结构支撑体与住宅平面灵活性

0 引言

住宅设计一直面临许多未来不确定因素的挑战，特别是功能和技术的淘汰使得住宅难以持续适应社会的快速发展，如果在应对环境变化的过程中，有足够的灵活性来调整住宅系统的不足，将有效缓解居住环境过时、性能下降等问题。对于住宅建筑，平面布局直接影响住户的居住体验，涉及到结构选型、功能划分和家具布置等方面，合理的住宅平面布局能够改善居住舒适度和满意度。因此，为住宅平面提供足够的灵活性，将有效延长住宅的使用寿命，这也是当前住宅设计和研究面临的重要问题。

荷兰John Habraken教授在20世纪60年代提出将住宅的设计建造分为两个部分——支撑体与填充体，并提出了整套的理论和方法，称为“支撑体理论”[1]，后来发展成为今天的开放建筑理论。该理论下的开放住宅体系通过延长支撑体的耐久性，增减、更新填充体，提高建筑的适应性，延长使用寿命，并倡导住户参与到填充体的具体决策中。香港学者Joseph Francis Wong在此理论基础上，将住宅体系进一步细分，从上至下依次包括住区规划、建筑结构、功能组织与划分、家具布置、活动尺度等多个层级，且上一级是下一级的决策要素，按层级秩序进行逐层设计与建造，便于处理复杂建筑形态[2]。

在住宅建筑中，支撑体包括了结构构件、管井管线等不易改动的部分，为了便于理解，通常用“结构支撑体”一词表示这一层级的所有内容。作为功能填充体的上层变量，结构支撑体决定了住宅的灵活性程度，也间接影响了住宅的使用寿命和舒适性，且支撑体的耐久性是住宅灵活性的前提条件。结构支撑体在设计阶段，需要考虑平面功能组织的多样性，以及使用中动态调整的可操作性，这对它的结构选型、布置形态、构件大小等方面提出一定的要求。本文将脱离住宅的传统设计思路，将结构支撑体从住宅设计中剥离出来，作为住宅平面组织的先决条件进行研究，以期提高住宅平面的灵活性。

1 住宅支撑体的结构选型

建筑平面除了功能布局外，还需要考虑结构支撑体的位置、形态、尺寸等因素，且不同的结构形态影响平面功能组织的多样性。在住宅建筑中，“支撑体理论”倡导结构体与功能脱离，实现空间组合与划分自由，但实际平面组织很难彻底将二者独立考虑，支撑体的形态影响了平面功能的布置形式。因此，住宅支撑体的结构选型与平面灵活性有着密切联系，无法将结构构件从住宅平面中移除，只能尽可能减少结构体对功能的影响来改善平面灵活性。

从城市住宅的设计建造发展历程来看，我国住宅结构主要经历了砖木结构、砌体结构、砖混结构、框架结构、框剪结构、剪力墙结构、组合结构等多种形式[3]，技术的发展促使了住宅结构类型的更替，也间接反映了居住需求在发生变化。这些结构类型的差异一方面体现在建筑材料上，另一方面体现在承重形式上。由于材料的革新较快，未来还会出现更多的新型材料结构类型，但结构承重形式不会发生太大变化。为了缩小研究范围和研究对象，本文关于支撑体选型不考虑结构材料的差异性，主要探讨3种主流承重形式——梁柱承重、横（纵）墙承重和自由墙体承重，结合具体的住宅案例，研究不同形式下的平面灵活性。

1.1 梁柱承重结构

梁柱承重体系也可称为框架结构体系，是建筑中最常见的结构类型之一，特别是在需要大空间的公共建筑和工业建筑中应用广泛。这种结构类型通过改变构件尺寸和强度，可以实现不同的空间跨度和高度，需要在平面中按承重需求布置结构柱，不可挪动和破坏其完整性。在住宅建筑中，采用该结构体系能实现丰富的空间形态，如局部通高，且能在室内创造开敞式空间，便于空间的二次划分或组合，能够为非承重墙的布置提供足够的灵活性。

