浅析实体结构设计中应注意的非结构因素
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摘要：能够控制结构体系选择以及影响结构设计的外部因素有很多，而这些因素并非只针对结构体系与结构部件起作用，而是影响整个建筑设计的推进策略，本文仅选取其结构上的表现进行分析。因此，本文的就“我们设计的建筑会如何运作，建筑会创造怎样的场所，而建筑的使用者在建筑中又有怎样的感受”进进分析。在考虑建筑设计的策略问题的时候，我们更应该分析建筑所在的条件，建筑的构筑体会遇到怎样的外部影响。
中图分类号：S611 文献标识码： A
建筑师的任务简单来说，便是将无限的（以地球与人类的尺度差距来看几乎是无限的）空间进行划分，将人们的活动置于一个围合之内。这种围合有可能是一个单间，也有可能是一个复杂的聚合体，例如大厅的出现无疑说明了增加体量的想法，并付诸了实践。实体结构在考虑优化之后可以合并部分重叠的双层墙体，然而由于墙体在实体结构中是占支配地位的要素，在上开洞等操作还是受到明显的限制。到了风格派或者密斯·凡·德·罗设计的砖结构乡村别墅中，相交墙段的独立结构得到了解决，不用于承重的墙体也被取消了。结构体系与建筑造型的决定并不一定都是针对结构问题本身的。假设将所有的建筑结构都从设计之初就强制定义成方格网梁柱的话，任何的操作都只会局限在这些格子中。而无论是是我们所谓大跨度设计的问题，还是大空间设计的问题，都是由结构之外的因素所引发的。因此，本文总结了一系列能够在结构体系与结构构件思考中应该注意的非结构因素：
一、由地理环境决定的结构系统
以外国瑞士北部建筑为例，大多数的瑞士北部的建筑结构都选用了“实体结构”作为结构系统的原型。虽然这个现象与德国、瑞士的建筑师所接受的教育不无关系，而地理与气候的条件也是不可忽视的因素。 我们知道瑞士北部位于西欧的阿尔卑斯山区，因此这个地区会有两个特点：一为山地与坡地地形；二为寒冷。如果让我们除开由于天然石材丰富而流传下来的石墙建筑传统的因素，那么气候的原因便决定了建筑的结构系统。在奥托广场大楼的建筑工程中，建筑的外墙与走廊的隔墙成为了建筑的承载结构，而这些墙体又都是厚重并且施加保温的。当我们考虑到寒冷的气候时便容易理解其中的道理，如果在这样的条件下设计一个由杆系支架组成的建筑，其围护结构在施加保温以符合热功需求之后并不一定还能呈现轻盈的状态。而如果设计的概念希望诚实地表达结构的特征的话，这并不会是一个理想的状态。在瑞士格劳宾登第二峡谷步行桥的建筑工程中我们也看到，同样是由于气候，对结构的设计所考虑的主要是冬季的积雪荷载而非使用者通过时的活荷载。设计根据这个因素推导出了力学图像并最终完成设计。
当我们换一种地理环境分析，再看看到东京普拉达旗舰店的建筑案例。这个建筑设计通过精妙的几何控制得到立面上的传递荷载的构件。而密集的斜向构件也能提供良好的水平向抗侧力。我们知道日本是一个地震多发的国家，对于建筑的抗震要求是相当高的。普拉达旗舰店的菱形立面结构则在几何上提供了可以传递竖向荷载然而并非绝对稳定的图形，使得建筑的主要结构能够通过变形来消解地震的水平与竖向震动而产生的额外荷载。同时，建筑中的楼板与立面的连接方式也使得在产生地震时，楼板与竖向结构并不成为一个刚性的整体去强行抵抗地震力而造成破坏，而是会随地震而摆动。这样能够有效地消耗地震的能量，而保护楼板不受破坏。
