斯蒂文.霍尔建筑作品中的结构表现

杨得鑫,王孝斌

(1重庆大学建筑城规学院,重庆400030;2长厦安基建筑设计有限公司,重庆400043)

斯蒂文.霍尔建筑作品中的结构表现

杨得鑫1,王孝斌2

(1重庆大学建筑城规学院,重庆400030;2长厦安基建筑设计有限公司,重庆400043)

在斯蒂文.霍尔近期代表作品中,结构作为表达建筑之美的手法尤为突出,特别是结构性表皮①的运用,比如北京MOMA,成都来福士等建筑作品.斯蒂文.霍尔通过传统结构体系组合和变形的手法将建筑整体空间结构体系进行了清晰地表达,通过结构力学逻辑和结构形态逻辑的结合将结构之美淋漓尽致地表现出来,通过结构构件连接节点的隐藏和结构表皮的精心处理将整体结构朴实之美完美展现.斯蒂文.霍尔将建筑形态与结构形态有机结合以表达其建筑作品思想,这为建筑设计提供了另一种构思思路,具有很好的参考价值.

结构体系;力学逻辑;节点;斯蒂文.霍尔;结构表现

结构如同人类骨架,从其本质上可分为两个层次来认识:第一,组成结构的细部形式,构造构件及节点等部分;第二,结构的整体构成关系[1].结构提供建筑的技术支撑的同时,形成了建筑最基本的原始轮廓.随着新材料和新技术的出现,结构自由程度不断提高,建筑艺术的可能性也越来越多,结构形态对于建筑表现的作用力也上升为一种造型艺术.美国当代建筑师斯蒂文.霍尔在他的建筑作品中,对于结构的运用,不单是解决技术问题,更重要的是为了创造一种无需隐藏的表现力量.他把结构技术和建筑艺术相结合,实现和谐统一,将结构表现建筑之美作为一种行之有效的创作方法.

1 总体空间结构体系的明晰呈现

结构体系,简单地说,就是由点、线、面、体组合而成,承载建筑物自身受力及抵抗使用中所产生的各项荷载,以及维持建筑实体的形态,被视作建筑物的骨架.通过结构体系的外露,将结构形态(全部或局部)直接展现在人们眼前,体现独特的结构之美.譬如法国巴黎的埃菲尔铁塔,建筑师将其结构体系完美呈现出来,带来一种无比震撼的稳定之美.观察斯蒂文.霍尔建筑作品的外观形体,虽不能完全看到其结构,但能清晰地判断出所采用的总体结构体系,建筑所传达的结构美随着结构体系的不同也有所差别.

在高层及超高层建筑中,斯蒂文.霍尔通常采用多个塔楼加连廊的建筑形式,塔楼采用筒结构,连廊采用钢拉索结构或者钢桁架结构.最典型的是北京MOMA,由9个塔楼和8个连廊组成,塔楼采用结构性表皮,从外部即可看出整体为框架-筒结构.在外露的框架结构中,水平和竖向的分隔较密,实际上是一个开孔的筒体体系,因此塔楼结构又可视为筒中筒结构,传达出一种稳定之美.而斯蒂文.霍尔的深圳万科中心是传统结构思维的转换用法,其结构体系本质是由多个塔楼加巨型连廊组合而成,连廊采用钢结构拉索形式承受其巨大荷载,起支撑作用则有柱群、厚墙和筒体三种结构,而从直观上可认为是形体的大悬挑,挑战地球引力,很好地突出了结构力度,传递出体量感的强力之美.

斯蒂文.霍尔在中小型建筑中擅长运用梁-柱结构体系,通过对梁构件的复合化、矢量化以及梁断面形式的多样化、巨型化[2],改善梁的跨越能力,提高其支撑的稳定性,同时外在表现也丰富起来.例如盒状的四方现代艺术博物馆,由相距较远的电梯井、钢板组合剪力墙和楼梯井三点支撑上部钢结构的空中展览,其中三个支撑结构起到力的承载、传递作用,是柱的变形,上部钢结构完整连续,跨度较大,具有断面巨大的箱型梁的特点,由此可见,建筑整体就是一个矢量化和巨型化的梁-柱结构,形体简洁,富有力度,具有强烈的视觉效果.再如丹麦海宁现代艺术博物馆,从形体上看是墙-板结构体系,将其单元化后是梁-柱结构体系,梁断面上直下曲,为钢桁架结构,是梁构件矢量化的表现,使建筑看上去轻柔自然,耐人寻味.

在斯蒂文.霍尔的作品中,建筑通常通过转折、悬挑、连廊等手法对规则体块进行拓展,在常规结构体系基础上进行变形、组合等,打破传统形式,丰富视觉变化,通过结构力量的可视化达到建筑师想传达的一种视觉体验(表1).