20世纪90年代，日本设计建造了面向未来的新型住宅试验项目Next21，采用了梁柱承重体系，希望住宅的功能和形态具有适应性和可变性，持续满足未来居住的需求。该项目在平面上仅确定了支撑体的形态和尺寸，以及每层的居住区域（图1），其它方面均由住户自己决定，如围护结构位置。这个试验项目在后期运营中达到了预期的效果，具有高度的适应性和不确定性，通过对户型的调整，满足家庭结构和居住需求的变化。该项目是开放住宅体系应用的典范，住户参与填充体设计，平面灵活性高，甚至户型轮廓在使用中也能按需调整，图2是该项目某层5户的户型布置形态之一。

Next21能够实现平面灵活性的一个重要原因是，它为未来预留了足够的可能性。意大利学者Cristiana Cellucci和 Michele Di Sivo在对住宅灵活性的研究中指出，这种灵活性策略也被称为“冗余设计”[5]，预留足够的承重荷载、调整空间和设备管井，实现功能调整的可操作性。针对梁柱结构体系的特征，“冗余设计”能够为大空间的划分提供更多的可能性，也能够将更多的设计策略应用于此结构体系中，如干湿分区、架空空间、同层排水等，为功能的组织提供进一步的灵活性。

图1 NEXT21住宅结构支撑体平面图

图2 NEXT21住宅户型及功能布置图[4]

在住宅平面灵活性方面，梁柱承重体系主要优点是能够提供开放的室内空间，对墙体布置的影响小，甚至分户墙和外墙，能够应用于高层建筑；主要缺点是结构构件容易破坏室内空间的完整性，且结构设计针对性不强，较为保守。梁柱承重体系的优势使得它在很多建筑上都得到选用，比较符合开放建筑理论对支撑体的要求，但它的缺点也十分明显，在住宅建筑中如果不能有针对性地优化改善，将很难发挥它的优势，降低结构成本。

1.2 横（纵）墙承重结构

住宅建筑的平面布局基于人的日常起居，基本功能相对确定，包含必备单元如厨房、卫生间、卧室，否则不能称之为住宅[6]，且各功能空间的尺寸相近，这些特征与其它建筑类型的平面布局差异明显。既定的功能及较小空间尺度是住宅平面的主要特征，也是能够批量建造住宅的重要原因，在城市发展的过程中快速设计建设了大量的城市住宅，满足城市居民的居住需求。这些城市住宅中，早期低层和多层住宅多采用横（纵）墙承重体系，可以有效控制建造成本，通过承重墙划分功能空间，以开间或进深决定户型大小。

住宅基本功能的平面特征，有利于横（纵）墙承重结构体系在住宅中的应用，部分围护墙体充当了结构支撑体。SAR（SAR全称是Stichting Architecten Research，它是荷兰的一个建筑研究协会，于20世纪60年代成立，在Habraken教授的带领下，主要从事支撑体与填充体的研究以及城市设计与建造方法的应用）研究组织曾为住宅平面的划分和描述，提出“区（zone）、界（margin）、段（sector）”的理念[7]，这一理念对于横墙承重结构实现平面灵活性具有重要的意义，主要体现在户型内部二次划分和功能置换上。承重横墙限制了室内开间尺寸，但可以在有限的开放空间中布置非承重墙体时（纵墙和部分横墙），在平面上具备一定的灵活性，如开敞客厅可以分隔成小客厅与卧室等。

建筑师Ottokar Uhl在英国设计了Febtgasse Housing住宅项目，主导住户参与户内设计，采用了横墙承重的形式（图3）。作为开放建筑的试验项目，同样具有较高的空间开放性和平面灵活性，每个单元每层共有3个“开间”，可以布置最多3户（按开间数分），最少1户（通过横墙门洞联通），中间开间可作为左右端户的扩展区域（图4）。该项目由于开间尺寸较大（5.8m），在进深和开间方向均有较高的灵活性，立面造型和功能按需设计，可自由改变，甚至额外增设阳台。此外，该项目预留了多处设备管井，便于后期调整厨房和卫生间的位置。

在住宅平面灵活性方面，横（纵）墙承重体系的优点是能够将结构支撑体与围护墙体结合，减少承重构件对室内空间的影响；缺点在于承重墙体的布置限制了某一方向的空间开放性，平面功能的二次划分受到承重墙体的影响，且建筑高度上有限制，多应用于低层和多层建筑。开放建筑理论早期以该承重体系为研究对象，通过在住宅平面上设置“区、界、段”，为住户预留后期的灵活可改性，说明该类型的支撑体具有足够的平面灵活性。在设计阶段，需要考虑户型的多样性，结合其它的技术和策略，提高功能空间的通用性和非承重墙体布置的灵活性。

