征服高空的建筑师

在阿联酋著名旅游城市迪拜，坐落着当今世界上最高的建筑――哈利法塔（原名迪拜塔）。这座高耸入云的建筑共有162层，高达828米，远远望去，就像是一根直插入天空的长矛。哈利法塔的建成无疑是建筑界一个里程碑式的突破，而它的设计方，正是以超高楼设计闻名的美国SOM建筑设计事务所。

在哈利法塔之前，SOM事务所就因设计了芝加哥的西尔斯大厦和纽约市的自由塔而闻名于世，它是高层和超高层建筑设计领域当之无愧的领头羊。而之所以SOM事务所能够在这一领域独领，很大程度上要归功于一个天才设计师的加入，他就是被同行公认为建筑界“爱因斯坦”的法茨拉・卡恩。

建筑界的巨人

1929年3月3日，卡恩出生在孟加拉国的一个村庄。卡恩的父亲是当地一位备受尊敬的高中数学老师，后来成为了孟加拉地区的公共教育部主任。在这种书香世家氛围的熏陶下，小卡恩对于学习知识有着很高的热情。当他上中学时，他的堂兄考上了当地一所大学，学习工程技术。堂兄从学校回来后，经常给小卡恩讲自己学习中遇到的一些趣闻，将卡恩引领上了工程技术的道路。

卡恩因成绩优异，在大学毕业后得以到美国的伊利诺伊大学进行深造。在那里，他获得了理论和应用力学的硕士学位以及结构工程学的博士学位。卡恩的学习之旅可谓一帆风顺，一毕业，他就被美国知名建筑设计事务所SOM录取，开始了自己相对短暂却又无比辉煌的事业生涯。

在SOM事务所中，卡恩凭借自己过硬的理论知识、天马行空的想像力，以及敢于打破成规的创新能力，在建筑界掀起了一场名为超高层建筑潮的风暴。

“破而后立”的筒式结构

在卡恩之前，世界上的高层建筑始终被卡在300多米的高度上，再难寸进。人们向往着将建筑朝更高的空间发展，但却被卡在这个瓶颈之上，无论如何也迈不出最关键的那一步。无数建筑界的设计师绞尽脑汁想要改进框架结构，但无一不以失败告终。难道，人类的大厦只能有300多米高了吗？

卡恩在进入SOM事务所后，也遇到了这个让当时的建筑学界头疼不已的难题。但与前辈不同，初出茅庐的卡恩敏锐地感觉到，传统的框架结构遇到的瓶颈，不是简单的改进能够解决的，想要建造更高的大厦，必须彻底抛弃传统的框架结构，而创造出一种更加高效、更加经济的结构模式。

于是，卡恩开始用自己的方式思考，闭上双眼，他将自己融入到即将被设计出的大厦当中，用心感受着大厦的每一个部分。慢慢地，在他眼中，风吹来时墙面承受的力量，遭遇地震时每个部件受到的压力和扭力，全都呈现在了他的眼前，他紧紧抓住了这些力量的作用方式、作用位置，想像着一个更加合理的建筑结构。

没用多久，卡恩就提出了筒式结构的设计方案。和框架结构不同，筒式结构的特点是将大量的材料集中在周边，内部中空，如同竹筒一般。很明显，比起棋盘状的承重柱，筒式结构的承重墙明显在抵御横向作用力上更具有优势。如果让承重墙完全承受来自横向的作用力，而只让承重柱负责承载竖直的重力载荷，那么，就可以在减小承重柱体积的情况下，进一步增加建筑的高度了。

更高明的是，的筒体能够承受水平方向作用力的大小，是依靠整体设计的几何效应来实现的，而不是像传统框架结构那样，只是单纯加大构件的横截面积，来增加承重墙的体积。这样一来，既保证了建筑的经济实用性，又维持了建筑的美观，可谓是一举两得。

这一设计一经提出，就受到了SOM公司的重视，1966年，卡恩接手了芝加哥46层公寓“Plaza on DeWitt”的设计。在实践过程中，卡恩获取了大量的经验，为之后纽约世贸中心双子大厦的设计提供了大量的理论基础和第一手资料。而他的筒式结构，也真正受到建筑界的认可。

高层建筑的新纪元

筒式结构的出现，已然是建筑界的一大突破了，但对于卡恩来说，这只是他在自己的事业生涯中迈出的第一步。1969年，他设计了约翰・汉考克中心大厦，对筒式结构进行了一次“版本更新”，正式引进了带斜撑的框架筒体结构，也称为桁架筒体结构。

