征上。日本建筑的轻盈似乎与空灵、清远、枯淡、闲寂、幽玄等禅宗意蕴有着千丝万缕的联系

 透着禅意美学的无印良品

日本致力于轻盈化建筑探索的建筑师众多,如伊东丰雄、坂茂、隈研吾、妹岛和世、西泽立卫、藤本壮介、石上纯也、中村拓志等。

他们都钟情于轻盈建筑的实践,但又各有特色。如伊东作品体现的暂时性、流动性、多变性和如同没有重力一般的漂浮感;隈研吾在“负建筑”、“弱建筑”等建筑理念上呈现的消隐、轻盈的状态;SANNA(妹岛和世与西泽立卫事务所)的纯净、轻盈、通透的简约主义风格;藤本壮介的空间与自然的融合;石上纯也以细腻、轻盈、柔软的建筑风格探讨景观与自然、空间的透明性与暧昧性等。

有趣的是,同日本工程师普遍的师承关系一样,日本轻盈建筑师也具有明显的师门传承特点,如中村拓志师承隈研吾,妹岛师承伊东,西泽立卫和石上纯也师承妹岛。


 隈研吾和中村拓志

 伊东丰雄、SANNA、石上纯也

与厚重坚固的建筑所表现出的“沉重感”相反,建筑的轻盈化是受重力作用下的一种“反重力”建筑表达,它传递出轻盈与飘逸之感

建筑的轻盈包含物理层面和心理层面,前者指质量或受力小,后者则指视觉心理的负荷较小,沉重感的减轻。总体而言,西方建筑更强调以质量之轻带来的心理层面的轻;而日本建筑更注重心理层面的轻,有时甚至会牺牲物理层面的轻来换取心理层面的轻。正如日本结构设计师大野博史所说:“当代很多建筑看上去很轻,其实它们都很重,就单位密度而言,甚至是更重了,他们只是看上去很轻。




建筑作为多种元素的载体,可以通过形体、结构、材质、色彩、质感、环境等诸多要素体现其轻盈的特质。其中,对重力的反抗是实现建筑轻盈化的原生诉求,而且日本地震频发、强度高,在此条件下日本工程师为实现轻盈所面临的挑战远比世界上大多数地区的工程师大。即便如此,日本建筑师和结构师仍完成了诸多精妙轻盈的建筑,非常值得学习。

下文结合案例从十二个角度总结了日本建筑轻盈化的建筑结构策略,并从建筑师的视角解释其设计初衷,从结构师的角度解读其中的结构技艺。限于篇幅,本文介绍前四个策略,后八个留与下篇文章再续。


       叁       

轻盈的策略


卡尔维诺说:“轻盈感是精确的,确定的,不是模糊的、偶然性的。”建筑师和结构师追求轻盈的过程也是对精确和极致的追求,饱含了创造的巧思与突破的倔强。十二策略前四如下:

 1  细柱 

建筑轻盈化的动机一部分是为了表达对重力的反抗,柱子是建筑中承受重力的主要构件。将其设计得纤细轻巧是实现轻盈化的直接方式,具体可分为“化整为零”、“分而治之”、“预变形”三种建筑结构策略。

1.1 化整为零

化整为零是指将一个大截面的构件分散成两个或多根纤细的小截面构件。一方面小截面构件便于自由灵活的布置和隐藏,另一方面在空间上有一定间距的多根小截面的构件,能够获得比同等体积大截面构件更大的力学刚度。

〖案例1〗

方之家

建筑设计:武井诚+锅岛千惠/TNA

结构设计:铃木启/ASA

 方之家

 方之家

‖李萌‖ 建筑置于一片优美的自然环境之中,能将室内室外联系的最好材料不外乎玻璃了。连续的玻璃立面使住户在室内仍如在茵茵的树林之中,且建筑内所有的功能都置于同一水平面。如果用封闭的墙将其分隔,各个空间与自然的关系便会大打折扣,且每一个空间的使用感受比之现在的效果也会显得更为狭小。

