[分享]钢结构体系的建构文化及其对中国建筑现代化的意义

发表于2018-08-27     484人浏览     1人跟帖     总热度:242  

作者:朱承哲
来源:建筑钢结构进展(id:gh_de6b400120dc)
1  概  论
在中国的建设活动中,钢结构凭借其优异的受力性能、标准化的生产模式和稳定的产品品控等优势,正在成为解决建筑规模和形式问题的“万能利器”。诸如北京的央视大楼这样的巨型悬挑结构,或是像上海中心这样的超高层建筑,仅有钢结构优异的性能才能够满足建造要求。然而,在追求技术突破的同时,中国的传统建造语言正在逐渐消失。我们看到了太多外形似乎极其传统的所谓“复古建筑”,但实际上却是钢筋混凝土结构或者钢结构略加外表的装饰而建成的。如何合理地应用钢结构,使之与中国的场所相契合,而不只是因为有能力所以去追求惊人的结构形式,也就是说,如何不滥用钢结构,这是需要建筑师们冷静思考的。而要解答这个问题,我们需要考察建筑学最基础的两个范畴,即物质性的理性内容和非物质性的感性内容。
2  结构、构造与建构的定义
建筑的物质性内容可以大致分为三个层次:结构(Structure)、构造(Construction)和建构(Tectonic)。
结构,用于传递建筑物的荷载。维特鲁维在《建筑十书》中提出建筑物的“坚固、实用、美观”三原则,建筑物的坚固是最基础的要求,良好的结构设计为建筑的坚固提供保障,可以说结构是建筑物质性属性中最基础、最重要的一点。
构造,则是研究不同结构构件之间如何稳固地连接的,构造的设计决定了建筑将如何施工,以及完工后建筑节点的可耐不利条件的能力,例如抵御风雨腐蚀、地基沉降等的能力。
而建构的定义比较复杂,属于外来词汇,Tectonics的词源为希腊语的Tekton,原指木匠或建造者,后也用来指称一般意义上的建造技艺。再之后,阿道夫·海因里希·玻拜恩将建构定义为连接的艺术,这并不完全是建筑学范畴内的定义,也包括了文学等领域如何组织要素的方法。首先将建构在建筑学范畴内清晰定义的是卡尔·博迪舍,在《希腊人的建构》中,他区分了核心形式和艺术形式两大范畴,建构就是指在建筑物中与艺术形式(如装饰的彩画和建筑风格)无关的剩余所有物质性特质的综合,包括结构及其连接、材料选用、周边环境与建筑物的关系等。在本文中,我将建构定义为研究材料的特性、材料之间的组合方式,以及结构体系的综合性在内的范畴。
3  建构的文化意义
从上述定义来看,建构可能是一个纯粹的技术性领域,实则不然。一种建构体系的形成,必然会受到当地的自然条件和文化特质的影响。例如古希腊神庙为模仿民间木质建筑形制,而采用了并不适合石材的梁柱体系,从纯技术的角度来讲,这样的结构并不是最优的,但在长期的文化熏陶下,希腊人认为只有这种建构体系才能表现出建筑的尊贵性和永恒性。这种影响一直作用于西方建筑,直到19世纪,人们用表面的贴面模仿古希腊的石质建筑,而追根溯源,古希腊的石质建筑又是模仿之前的木构建筑所得的(如图1所示的帕特农神庙,由石质三陇板雕刻出木构纹理,图2为帕特农神庙的石梁细部)。同样的例子也可以在中国见到,在清朝官式建筑中我们同样可以发现已经失去了技术意义的斗拱,作为一种文化符号而留存下来。建构的文化性往往压倒了技术性而决定了一个地区的建构形式。
钢结构体系的建构文化及其对中国建筑现代化的意义_1
图1  帕特农神庙
钢结构体系的建构文化及其对中国建筑现代化的意义_2
图2  帕特农神庙的石梁
钢结构体系的建构文化及其对中国建筑现代化的意义_3
图3  巴黎博览会机械馆钢结构接地节点
虽然建构具有深厚的文化内涵,但直到19世纪,建筑学关注的内容都集中于造型、风格、比例等属于如前所述的“艺术形式”内的内容,对建构仅仅关注其技术内容。而在当时,铸铁这一新型材料的出现,以及西方社会现代化过程中不断对建筑规模提出新的要求,促使结构工程师和新式以铸铁为原材料的钢结构的重要性日渐凸显。虽然当时大部分情况下结构工程师设计的钢结构建筑不被主流建筑界认可为建筑,而仅仅是构筑物,但水晶宫的出现、埃菲尔铁塔的建成,这些建筑巨大的尺度,裸露的钢构架和暴露的节点对人们的冲击力是不言而喻的,技术的时代已经在客观上压倒了一直持续到巴洛克时期的比例构图时代。图3为巴黎博览会机械馆钢结构接地节点。图4为维奥莱特•勒•迪克三千人音乐厅的方案图,可以看出尖券肋骨拱和铸铁结构的结合。