2 力学逻辑的真实体现

"结构表现"就是以建筑结构为主要表现手段,着重发掘建筑结构中由于力的存在而产生的艺术因素,即寻找力和艺术的结合点,变抽象的结构概念为生动的建筑语言[3].结构强调明确、清晰的逻辑关系和理性精神,让人一目了然且清晰的结构逻辑会大大提升建筑的感染力.如电视塔和大跨度屋面结构及桥梁等,其外表形态与结构的弯矩图相似度极高,以弯矩图的形状作参考点确定建筑的大体形态既在结构受力上满足合理要求,又在艺术表现上独具一格[4].斯蒂文.霍尔常把主结构直接或间接展现,将结构受力逻辑完全反映出来,体现建筑以及其结构的形式美、科学美,达到技术与艺术的融合.

表1 斯蒂文.霍尔建筑作品结构体系分析

北京当代MOMA呈围合形的9座不等高塔楼的结构主体形式为带斜撑的密柱框架-剪力墙结构,柱距3300mm,柱宽800mm,梁高730mm,在结构收进、突出等结构薄弱处两侧设置型钢混凝土斜撑或型钢斜撑,以及在较大洞口上方和转角洞口两侧设置带斜撑的整体转换桁架.建筑师斯蒂文.霍尔将承担结构作用的外围结构突出于窗户之外,虚实对比强烈,整个受力体系清晰地反映在建筑表皮形态上,受力逻辑表达清晰且明确.在体形收进处的斜撑避免结构刚度的突变,悬挑处的斜撑承受突出部分重力荷载产生的倾覆力矩,将其传递到塔楼上,使塔楼整体承受倾覆力矩,减少主体结构的扭转效应和竖向地震效应.在洞口处的带斜撑整体桁架转换结构使得侧向位移减少,竖向刚度提高,结构变形减小,在重力荷载作用下转换桁架横梁基本处于受拉状态,中间柱支撑处基本没有支座负弯矩出现,减少了横梁弯矩和柱中轴力,提高了转换结构的安全度,使得整个结构体系的受力机制更趋于合理化[5].在视觉上不强调梁、柱、楼板等各个结构构件之间的差异性,将其同一化,形成富于整体而连续的结构表皮,使得传统的空间等级变得模糊,各结构构件之间的互相依赖也得到了加强.当受到外力作用时,每个部分都共同参与抗力,相互支撑的结构在空间中将各分散的元素以交互的形态组织成一体.MOMA结构的合理性和直接性营造出一种稳定、朴实之美.

而在其设计的美国麻省理工学院西雅图学生公寓,由于结构的外骨架采用每块10英尺X20英尺拥有3~6平方英尺窗洞的预制混凝土板每边预留钢筋,通过绑扎、焊接等连接成承重墙,同时使得悬挑跨度得以实现.斯蒂文.霍尔为外显的结构体系提供逻辑依据,在窗侧墙涂上不同的颜色以代表预制混凝土板中钢筋的不同尺寸(图1),蓝色代表5号,绿色代表6号,黄色代表7号,橙色代表8号,红色代表9号和10号,而没上色的区域则是更小的尺寸.同时在视觉上取得理想的艺术效果,与学生的青春活力相和谐.

深圳万科中心则采用"斜拉桥上盖房"的做法,实现落地筒体、实腹厚墙、柱支承离地10~15m的上部4~5层结构,中间跨度50~60m,端部悬臂15~ 20m.上部结构重力荷载由预应力拉索、首层钢结构楼盖和上部各层混凝土结构楼盖整体协同工作传递到竖向落地构件---筒体、墙、柱,水平荷载通过各层楼屋盖传递到落地结构(图2).整体结构平面狭长且多支,为加强各筒体之间的协同工作能力,保证斜索拉力的有效传递,在结构底层和顶层楼层平面内加设水平交叉斜撑,加强面内刚度和承载力,同时兼作承重梁.虽然结构不是直接暴露在外,但通过透明玻璃清晰展现,使得建筑的外立面也变得更加丰富,突显一种刚度之美.

图1 侧墙不同颜色代表钢筋不同尺寸

图2 结构体系及传力示意

斯蒂文.霍尔在作品中常将建筑表皮作为建筑的主要受力体系,承受其他构件的荷载并抵抗侧向力的扭转作用;通过结构的外露传达结构所传递的力学信息,体现清晰而有逻辑的结构形式.在审美上产生视觉平衡的心理,同时由于构件的大量连续的重复获得丰富的韵律感和节奏感,是一种轻修辞、重逻辑的表现手法.建筑结构的受力逻辑直观、强烈地体现,能够获得形体的平衡与稳定,并且能够展现结构的强度与刚度,造就一种独特的表现力.

3 交接节点的精心隐藏

建筑中最小的构造部分是整体的合理结果,正如整体也是最小构造部件的合理结果一样.构造的成功不仅仅在于它是否让人感到一种愉悦,而是使人感觉到由于他们的存在使得整体变得更加连贯和有逻辑[6].结构构件的组成以及结构与围护构件的组合都要依靠连接来实现,连接设计大多以节点或是细部表现出来.在斯蒂文.霍尔的建筑作品中,在很大程度上完成作品的品质决定于连接构件或者交接节点的品质.