用隔而不断的柱列既划分了各个功能空间的范围,同时又让各个空间有所联系,保留该建筑的空间整体性。更为有趣的是,细细的柱子向上支撑着屋顶,向下扎根于土地之中。这些柱子就如同周边环境的树一样,似乎从大地中“生长”出来。此时的住户不是生活在一个建筑之中,而是生活于枝桠之间,自然之中。同时,柱列中各柱的间距并不匀质相等,而是考虑了建筑的使用者---主人夫妇以及两条爱犬随意出入的可能。

 方之家

‖刘康‖ 建筑内部结构柱列采用的是75x75x4.5mm的细方钢管柱,即是建筑的承重柱,又是建筑的抗侧柱。原本如此小截面的钢管柱几乎不具有什么抗侧能力,但是将之通过密集的直线排列,以小聚多,却能起到类似剪力墙一样的抗侧作用。同时,将大截面的结构柱小型化后,在建筑场地大型机械作业受限时,也能便于构件的搬运和安装。

类似的柱列结构我们也可以在日本科学未来馆的入口雨棚,以及国内“和作”设计的天鹅科普馆中见到。但这两者跟方之家的结构受力又稍有不同,他们将柱列中的部分柱子稍作倾斜,倾斜的细柱如同框架中的支撑一般,进一步提高了柱列的抗侧刚度。


〖案例2〗

尾道市Bella Vista Spa & Marina度假酒店主餐厅Erretegia

建筑设计:中村拓志+NAP建筑设计事务所

结构设计:山田憲明构造设计事务所

 Erretegia

 Erretegia

 Erretegia

‖李萌‖ 餐厅之侧是无边的海景,相信每一个用餐的人都希望能够拥有一个没有遮挡的全景席位。长方形的平面使餐厅像是一个沿着海岸线延展的海边长廊,其中的每一个位置都有与海最直接的接触。此时,不可避免的竖向支撑——柱便需要有最大程度的消隐。建筑师的策略便是让柱尽量变细。当柱子截面已到极限之时,又将它分为两根更细的柱。此时的柱子已不仅仅是结构构件,同时也是一个个取景框。

可能有人会问,为何屋顶不更加轻巧?这样不是更加有助于结构的消隐?可面对这样一个无边的海,一个过于轻薄的屋顶可能并不能为餐饮中的人提供足够的安全感。此时的屋顶不只是一个遮盖,更是为屋顶之下的人提供安心的一个“怀抱”。与此同时,当人面向大海走出餐厅,透过屋顶下的空间,大海的视野逐渐变得开阔,这样先抑后扬的感受在厚重的屋顶显得更加强烈。

 Erretegia

‖刘康‖ 这个项目对细柱的追求可谓达到了极致。立柱和纵向梁采用44mmx44mm的方形截面实心钢构件,木结构屋顶采用极为纤细的木材,保持与钢梁基本相同的尺寸,最大木材尺寸为45mmx45mm。虽然屋顶在形体上较为厚实,但是由于采用了轻质的木材,降低了下部钢柱承受的重力和水平地震作用,有助于进一步降低柱子的截面。

柱子采用两根小截面钢柱为一组,将材料在空间上拉开一定的距离,并在柱高范围内通过细细的缀材连接,这一方面获得了柱子纤细的效果,另一方面也如同格构柱,获得了比同等体积大截面单根柱更大的刚度。


1.2 分而治之 

‖刘康‖ 建筑物中的柱承担竖向重力荷载和水平荷载(风荷载和地震作用)。承受重力荷载时,柱受压,较为高效,所需截面较小。承受水平地震作用时,柱受弯,其刚度和强度不如受压高效,所需截面大。

基于此,将结构中承受重力荷载和水平作用的柱分离,让一部分柱(或混凝土墙、支撑框架等)承担全部水平作用和部分重力荷载,另一部分柱仅承担重力荷载。仅承担重力荷载的柱能做得较为纤细,布置于需要视觉通透的之处,助于实现轻盈的效果。