1.3 自由墙体承重结构

随着材料和技术的发展，结构构件的尺寸逐渐减小，且性能得到提升，住宅结构体系通过优化设计，减少对室内外空间的影响，形成了自由墙体承重的结构类型。这种承重墙体与横墙承重的差异在于，没有统一的尺寸模数和布置方向，在平面布局上更加自由。目前国内高层住宅的剪力墙结构就是典型的自由墙体承重，能够实现梁柱体系的建造高度，也能像横墙承重体系一样减少结构构件对室内空间的影响。

图3 Febtgasse住宅单元结构支撑体平面图

自由墙体承重结构并不是指在平面上随意布置结构构件，需要根据户型的特征，将承重墙体布置于住宅的围护墙体中。这种结构设计的初衷是尽可能减少结构对室内空间的影响，设计思路是确定平面布局后，再按需布置结构构件，这种具有户型针对性的结构体系，缺少考虑使用过程中的功能调整与改造。瑞典的Jarnbrott Experimental Housing项目就是对自由墙体承重结构的一个试验性探索，目的是想让未来住户参与自己居住环境的设计。该公寓共5层，每个单元一梯两户，为每户提供了完全开敞的室内空间，室内仅有一根结构柱，其余的承重结构为外围护墙及分户墙（图5）。除厨房和卫生间位置固定外（管井位置固定），其它功能由住户自己决定，根据居住需求对内部空间进行二次划分，图6是户型布置的一种形态。该项目在平面功能的划分和组合上，具有较高的灵活性，但外围护墙体和分户墙体的承重性能限制了户型轮廓和立面的调整。

在住宅平面灵活性方面，自由墙体承重体系的主要优点在于结构构件与功能划分紧密联系，不受尺寸和方向的约束，且能根据户型布置优化结构设计，适用范围广；其缺点也十分明显，通常结构设计要在平面布置确定之后进行，具有较强的针对性，优化后的结构支撑体无法满足多样的户型变化。采用这种结构体系来实现平面灵活性，需要将承重构件布置在对平面改动影响较小的地方，一般是户型边界位置，如外墙、分户墙等。同时，还需要提高设备管线的可达性和自由性，通过在结构设计阶段应用相关的技术和策略，如集中管线和自由管线等，满足平面调整的灵活性。

2 支撑体影响平面灵活性

图4 Febtgasse住宅单元户型及功能布置图

对于支撑体住宅而言，无论采用哪种结构形式，支撑体需要具备足够的耐久性，一般100年以上，在后期使用中不可随意改动，以及破坏其完整性。开放建筑理论提出结构支撑体是建筑的基础，住宅结构的选型设计，与功能布局没有直接联系，平面功能主要体现在填充体层级上，支撑体可以为平面灵活性创造前提条件，但对支撑体的改造不属于住宅灵活性的范畴。从上面的3种结构类型可以看出，结构选型并不会否定填充体的灵活性及适应性，但作为上层控制变量，会影响平面功能组织的灵活性。

要提高平面灵活性，支撑体需要优化设计策略和加强技术应用，减少结构构件所占户内空间，减少对功能划分和重组的影响，不把管线埋入主体结构，方便检查、更换和增加新设备等[8]。从住宅案例研究可以看出，支撑体对住宅平面的影响主要体现在户型轮廓调整、空间划分和功能置换等3个方面，均属于填充体的功能组织层级（笔者在支撑体理论的基础上，将填充体从上自下依次分为功能组织、家具与活动尺度、材质与色彩、构件及尺寸微调等4个层级，其中功能组织是填充体的第一层级，受支撑体的影响，但也控制影响了下面的层级），填充体其它方面的灵活性受功能组织的影响，比如家具布置等，与支撑体没有直接联系，不在本文探讨范围内。

