论现代建筑承重结构的发展趋势

摘要： 本文着重从力学性能、功能特点、空间形态分析仙台媒体中心和费诺科学中心的主要承重结构及其布置方案，指出现代建筑承重结构由大众化趋于个性化、单一化趋于多元化这一发展趋势，同时进一步探讨了结构学与建筑学之间的学科融合。

Abstract： This paper analyzes the main load-bearing structure and layout schemes of Sendai Media Center and Phaeno Science Center from the aspects of mechanical properties， functional characteristics and spatial form， points out the development trend of modern building load-bearing structure from popularization and simplicity to individuation and diversification， and further explore the integration of the structure and architecture.

关键词： 承重结构；力学性能；功能特点；空间形态

Key words： load-bearing structure；mechanical properties；functional characteristics；spatial form

中图分类号：TU4 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2014）29-0114-02

1 承重结构的传承与创新

现代建筑发展迅速，大部分建筑虽然风格迥异、特色鲜明，但究其根本，只不过是空间、造型和材质不同，而建筑的体系却相差无几，往往都遵守了梁―板―柱这一经典构筑体系，承重构件仅仅发挥其承重功能，顶多再附加些许装饰效果。也有少数与众不同的建筑，如日本仙台媒体中心和德国沃尔夫斯堡费诺科学中心，其承重结构的设计理念却有独到之处。

仙台媒体中心（以下简称仙台）位于日本本州岛的西北部仙台市，是一个集信息中心、图书中心、画廊、剧场和视听中心等多功能于一体的综合性公共建筑，也是日本著名建筑师伊东丰雄迄今为止在其建筑生涯中最具有代表性的一件作品，充分展现了对承重结构的创新。费诺科学中心（以下简称费诺）位于德国沃尔夫斯堡南北两区之间的城市中心位置，紧挨着铁道和保时捷街，其特殊的地理位置决定了费诺科学中心必须有它独特的魅力。这两个建筑的共同之处在于，其承重结构都打破了功能单一的局限，赋予承重构件更多意想不到的功能，不仅提高了空间利用率，更是将建筑学与结构学巧妙地融合在了一起，将结构功能与外观形式的完美结合发挥到了极致，这也暗示出承重结构未来的发展趋势。

2 承重结构的形状由规则向不规则发展

对大部分建筑而言，承重柱大多采用矩形柱或圆形柱之类形状规则的柱，而仙台却大相径庭。仙台由13根直径2-9m不等，用细长的钢管焊接而成的管状柱，6层楼板以及4块分隔内外的表皮组成，其中，板和管状柱为承重体系，每根管状柱都穿过楼板，上下贯通，楼板搁置在管状柱上。

管状柱盘旋而上，富有流动感。管状柱的结构原型来自于自然界的竹子，其空腹结构能支撑竹子在狂风暴雨中屹立不倒正好是管状柱的参考，另外，竹节有较好的抗剪力和抗扭曲能力，并能增加局部稳定性，若楼板与柱的交接处能模仿竹节进行设计与制作，其结构的受力性能定会得到良好的保障。13根管状柱根据结构要求分为三个系列：①直径最大的四个管状柱，采用复杂的三维格构结构，分布于建筑的四角，一方面作为抗震构件，另一方面四根管状柱和其他柱形成规则的柱网结构，均匀地分布于各层平面，有利于楼板结构内力的均匀传递，避免内力不均导致楼板扭曲对管状柱产生偏心破坏。②直径较小的管状柱，分为两个系列（3根+6根）。它们都不承受水平荷载，且均采用平行钢管制作。其中，3根管状柱的钢管是竖直的排列形式，6根钢管柱的钢管围绕中心作了旋转来消散楼板的反力防止整体失稳。

仙台所采用的板和管状柱体系的创新无疑是仙台建筑物的一大亮点，相比之下，费诺却有另外一番特色。其设计者扎哈・哈迪德非常巧妙地把所有的展览空间都集中放置在一个单层的、平面接近梯形的混凝土盒子里，然后将混凝土盒子抬升至离地面8m高的空中，下部由10个根据城市几条主要轴线布置的混凝土倒圆锥筒体支撑。混凝土倒圆锥筒体形状各异，每根锥体的角度都不同，使得建筑物看起来更加灵动富有特色。另外，费诺科学中心采用自密实混凝土进行浇筑，外表面大部分用清水混凝土，并没有其他的表面层进行装饰，自密实混凝土统一的灰调，简单大方，使得各种建筑构件融为一体，保持和强调了建筑形体在视觉上的连续性。整个建筑物就像一个巨大的吸盘吸附在地面上，成为保时捷街上的一颗耀眼的宝石。

由此可见，不规则的承重结构既满足了最基本的承重需要，又为建筑物增添了许多新鲜的元素，标新立异。当然，承重结构形状的不规则化并不是仅仅为了营造视觉上的冲击，与其功能的发展以及与空间形态的融合也有着千丝万缕的联系。

3 承重结构的功能由单一向多样化发展

承重结构顾名思义，最基本的功能就是承重，长久以来，承重结构都仅仅发挥了其基本功能。但是仙台和费诺却打破了这一局限，做出了大胆的创新。

仙台的管状柱不仅能承受荷载和作用，其空腹结构更是赋予了它许多独特的功能。①联系上下空间的作用：在立体柱内安装楼梯、电梯等，既解决上下交通问题，又达到楼梯隐蔽化的效果，是板―管―皮体系区别于其他体系的一个最明显的特征。②设备井的作用：在立体柱内安装各种管道，保证了设备的使用质量，也不影响整体结构的美观。③共享空间的作用：立体柱空腹结构且上下贯通，有的一直通到屋顶花园，将外部的阳光和空气直接输入到室内，达到一种室内室外的空间一体化的效果，增加了建筑使用的舒适度。