〖案例3〗

Extend to forest

建筑设计:隈研吾建築都市設計事務所

 Extend to forest

 Extend to forest

 Extend to forest

 Extend to forest

‖李萌‖ 正如该建筑的名字“Extendto forest”,建筑师希望住户不只是生活在建筑之中,更像是生活在森林之中。大面积的玻璃窗可以帮助室内外实现很好的无隔断联系。试想如果此时设置600x600mm的混凝土柱,或是300x300mm的钢柱,再通透的玻璃也无法让人感觉自己与外界“无缝相接”。

每一个设计师都知道此时要把柱变细,但怎么变细呢?此时便要提到建筑学生常常对柱子的误解,即柱子只是为了承担竖向重力。实则柱子的粗壮很大一部分原因是为了抗侧。由此,那些更加粗壮的抗侧构件可以被隐藏在建筑中部的室内,不被察觉。将外围的部分柱子从抗侧的重任中解放出来,只承担重力荷载,也可以设计得纤细轻盈。


〖案例4〗

东京站附近某地铁入口

 东京站附近某地铁入口

 东京站附近某地铁入口

‖李萌‖ 面对这个地铁入口,不难想到国内某些厚实的地铁站入口,两种风格的出发点有所不同。这个地铁口位于广场之中,其外立面的通透效果可以较大程度地减少对路人视线的遮挡。而国内的地铁站口则更加强调实用性,方便路人快速找到。

我们可以发现,这个站口顶棚是十分纤薄的。一个原因在于支撑屋顶的结构并未包覆在屋顶之中。就像通常楼板100mm,但梁高却有500mm,如果用天花将梁包住,再加上为管道留余的空间,楼板的一下子就变得厚实起来。另一个原因在于,此处不是用梁支撑屋顶,而是用钢片做成的门式刚架。梁与柱都为钢板,视觉效果是一致的。而且刚架与屋顶之间隔开一定距离,在纤薄的钢片之上轻轻托着一片薄薄的屋面板。

‖刘康‖ 这个项目的结构设计也比较巧妙,站口顶棚的大部分重量用精致纤薄的刚架承担。虽然刚架在跨度方向有一定的抗侧能力,但在垂直钢架的方向抗侧能力却极弱。为了弥补该方向抗侧不足的问题,设计师在角部加入了圆形钢管柱。一方面钢管柱比钢板截面惯性矩更大,可以抵抗侧力。另一方面,钢管柱布置在两向相交的角部,也不会过于遮挡视线。


1.3 预变形 

以预变形实现细柱的典型案例是KAIT工房。与上节类似,KAIT工房将抗侧构件和承担重力的构件分离,但是通过预变形引入拉力的方式实现的。通过预变形对抗侧构件引入预拉力,避免构件发生受压屈曲,长细比较受压柱可以放宽,从而实现抗侧构件的轻薄化。KAIT工房的结构设计十分独特而有趣,值得细说。

〖案例5〗

神奈川工科大学KAIT工房

建筑设计:石上纯也建筑设计事务所

结构设计:小西泰孝建筑结构设计

 神奈川工科大学KAIT工房

 神奈川工科大学KAIT工房

 神奈川工科大学KAIT工房

 神奈川工科大学KAIT工房

 神奈川工科大学KAIT工房

 神奈川工科大学KAIT工房

‖李萌‖ 正如石上纯也所说“通常建筑是由墙分隔的,但我希望让空间变得柔软、模糊、灵活、新鲜。我希望能在建筑中带来一种新的感觉。新的空间,将会是一种空间、氛围、结构和景观的融合。”在KAIT工坊中,他便力图创造一种暧昧、灵活、平等,平面中没有太多变化,但各领域、各空间却能实现灵活连接,一个没有明确边界的空间。纤细的柱子让空间与空间相接,天窗让室内与天空相接,玻璃立面让室内与周边相接。