所以说，根据地理环境的不同而作出有针对性的设计策略，并不是仅仅停留在结构设计的层面，这种方法广泛适用与建筑设计的每一个环节。而结构系统的选择与结构构件的设计，作为建筑设计的重要部分，符合地域特征的考虑会大大提升建筑完成之后的性能。
二、由城市设计引发的结构命题
在谈论城市设计之前，我们先将这个概念延伸到建筑与场地环境相关的层面。我们再去看看瑞士格劳宾登第二峡谷步行桥的建筑案例，可以将关注点放在这个设计的体系策略和输入参数上。作为桥梁主索两端的方向与，以及桥面的曲线形态的集合，都是通过对峡谷的两边的分析而得出的结论。场地中的自然高差通常会是比较显而易见的影响因素。而这种因素则又会决定结构体系的实用，例如在第二峡谷步行桥中选用了形态作用体系作为最合理的解决方法；而高差的存在与使用者能够行走的坡度限制则会成为桥面曲线生成的依据。同样是场地状况而产生的命题，在本文的沃尔学校的案例中，一个已经存在前储油罐坑成为了左右建筑结构策略的因素。通过对这个坑的利用策略分析，建筑师得出了需要制造地下与底层大空间，而上层小空间的设计策略，因此才会出现悬挑的楼板和需要斜拉索的承重墙的最终设计。
而考虑城市活动引入建筑设计策略的案例则是国家体育场“鸟巢”的设计。作为奥林匹克运动会所开辟的园区，“鸟巢”的场地中并没有类似自然高差或者现存基地状况的参考。而对园区城市设计的考虑，以及对于建筑主要功能达成之后的持续进行的探讨，则体现在了“鸟巢”的建筑与结构设计上。为了制造一个区别于体育活动的公共场所的概念，在进行城市研究之后被设计师赫尔佐格与德梅隆提出，并且根据这个概念，“鸟巢”的看台部分与看台与建筑表皮之间被刻意塑造出了一系列可以直接到达的半室外空间。而巨大的桁架柱与看台“碗”结构的策略则是很好地将两个区域区分开，立面上的楼梯则为这些半室外空间提供了更丰富的使用与可达性。“鸟巢”结构系统的视觉结果为这个建筑带来了很强的标志性，因此“鸟巢”也能成为这个城市区域的“吸引子”，配合提供活动的场所而成为城区内十分重要的活动设施。
所以说，结构体系的选择和结构设计与城市设计之间并不一定是直接的“因”与“果”的关系。更有可能是相互推导相互促进的状态。因此在考虑这两方面因素的时候需要时常跳出工作状态从另一个方面来审视设计的成果。
三、为使用者活动创造的结构构件
建筑最终是归为使用的，因此针对建筑使用者的细心设计会很好地提高建筑设计的品质。如果将这种关照结合在结构设计之上，更能提升建筑的使用效率。 在具体的结构构件的处理上，赫曼·赫茨伯格设计的一系列学校设计是非常好的例子。维斯帕斯特拉特学校的楼梯挡板设计的加宽处理，为学生提供了额外的餐桌；阿波罗学校的柱基则提供了休息、集结以及堆放杂物的场所。这些设计可能并不过多地影响结构的整体性能，而对空间的贡献，或者说对使用者来说则是非常友好的。 而克里斯汀·凯瑞斯的设计的豪瑞能力中心的设计中，结构的设计并没有直接制造提供使用者关怀的细节，而是跟随在空间操作的动作之后，强化了空间的感受。建筑中梭形的立柱顺着中庭的开设方向斜向支撑，在符合承载要求的前提下将自身的尺寸压缩，以提供一个连续无遮挡的室内感官。 在“鸟巢”的设计中，立面的楼梯不仅作为强化立面整体结构的稳定性的元素，也给城市介入的活动提供了更多的空间元素。这些楼梯可以成为活动的额外看台，或者如同纽约大都会博物馆门前的大台阶，这些楼梯本身，也可以成为小规模活动的发生地。
参考文献：
[1] 张建荣主编，建筑结构选型，中国建筑工业出版社，2011.1
[2] 曲翠松著，建筑结构体系与形态设计，中国电力出版社，2010.6
[3] 叶君放，建筑空间结构的分析与评价，硕士论文，2007