直观地说，就是在建筑的外墙上增加了一个巨大的X型桁架斜撑，千万别小看这个小小的改动，由于有了这个斜撑，建筑的墙体可以抵御的水平向作用力大大增加了，这使得内部的承重柱数量得以进一步减少，让人们拥有更多的使用空间。同时在外观上，这种设计也有着巨大的视觉冲击，使得结构本身成为了建筑装饰的一部分，体现了建筑结构自身的美学艺术，因此受到了无数建筑师的追捧与效仿。著名美籍华裔建筑师贝聿铭设计的香港中银大厦，就采用了卡恩的这种设计理念。

不过，这样的筒型结构建筑虽然比原来的传统结构建筑拥有更多的使用空间，但是能够增加的楼层高度仍旧有限。虽然很多人认为，卡恩已经获得了巨大的成功了，但卡恩自己却并不满意，他希望的，是更大的突破，是超高层建筑新纪元的到来。

在一次又一次地涂抹掉自己的设计方案后，卡恩在与自己团队合作的伙伴身上找到了灵感，那就是“束筒”的概念。相信大家都知道父亲让几个儿子折木棍的故事，单独的一根木棍很轻易就折断了，但是将木棍合在一起，就再难折断它们了，这就是团结的力量。而束筒正是利用这个原理，将多个框筒或桁架筒“捆”在一起，以更好地抵御外力。

束筒结构的出现，掀起了超高层建筑的新一波浪潮。现在世界上著名的超高层建筑，如哈利法塔、台北101塔、西尔斯大厦、世贸双塔等等，无一不是采用了束筒结构，而在未来，还会有更多的超高层建筑按照卡恩的理念被设计出来，供人们使用。

生活就是人类的艺术

卡恩能够在建筑领域取得如此巨大的成就，一次次突破建筑高度的极限，与他的艺术情结也息息相关。虽然艺术和工程学似乎是风马牛不相及的两个领域，但它们都是人类生活中必不可少的一部分。而在卡恩的设计中，这两种元素被完美地结合在了一起。

让我们以卡恩提出的束筒结构概念为例，这种结构不仅在工程力学方面具有极大的优势，还有着巨大的实用性以及艺术价值。不同形状的束筒结构组合起来，可以建成各式各样的高层建筑，比如由多个六边形筒体组成的蜂巢形束筒、多个三角形组成的五角星形束筒、多个圆形组成的泡沫状束筒，等等。而且不同筒体的高度还可以根据建筑功能的需求自由变化，使建筑外观不复传统建筑的死板单一，变得错落有致、立体鲜活。可以说，卡恩在开创了超高层建筑新时代的同时，也开创了建筑艺术的新时代。

著名工程师大卫・比灵顿曾说过：结构艺术的第一要素就是专业的效率，即要用最少的材料获得最低的重量、最少的花费以及最小的视觉质量。而卡恩的设计就是对结构艺术的完美例证。艺术本身就是“一切皆有可能”，当结构成为了一种艺术，又有什么是不可能实现的呢？

因为将工程当成一种艺术，卡恩才能大胆创新，挣脱传统的桎梏。卡恩的设计中处处体现着艺术家追求美、追求极限、追求突破自我的意识。与此同时，他又有着工程师的严谨、学识和为人们服务的意识。两者交汇之下，卡恩的设计才能超越常规却又不脱离实际，成为建筑界的永恒经典。

卡恩用融入了艺术的建筑征服了高空，那么，如果我们将艺术融入天文、融入地理、融入各种科学，我们会否也能创造某个领域的新纪元呢？

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框架结构的极限

普通人或许想不通，如果想要增加建筑高度，多建几层楼不就可以了？只要材料足够，那还不是想盖多高的楼，就能盖多高的楼吗？这种想法太过于天真了，实际情况远比我们想象中的要复杂得多。

传统的高层建筑基本上全都采用框架结构，这种结构的特点是由棋盘状分布的柱体来承受建筑的重力，因此高层建筑的高度，就受制于柱体的承重极限了。那么如何提高柱体的承重极限呢？最简单的方法，就是增大承重柱体的横截面积，不难理解，柱体越粗，其能够负荷的各种作用力也就越大。

然而，承重柱体的横截面不可能无限地扩张。由于柱于建筑内部，占据着建筑内部的空间，如果承重柱体过大，人们就没有活动的地方了。再考虑到高空中侧向风力的指数增长，以及地震时可能产生的震荡波对大厦纵横两向的作用力，因此在过去的材料条件下，300多米的高楼就已经达到极限了。

如果你有机会到纽约市的帝国大厦参观，就会发现，它的承重柱已经粗得足够让你震惊了。而正是这“粗壮”的柱子，使其获得了当年“第一高楼”的美誉。