网上介绍分析的文章众多,大家也都对此不陌生了。如果对石上设计理念感兴趣,此处推荐豆瓣上的一篇文,翻译了石上著作《Small image》中关于KAIT工坊叙述。

https://www.douban.com/note/286580551/

 KAIT工房柱分类

‖刘康‖ KAIT工房总建筑面积为1990平方米,屋顶距地面4.5m。305根细长的钢柱分为42根承受压力的垂直柱和263根受拉柱。柱中的拉力通过预压和预变形引入。每根柱子都是细扁的长方体,最薄的受拉柱剖面尺寸16x145mm,最厚的垂直柱63x90mm。


 KAIT工房柱重拉力引入

‖刘康‖ 受拉柱上、下两端刚接,以弯曲刚度抵抗水平力。垂直柱底部刚接,顶部铰接,释放柱中弯矩,减小垂直柱的截面。受拉柱中引入拉力,避免了受压柱的屈曲问题,构件长细比可大于200。受拉柱在水平力作用下需承担弯矩,因此一个方向的截面尺寸需做到145mm左右,但是由于长细比限值的放宽,另一个方向的截面尺寸仅为16mm,可谓非常轻薄。垂直柱受压,长细比需控制在200(日本钢结构规范)以下,但是因为柱顶铰接释放了弯矩,柱子截面同样也可控制在90mm以下。


 KAIT工房抗侧柱图解

‖刘康‖ KAIT工坊将承重构件和抗侧构件分离,将承重的垂直柱顶设计为铰接,对抗侧构件引入拉力,使二者的截面都能达到纤细轻薄的效果,这种处理手法可谓独到精妙。此外采用预变形的项目还有第十一届威尼斯双年展建筑展日本馆。

‖李萌‖ KAIT工房是石上纯也的个人处女作也是小西泰孝的成名作,它成就了一名建筑师、一名结构师以及一所大学的知名度,可见公众对于优秀的设计、有趣的灵魂并不吝惜褒誉。


 2  藏力 

有时由于建筑空间、形体的限制,抵御重力、水平力的结构构件无法回避。这时,藏重露轻,藏繁露简也是一种实现轻盈化、寓巧于拙的方法。


〖案例6〗

上州富冈站

建筑设计:武井诚+锅岛千惠/TNA

结构设计:小西泰孝建筑结构设计

 上州富冈站

 上州富冈站

 上州富冈站

‖李萌‖ 柱子除了是柱子还能是什么?柱子除了起到结构上的支撑作用,还能是什么样的存在?上州富冈站告诉你,柱子还可以是长椅、公用电话、标识牌和照明。如果有人说,柱子下放一把长椅,柱子上面挂着公用电话、标识牌和照明灯,也是对柱子的再定义。那么此处并不是想说如何1+1+1=3,而是如何让1+1+1=“1”。

我们都希望“让柱子变细”,是因为我们只希望有屋顶提供遮蔽,而不希望有柱子遮挡视线。如果屋顶可以漂浮,那柱子的烦恼就没有了。将柱子隐藏,我们可以将其变细,或者将其融入环境。该设计中,这两点都做到了。

 上州富冈站的支撑布置

 上州富冈站的支撑布置

‖刘康‖ 该项目充分体现了建筑与结构方案的融合。车站高约7m,纵向长90m,支撑屋顶的钢柱非常纤细。结构师采用柱间扁钢支撑抵御水平侧力,并将支撑藏于砖砌体之中。砖砌体凹凸不平的形态,不仅根据结构支撑的角度确定,而且还将长椅、公用电话、告示板、标识牌、照明等人体活动的尺寸考虑在其中。

该项目中由于砌体墙并不设置到顶,因此扁钢支撑的顶部并未连接到屋面梁柱节点根部,而是连接于柱顶偏下的柱中位置。这与常规的框架支撑结构有所不同,结构的抗侧在柱下部依靠扁钢支撑提供,在柱上部仍然依靠柱截面的弯曲和剪切刚度提供,二者刚度串联成结构的整体刚度。虽然柱的截面弯曲、剪切刚度较支撑刚度弱,但该段柱长度较短,因此也能提供较大的抗侧刚度。