图5 Jarnbrott 住宅结构支撑体平面图

图6 Jarnbrott 住宅户型及功能布置图

不同的支撑体类型对平面功能组织产生的影响也有差异，笔者结合专业知识，通过查阅资料、调研居住经验、分析设计思路，将3种结构类型与功能组织的3个方面灵活性一一对应研究，总结了传统设计思路下，结构选型对平面灵活程度的影响（表1）。梁柱框架式承重为平面布置保留了最高的不确定性，功能组织的3个方面均有较高的灵活性；横（纵）墙承重在户型轮廓调整和室内划分上，由于受到承重墙体的制约，灵活程度低于框架式；自由墙体承重主要基于具体的户型布置，在户型轮廓、室内空间和功能均有较强的针对性，平面灵活程度不高。从这些结果可以看出，不同支撑体类型的优缺点能够直接反映在住宅平面的灵活性上，提高平面的灵活性，也就是改善支撑体的缺点，在优势领域加强技术和策略的应用。

表1 支撑体对功能组织灵活性的影响

从表1的对比来看，梁柱框架式支撑体能够为住宅的平面组织创造了最大的灵活性，为了更加直观地研究支撑体对平面灵活性的影响，笔者结合瑞典Kalleback Experimental Housing试验性住宅，研究功能组织3个方面的灵活性应用和表达。该案例采用了典型的梁柱承重体系，它将结构与户型完全脱离，为住户提供开敞空间、公共管井和垂直交通，住户在此基础上设计户型平面、立面、甚至屋顶[9]。Kalleback住宅作为灵活性住宅的试验项目，在户型轮廓调整、室内空间划分、内部功能置换上均有较高的灵活性，支撑体为平面灵活性创造了先天条件，通过分析该项目功能组织的灵活性，为住宅支撑体的优化提供思路。

2.1 户型轮廓调整

平面中户型轮廓涉及到外墙及分户墙外置、户型面积、立面功能与造型等方面，在结构条件允许的情况下，住户可以通过调整轮廓的尺寸、位置、形态等，实现居住环境的灵活变化。Kalleback住宅希望住户按需布置自己的住宅功能，包括确定户型面积和轮廓。图7是该住宅中某单元一梯两户的户型布置，这两个户型在相同的结构支撑体条件下，形成了不同的布置形态，且后期可以在一定范围（图7阴影区）内继续调整户型轮廓和面积。结构支撑体可以为户型轮廓调整预留空间，增加户型的多样性，但从一些试验项目的效果来看，住户对于户型面积及轮廓的调整，大部分是尽可能的扩展室内使用面积（Febtgasse Housing试验项目的出发点，希望住户自己确定立面的造型和功能，从而形成凹凹凸凸的立面造型，但在使用过程中，住户都将楼板尽可能包入室内，甚至在此基础上外挂阳台）。

2.2 室内空间划分

户内空间形态由围护墙体的位置和尺寸决定，通过改动室内隔墙的位置，形成多样的空间感受，从而满足住户对于空间的动态需求。在住宅平面中，空间形态主要体现在墙体的围合尺寸上，通过改变隔墙的位置和尺寸，实现平面灵活性。因此，室内空间在平面上要具有一定的完整性，调整隔墙位置时，不受结构构件的影响。图8和图9是Kalleback住宅在相同户型轮廓下，两种不同的室内布置形态，主要通过改变户内非承重隔墙的位置和尺寸，实现室内空间灵活划分，以及平面户型多样性。从图中可以看出，户型1的平面布局变动较大，根据住户的需求变化，由图8传统居住小空间转变成为图9的开敞大空间；户型2室内划分变动较小，将开敞的客厅与餐厅分隔开，隔出一间小卧室，也实现了户内划分的调整。

图7 Kalleback住宅单元轮廓示意图

2.3 使用功能置换

户内功能的调整除了改变空间尺寸和形态外，还可以通过更换家具布置、增减门窗洞口、调整设备管线等方法，实现功能的置换，同样需要支撑体的支持。Kalleback住宅倡导户型的多样性，除了竖向管井位置限制了户内厨房、卫生间功能的大概位置外，其它功能均可由住户按需自由调整，图8和图9的对比也体现了户型功能形态的调整与变化。户型1在图8中是一个典型的居住空间，4室（3卧+1书房）2厅（餐厅+客厅）1厨1卫，而在图9中转变成为一个小型工作室，仅厨房和卫生间予以保留，其它功能均进行了调整和置换；户型2的隔墙划分变动较少，但客厅和书房通过置换，转变成了卧室，这种针对卧室数量不足的变动，在日常生活中经常能遇到。