费诺与仙台相似，用于支撑整座建筑的10根混凝土倒圆锥体柱子内部也是空的，容积也相当可观。因此，餐馆、礼堂、酒吧、商店在这些柱子里是一应俱全，还包含了建筑物所需的各种辅助设施和用房。这种设计激活了建筑的接地空间，将每一个空间都利用起来，既达到了空间利用率最大化的效果，又使空间富有特色。

总而言之，充分发挥承重结构的多功能性，会激发出建筑空间无限的可能。因功能都由柱子内部展现，在提高空间利用率的同时，为整体建筑的空间、形态的形成打下了良好的基础。

4 承重结构与空间形态的关系由独立向相融合发展

大部分建筑物，其承重构件与空间形态的关系都比较独立，这是建筑学与结构学的矛盾所致，也是经典构筑体系梁―板―柱无法抹灭的一个弊端。但仙台却通过体系的创新达到了承重构件与空间形态相融合的效果。

仙台采用板―管―皮系统，板和管状柱作为承重结构前面已做相应说明，建筑物的外表皮则采用通透明亮的玻璃幕墙。仙台媒体中心整体看上去就好比一个水族箱，透明的玻璃幕墙能够一览无遗建筑物的内部构造，13根管状柱柱盘旋而上，如同自然生长的“浮动的海藻”一样充满生机与活力。

仙特的体系决定了内部空间的宽敞，每层都是开放的大空间，且各个空间之间没有古板的隔断，而是每个空间都根据其发挥其特有的功能进行自然的划分，营造了空间的流动感，也将空间利用率最大化，走在其中，仿佛置身于一座有街道、广场、公园等建筑，并且风格变化万千，街道各具特色的城区里，一根根管状柱的钢管也好比树枝，阳光照射“树枝”产生丰富的光影变化，将空间分割成一块块明暗不一的区域，创造出不同的空间，人们根据需要选择地点做自己想做的事情，增加了人们使用空间时的乐趣。

玻璃幕墙模糊了室内室外的界线，室外的人可以清楚的看到室内的活动，室内的人也可以看到室外街道的景象，使整个建筑物和城市完美地融合在了一起。特别是夜间，随着室内外照明灯光的变化，建筑物焕发出光怪陆离的色彩，成为夜间城市一道亮丽的风景线。

仙台打破了现代建筑物固有的结构形式，开创出将结构、空间及形式融为一体的板―管―皮新体系，不仅能够创造出温馨的场所，还能提升整个建筑的艺术美。这也是现代建筑结构体系发展的一大趋势，另一建筑物德国沃尔夫斯堡费诺科学中心也在结构功能与外观形式之间找到了完美的契合点。

费诺科学中心架空首层的设计理念不仅是结构体系的一次创新，也是创造流动空间的一次完美的体验。这种独特的空间布局策略，使得人们的视野得到了开拓与解放。参观者可以从保时捷街透过建筑物看到铁道对面的大众汽车城，城市南北部分在视觉上和空间上都联系在了一起。另外，架空的首层和建筑物前的露天广场形成一个有顶盖的半户外广场，可用作户外展览的活动场地，空间得到了充分地利用。

整座建筑需要10根混凝土倒圆锥筒体支撑，而屋顶框架只需要5根，因此只留5根在费诺的内部空间里继续作为承重构件发挥其作用，另外5根柱子则被削去了顶端，用于营造费诺的内部空间效果。被削去顶端的5根柱子有的上升，有的下沉，与柔美有力的曲线融合在一起，勾勒出连续而不可复制的丰富空间，营造出别有洞天的艺术美感。

这两座建筑物都足以说明，承重结构与空间形态的融合并不是纸上谈兵，只要设计理念合理，都可以建造出以人为本、造型美观的建筑物。

随着现代建筑的迅速发展，承重构件的设计理念也在一步步地创新，简单的承重功能已无法跟上时代的步伐，只有赋予承重构件更多的功能性，并与建筑学相融合，才能开发出承重构件无限的潜能，充分发挥承重构件的价值。

5 结语

通过对仙台媒体中心板―管―皮系统和费诺科学中心首层架空支撑结构的创作构思及结构体系的分析，可见现代建筑承重结构在确保建筑安全、可靠、耐用的同时，还应在空间形态、功能特性等方面充分体现设计师的设计理念。在达到了上述要求后，建筑就能改变以往单调的室内格局，营造出多样灵活的空间场所，并且赋予其更多的功能以适应人们日益提高的生活质量。新型承重结构不仅对其所在的建筑起到有效的改良作用，而且还能激活已经存在的周边地带，使城市蜕变为一个协调合理的建筑系统。因此进一步地对承重结构体系创新与探索，对于推进现代建筑设计有着积极的意义，同时建筑师人性化的设计理念及丰富的设计构想，对于提升承重结构的综合性能有着促进作用。

参考文献：

[1]孟宪川.试论仙台媒体中心建筑师与结构师的合作[J].建筑师，2008（1）.

[2]杜倩.扎哈・哈迪德建筑创作思想及其作品研究[D].同济大学建筑学硕士学位论文，2008.

[3]王洁，朱浩飞.从空间的构筑到场所的形成―评仙台媒体中心的非构筑性[J].华中建筑，2006（2）.

[4]赵倩.解析扎哈・哈迪德的设计思想与作品[J].大众文艺，2012（24）.

[5]李华东.伊东丰雄：仙台媒体中心[J].室内设计与装修，2001（8）.