〖案例7〗

多摩美术大学图书馆

建筑设计:伊东丰雄

结构设计:佐佐木睦朗

■ 多摩美术大学图书馆

■ 多摩美术大学图书馆

■ 多摩美术大学图书馆

‖李萌‖ 多摩美术大学图书馆现已成为不少建筑学生日本旅行中必不可少的打卡圣地。还记得当大家刚接触到伊东的这个作品之时,一段时间做拱门成了风尚。网格、灵活的平面、几何、空间的划分,这些词语在建筑学习过程中都是老伙伴了。可这个作品都给我们对这些干涩词语的全新理解。一系列简单的混凝土拱门组合形成平面的网格体系,将平面划分成一个个小空间。但拱门自身的开放性又让空间彼此相连。书架如流水一般穿过一个个空间,绕过一个个轻巧的柱脚。读者如乘着小船穿梭其间,悠游自在。

■ 多摩美术大学图书馆墙体中的钢板

■ 多摩美术大学图书馆柱断面示意

‖刘康‖ 图书馆拥有多跨连续拱的形态,拱跨在空间中的布置并不均匀,最大的拱跨达到16m,拱高5.7m,最小的拱跨只有1.8m。建筑师从空间营造的角度要求整体结构的墙拱采用同样的壁厚。为了使拱壁足够薄,足够轻巧,采用了将钢板藏于混凝土的钢骨混凝土结构,最终的混凝土拱壁只有200厚,柱脚根部的外周尺寸也只有400mm。内部的钢板骨架为主要的受力体,钢板外的配筋是为了防止混凝土开裂,而混凝土的覆层一方面起到防腐和防火的作用,另一方面也起到约束钢板屈曲的作用。

■ 银座御木本(MIKIMOTO)珠宝旗舰店

同样将钢板与混凝土结合使用的项目还有伊东在银座设计的御木本(MIKIMOTO)珠宝旗舰店。所不同的是MIKIMOTO项目中将钢板置于外侧,混凝土填充于钢板内。相同的是两个项目都以钢板为主要受力材料。但是在MIKIMOTO项目中,虽然钢板外露,由于结构师精细分析了火灾下混凝土的贡献,确保建筑在钢板失效的情况下仍能满足抗火需要。因此,外露的钢板并未涂刷防火覆盖,保证墙面平整光滑的品质。这一有趣的技艺在国内外项目中罕有见到,值得研究。


 3  整合 

如果把建筑比作人体,那么结构就像是骨架,支撑起依附其上的装饰、围护、设备、家具、交通等非结构部分的重量。因此,结构构件自然而然在人们潜意识里就成了“力度”的符号。如果将结构构件整合到非结构部分的体量之中,让人们辨识不出他们的存在,或者因为异于常态的缺失感,或者因为从力度的紧张感中被释放,也能为建筑塑造出轻盈的姿态。


〖案例8〗

HHstyle 青山店

建筑设计:SANNA


■ HHstyle 青山店

■ HHstyle 青山店

■ HHstyle 青山店

‖李萌‖ 在对SANNA作品的学习过程中,总是会抓住轻、薄、细等等的关键词。也总认为只要学习这样的设计思路与想法即可。这就使学生时代作业时可以尽情地放飞自我,而在参与设计工作后,才发现是真的做不到啊。所以SANNA轻细的表象背后,除却其文化背景之外,还有结构上的巧妙结合。