这种冲击使得建筑师开始关注结构、构造节点、力流与形式之间的关系。这种思潮集中反映在结构理性主义者如维奥莱特·勒·迪克的著作和设计构想之中,也使得长期处于边缘地带的哥特建筑的建构价值得以被发掘。可以说,钢结构的出现和应用,直接导致了古典建筑学的崩塌,为打破风格的束缚铺平了道路。
钢结构体系的建构文化及其对中国建筑现代化的意义_4
图4  维奥莱特·勒·迪克三千人音乐厅方案图
4  钢结构的建构特点
森佩尔将建构分为两大体系:轻质线状构件组合而成的围合空间的构架体系和厚重元素在重复砌筑中形成的体块砌体结构(即框架和砌筑)。钢结构属于框架体系,这种结构形式相较于砌体体系而言,在构成空间时自由度更大,获得的空间通透性较高,配合玻璃的使用,建筑的室内外空间连通度更高,建筑具有透明的姿态。例如贝聿铭设计的卢浮宫主入口(见图5),玻璃金字塔的实现必须依赖纤细轻巧的钢结构,甚至普通的钢结构也不能满足需求,而需要借助更加通透的钢爪拉索幕墙系统。
钢结构体系的建构文化及其对中国建筑现代化的意义_5
图 5  卢浮宫金字塔幕墙节点及室内效果
钢结构体系的建构文化及其对中国建筑现代化的意义_6
图 6  蓬皮杜中心结构简图
此外,将所有的荷载延线状构件传递,这意味着真正的结构构件将不足以完成围合空间的任务,这就要求建筑的建造分为结构部分和围合部分,如此一来,除非建筑师刻意隐藏,钢结构的建构方式自然地带有一种结构理性主义的倾向,即建筑形式忠实反映其受力形式。伦佐·皮亚诺和理查德·罗杰斯设计的巴黎蓬皮杜现代艺术中心使用杠杆原理(见图6、图7),用翼状构件将桁架梁托起,然后将构件另一端向下拉紧,拉杆和压杆的尺寸对比强烈,每个节点的连接性质明晰,构件的受力情况一目了然,结构的精巧和张力的强烈表达,共同形成了具有特色的建筑形式。
钢结构体系的建构文化及其对中国建筑现代化的意义_7
图 7  柱与梁交接细部
5  中国传统建筑的建构意匠
与钢结构相似,中国传统建构体系同样属于框架结构。中国的传统建筑具有简明、真实、有机的特征,大部分建筑都直接暴露结构构件,对构件的艺术形式的处理也顺应木材的受力特征,例如梭柱,与梁相接处做收分处理,能够确保荷载大部分作用于柱的形心,避免偏心受压,以及向上弯曲的月梁和做卷杀的斗拱,都确保了结构构件在承受较大弯矩处有较大的截面面积,保证了构件的承载力。中国的传统建筑在长期的实践和总结中自然形成了结构理性主义的倾向。
建筑的非物质性品质例如空间,受到物质性品质的制约。中国的木框架建构体系决定了传统建筑具有很高的灵活性,结构形式与内部空间没有直接的对应关系,建筑也能够完全向室外打开,甚至模糊了室外和室内的界限。然而由于材料本身的限制,单体建筑的最大跨度较小且难以向多层建筑发展,因此中国传统建筑也因其建构特点形成了具有特色的水平向群体化布局的特色。虽然每个单体建筑内部空间模式较为单一,但多种尺度的单体以多样化的规则进行组合,再加上自然的不同要素如水系的引入以及建筑与室外模糊的灰空间,中国建筑得以以群体的形式营造出近乎无限的空间层次和不同的空间体验。
由于木构建筑易腐蚀,许多建筑构件需要不定时更换,或整个建筑将以极小的代价推倒重建。这种新旧相容的特有的拼贴性加大了建筑的丰富性。构件的更换和建筑的再生也暗合了中国传统价值观中的生死轮回观,是建筑“天人合一”观点中最核心的观点。
6  钢结构对于中国建筑现代化的应用价值
钢结构体系的建构文化及其对中国建筑现代化的意义_8
图 8  何陋轩剖面图
钢结构体系的建构文化及其对中国建筑现代化的意义_9
图 9  竹柱触地节点
钢结构体系的建构文化及其对中国建筑现代化的意义_10