在连体高层北京MOMA中,采用设置摩擦摆式隔震支座的弱连接方法将连廊与塔楼隔离,在地震作用下,改变固有振动频率和滞回效应的能量消散有效减小传递到结构中的侧向力和水平振动,具有更高的承载能力、更大的位移变形能力和更好的耐久性能.由于连接体位于楼板与楼板之间,连接节点就隐藏于结构之中,从外部无法观察得到,使人觉得得建筑整体外观干净、纯粹.

在建筑外观中,斯蒂文.霍尔通常不将结构的真实材料和梁板柱的连接点暴露在外,而是在表面做了精心的处理,将所有节点隐藏在表皮之后,使得外观更加大方、朴素.例如MOMA的结构性表皮,并不是清水混凝土的真实呈现,而是采用特种工艺铝板做外装饰,为避免产生光污染在表面经过特殊处理,窗框部分采用彩色装饰铝板,外饰彩色夜光漆从中国古代建筑丰富多彩的色彩中选取的8种互补配对颜色.再如深圳万科中心的可供仰视的底部,采用铝板将首层钢梁组合楼盖的构造细节隐藏起来(图3),铝板也按设计的功能采用纯度较高的颜色,带来极强的辨识性,同时由于其位于非光线直射部分,阴影中沉着的漫反射使其显得漂亮而不过分显眼.同时混凝土的筒体和墙体也外包透明玻璃幕墙获得整体的统一美感.

图3 底层彩色铝板

建筑师斯蒂文.霍尔在设计时常通过精心设计的构造手段将连接构件或节点隐藏于表皮之后,达到表皮材料掩盖建筑结构材料及连接节点的效果,强化整个作品的存在理念.

4 结语

斯蒂文.霍尔在建筑外观中直接表达真实的结构体系和结构逻辑,强调建筑结构的视觉化、艺术化,将结构形态作为美的元素清晰呈现出来,体现结构独特之美.在建筑作品中,建筑师或可更加注重朴实、理性、经济之美,恰当运用结构的合理性和直接性,同时也关注结构构造节点和细节的表达,从而塑造层次性的形态美.由此可见,在建筑创作中,利用结构的科学规律和美学法则,实现技术与艺术的结合,可赋予建筑作品耐人寻味的魅力.

[1]布正伟,结构构思论[M].北京:机械工业出版社,2006: 38-39.

[2]戴航,高燕.梁构.建筑[M].北京:科学出版社,2008:24-30.

[3]俞天琦.当代建筑表皮信息传播研究[D].哈尔滨:哈尔滨工业大学,2011:131.

[4]徐伟琦,段翔,吴定峰等.结构美学视角下的建筑艺术表现力[J].武汉轻工大学学报,2014(6):88-92.

[5]李勇,肖从真,刘志东.北京当代MOMA工程转换结构设计[J].土木工程学报,2008(3):77.

[6]王晶.钢结构建筑节点及材料的建构学(tectonic)研究[D].西安:西安建筑科技大学,2009:21.

注释:①结构性表皮,文中是指结构与表皮一体化,承担建筑的主要或全部荷载,并且结构要素的表现占到相当大的比重,即具有一定肌理的外显结构,不包括膜结构、充气结构等特殊结构类型.

图片来源:

表1:图A1:A1:http://blog.163.com/sh_bobo/blog/ static 21046942011117114414717/

图B1:万科中心水平摩天楼[J].城市环境设计,2013(6): 116.

图C1:南京四方美术馆平行透视[J].城市环境设计,2013 (6):93.

图D1:海宁当代艺术博物馆塑造场所[J].城市环境设计, 2013(6):154.

图A2-D2:作者自绘

图1:俞天琦.当代建筑表皮信息传播研究[D].黑龙江:哈尔滨工业大学,2011:125.

图2:作者据资料绘制

图3:朱建平.一个绿色巨构---深圳万科中心[J].建筑创作,2011(1):90.

责任编辑:孙苏,李红

Expression of Structure in Architecture Works by Steven Holl

In the recent architecture works of Steven Holl,structure,the means of expressing architectural beauty,is dramatically highlighted,especially Structural Skin①,applied in works like MOMA in Beijing and Raffles City in Chengdu.Through combining and transforming traditional structural system,Steven Holl expresses clearly the overall spatial structure system of architectures.Through combing the logic of structural mechanics and that of morphology,the beauty of structure is incisively presented,and through hiding the joint nodes of structural elements and elaborately treating the structural skin,the beauty of overall structural simplicity is perfectly presented.By combining architectural form and structural form to express architectural thoughts,Steven Holl provides another idea for architectural design.

structural system;mechanical logic;joint nodes;Steven Holl;structural expression

TU318+.1

:A

:1671-9107(2017)01-0017-03

10.3969/j.issn.1671-9107.2017.01.017

2016-10-26

杨得鑫(1992-),女,重庆人,硕士研究生,主要从事建筑设计及其理论研究.

王孝斌(1991-),男,重庆人,本科,助理建筑师,主要从事建筑设计工作.