从剖面上坡道与楼梯的关系可以感受到,HHStyle青山店希望营造出连贯的购物体验。在联系不同层高的空间之时,最常见的便为掏空,通过视线连接来联系空间。或者便由竖向交通空间相连。而双跑楼梯或者电梯相比单跑楼梯虽然更省空间,但很难打破楼层间的分隔感,除非与中庭相结合。单跑楼梯因其长度,更大程度、更大范围影响了相邻的两个楼层。且单跑楼梯单一的方向性也会在更大程度上影响行者的心理。特别是在这样单人行走宽度,楼梯更像是一个通往另一个世界的通道,行者在行走过程中能够更加清楚感受到自己的不断向上,更具有神圣感。SANNA在MOMA中也是利用单跑楼梯来连接不同楼层的空间。

■ HHstyle 青山店剖面


‖刘康‖ 细柱是SANNA建筑作品中常见的特征,但在本案中除了细细的钢柱外,几乎看不出抗侧构件存在的痕迹。在参观本项目时,我们一开始是惊异于柱子的细,然后试图从建筑围护墙体中寻找支撑的痕迹,无果之后才发现原来建筑中部的楼梯坡道就是一个大大的抗侧支撑!

将楼梯与抗侧支撑巧妙整合,建筑师将连接1-2、2-3层的楼梯坡道位于建筑中间,结构上利用倾斜的楼梯作为抗侧支撑。楼梯的重量通过钢索悬挂于上部楼面结构,楼梯的轴向刚度为结构提供抗侧刚度。非本专业的观者几乎无法觉察到楼梯的结构功能,建筑空间中仅能看见异于常规结构的细弱的柱子,加之朦胧半透明的玻璃立面,自然产生了轻巧空灵的感觉。


〖案例9〗

陶瓷娃娃创意工坊

建筑设计:前田圭介

结构设计:小西泰孝建筑结构设计

■ 陶瓷娃娃创意工坊

■ 陶瓷娃娃创意工坊

■ 陶瓷娃娃创意工坊意象

‖李萌‖ 2017年小西泰孝在东南大学的讲座中提到了这个建筑。他说到,当时建筑师将4本书相互交错的摞在一起,然后和他讲,想做这样的建筑。固然物理定律不是等比放大便能实现的。但小西泰孝当时便提到建筑师的结构的感觉。建筑师不需要精通结构的计算,但需要有一种结构的感觉,一种对结构可能性的敏感度。

■ 陶瓷娃娃创意工坊

■ 陶瓷娃娃创意工坊

‖刘康‖ 陶瓷娃娃创意工坊是为一对六十多岁的陶瓷娃娃艺术家夫妇设计的,它即是这对艺术家夫妇的创意工作室,也同时兼具着住宅的功能。建筑师设计了三条悬挑的墙带,由墙带内部的悬挑钢板承重,使建筑有如同悬浮在空中的轻盈之感。

进入建筑室内,几乎看不见传统的梁、柱、支撑等传统的结构元素。建筑师巧妙的将结构与家具、维护墙等非结构元素融合,使人似乎完全感觉不到常规结构元素存在。因此观者也从结构力度的紧张感中被释放出来,空间氛围轻松宜人。这种手法被大野博史称为隐技(hide-tech),与高技(hi-tech)相对。


 4  混用 

混用是指不同结构材料的混合使用,即我们常说的混合结构。随着材料学科的发展,人们已经可以将众多的材料应用于建筑结构,石材、木材、竹材、混凝土、钢材、铝材、玻璃、FRP等,不同材料各有特长。

日本工程师们似乎特别善于物尽其用,根据材料的特性将其用在合适的位置上。这样在提高结构效率的同时,也能减小构件的截面尺寸,简化节点构造,获得简洁、干净、轻盈的效果。


〖案例10〗

新泻市立葛塚中学校

建筑设计:安藤忠雄建筑设计所

结构设计:金箱温春构造设计事务所


■ 新泻市立葛塚中学校

■ 新泻市立葛塚中学校

■ 新泻市立葛塚中学校

‖刘康‖ 篮球场屋顶呈椭圆形,长向约43m,短向约67m。屋面结构为斜格张弦梁,受压的上弦使用木材,受拉的下弦采用钢索。木材轻质且受压性能优异,钢材密度虽大但拥有大多数材料无法企及的受拉性能。该屋顶结构充分利用两种材料的优点,在减轻结构自重的同时,也形成了极为高效的斜格张弦梁结构体系。上弦木料断面尺寸为1240x240mm,在43m的跨度下已经显得非常纤薄,同时细细的银灰色下弦拉棒在木料的底色里几乎消隐不见。