图 10  何陋轩实景图
钢结构的建构特点与中国传统建构体系有许多相似之处。它们都有结构理性主义的倾向,都有着清晰的传力路径和诚实的节点表达,都为建筑室内外空间的流动创造了可能性,都具有一定的可拆卸和可更新性。
方塔园中的何陋轩(见图8-10)具有传统中国建筑的空间特质,为我们提供了一个钢结构的建构与中国传统建筑的建构意匠(原指诗文、绘画的构思、布局,本文中引申为建筑的构思、布局)相结合的典型范本。何陋轩采用了传统建筑的坡屋顶形式,但其下的结构体系则在继承中国传统营造手法的基础上,吸收了大量的现代化钢结构桁架的设计方法。虽然整个建筑的结构构件为竹子,但只要将杆件替换为钢制压杆和受弯构件,这个建筑马上就可以成为一个标准的钢结构大跨建筑。在杆件的搭接处,捆扎的手法实际上起到了钢结构中多向铰节点的作用,而在主要的支撑柱的基部,冯纪忠先生使用了将铸铁的套管固定在地面上,再将套管与竹子互相固定的做法,一方面强化了最为关键的传力点,另一方面表现了钢结构的材料特性和构造特点,为建筑赋予了技术上的现代性,另一方面蕴含着传统建筑中对受力节点突出表现的建构传统。而将捆扎的节点涂黑则意在模仿铸铁的材质,倘若当时建造的成本允许的话,这些节点一定会是铸铁制作的多向套管,然而受限于当时的建造预算,这些节点只能借助这种更加廉价但不失其原本意图的方式来完成。在这个规模不大的建筑中,冯先生通过创造性地融合钢结构的建构逻辑和中国传统建筑的建构意匠,创造出了具有原型性质的中国现代建筑,探索了中国传统建筑在新技术时代的一种表现方式,值得我们深入去研究、去拓展。
笔者认为,中国建筑的现代性在这个小型建筑中展现得最淋漓尽致。要实现中国建筑的发展,必须要发展中国特色的建构系统并使之适应现代的需求,而最切合中国的建造体系的就是钢结构体系。我们需要一批同何陋轩之于中国的建筑形式,以及代代木体育场之于日本的建筑形式这样优秀的探索作品,也需要更多去研读传统建构理论,构建属于自己的本体性的建筑。

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 发表于2018-08-27   |  只看该作者      

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钢结构体系的建构文化及其对中国建筑现代化的重大意义

蒋德华

山东 滨州 | 工程造价

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