〖案例11〗

水月湖年缟研究展示设施

建筑设计:内藤广建筑设计事务所

结构设计:金箱温村构造设计事务所

■ 水月湖年缟研究展示设施

■ 水月湖年缟研究展示设施

■ 水月湖年缟研究展示设施

‖李萌‖ 该建筑更多发掘了结构之美。常在桥梁中使用的多跨混凝土结构,其形象是比较粗糙的,既不纤细,也不精美。这样的结构更多的是出于经济的考虑。但在此处,粗壮的混凝土支撑柱以一种简单的状态支撑起水平的建筑。建筑自身的精细感与混凝土的粗糙感形成鲜明的对比。再加上两者简单直接的连接方式,会使观者“忘记”柱子的存在,而是被建筑贯长纯粹的形体感所吸引。

建筑内的钢制桁架也有同样的效果。大大方方地将结构展示出来,观者能看到是这结构落于墙上,并支撑屋顶。但透过这桁架,却又能清楚看到屋顶、墙体。三者的关系是清楚明白地,连接也是简单直接的。但这些又让人忽视掉其中重力的传递,而只剩下上空的屋顶及屋顶之下细美的“线条”。


■ 水月湖年缟研究展示设施

■ 水月湖年缟研究展示设施

‖刘康‖ 建筑平面为76mx9.6m的细长形,分上下两层。一层为开敞的空间+售票厅,二层为陈列展示的室内空间。整个建筑为混凝土、钢材和木材构成的混合结构。一层墩柱和二层楼面采用类似市政桥梁中常用的多跨连续预应力混凝土结构。屋面结构采用轻质柔和的木结构。屋面与二层混凝土墙墩之间采用钢制桁架连接。采用钢桁架相对于木桁架一方面可以减小构件截面尺寸,另一方面也可简化多根杆件汇交的节点处理,整体效果简洁、通透、有趣。

该项目是我在日本考察的众多项目中最喜欢的之一。建筑师与结构师的完美配合,富有创意的结构体系,恰到好处的材料选用,精巧洁净的细部构造,都让我非常叹服。下次再写专文详细介绍。


 未完待续 

由于篇幅的限制,这边文章先介绍到这里,下篇文章再介绍剩余的八种日本建筑轻盈化的建筑结构策略,敬请期待。

 参考资料 

[1] 结构制造 日本当代建筑形态研究 郭屹民

[2] 从视觉到知觉的结构设计 大野博史、郭屹民对谈

[3] SANAA作品特征的建构解析 王鑫星

[4] 多维视角下的当代建筑轻型化创作研究 齐奕

[5] 建构视野下的建筑形态轻盈化设计研究 靲维

[6] 建筑的轻盈感表达研究 马磊

[7] 轻型化的建筑 付超云

[8] 伊东丰雄建筑设计的“超平”现象研究 郑超

[9] 文中部分图片和结论引用自网络,版权属于原作者。本文仅用于学习交流,不作商业用途,如有侵权,请联系删除。


刘康

[email protected]

李萌

4条评论
Zero
Zero 2019-12-09 14:09:59 回复 0

最后一个桥廊建筑 其实可以去看看隈研吾的一个桥廊设计。记得好像是什么什么美术馆。

心中有座城
心中有座城 2019-10-29 07:17:03 回复 0

结构设计师想象力非常重要。

Raku
Raku 2019-09-23 18:56:05 回复 0

这些“轻”建筑非常呈现构建美

宋木头 2019-09-23 16:52:07 回复 0

想学但是力学限制了我

结构札记 结构札记

作者:刘康 李萌
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