关于Kalleback住宅平面的调整，即是住宅的灵活性应用及体现，在结构支撑体支持的前提下，实现平面的动态变化。结构支撑体虽然自身不具备灵活可改性，但它的选型、设计、优化可以为住宅平面组织带来不同程度的灵活性，直接影响户型轮廓调整、室内空间划分、使用功能置换等方面，但住宅平面的灵活性不仅限于这3个抽象要素，还包含了更深层的联动性和复杂性。以功能置换为例，家庭住宿人数增多时，通常情况是将客厅转换成临时卧室时，仅需对一些家具进行调整，不需要考虑功能空间的形态；而在很多极小住宅中，建筑师在设计阶段，就已经为同一空间预设了多种功能模式，通过技术手段实现功能置换。这两种完全不同的置换模式所带来的平面灵活性，并不是全由支撑体决定，需要回到开放建筑理论体系下，进一步分级分层建立逻辑秩序进行研究。

图8 Kalleback住宅内部划分及功能布置一

图9 Kalleback住宅内部划分及功能布置二

3 支撑体的技术与策略

支撑体除了作为开放建筑的基础外，还需要为平面灵活性创造条件，主要通过选用优化设计策略和相关技术，达到与功能填充体“分离”的目的，这也是开放住宅体系对支撑体的核心要求。由于专业背景的限制，笔者对支撑体的技术参数不做探讨，主要从建筑设计的角度，研究支撑体相关的优化策略与技术。住宅的功能较为简单，可以按照日常使用的特征，分为用水区域（湿区）和非用水区域（干区），不同区域对应不同的功能空间，需要搭配不同的管线、设备、洞口位置及尺寸等。因此，住宅支撑体的技术与策略主要包括区域调整、管线布置、构造节点优化等方面，可以根据覆盖范围将它们分为3个类别——区域（楼面和空间）、流线（管线和走向）、节点（局部构造）。

关于楼面和空间的技术与策略主要包括干湿分区、局部降板和架空空间等，考虑住宅平面中不同功能区域的差异性。干湿分区可以减少不同区域间的交叉，同时也为平面功能调整制定约束条件；局部降板通过结构优化设计，能够在楼板特定区域形成夹层空间，便于布置设备与管线；架空楼板与吊顶主要指与结构楼板形成的上下夹层空间，同样可以布置管线和设备，与局部降板相比，夹层空间区域更大，但夹层空间的高度较小。具体概念、原理及示范如表2所示。

关于管线布置和走向的技术与策略主要有同层排水、管线分离、管线自由布置等，为实现管线便捷维修、设备更新替换等目的，解决住宅中由管线管道引起的一系列难题。同层排水主要针对厨、卫等用水区域的下水管网布置，与传统穿楼板排水排污相比，易于维护，且不会对下层住户产生影响，这个策略需要有局部降板或架空楼板形成的夹层空间支持；管线分离和自由布置是将设备管线与结构脱离开，一般在夹层空间或预留的槽洞中布置，减少在支撑体上开槽开洞及填埋等工作，且这种干式作业便于后期的管线维护及调整。具体概念、原理及示范如表3所示。

?

?

关于局部构造的技术与策略主要有管线集中、管井外置、预留线槽、预留孔洞等，减少对支撑体的破坏，降低户内管线出现问题的可能性。管井外置是解决住宅公共管线布置的另一种思路，与户内布置竖向管井的住宅相比，可以减少公共管井给不同楼层带来的影响，而管线集中布置可以减少管道井的数量；预留线槽和孔洞解决部分管线布置不便的问题，传统解决方法是在结构构件上现场开孔挖槽，破坏结构体的完整性，而在设计阶段预留需要的线槽和孔洞，可以避免这些问题的发生，降低施工难度。具体概念、原理及示范如表4所示。

?

总的来看，以上关于支撑体的技术与策略，主要集中在住宅的复杂功能区域，以及支撑体与填充体紧密联系的节点细部，对提高住宅平面灵活性有较大的帮助。在开放建筑理论体系下研究住宅平面的灵活性，需要自上向下考虑各个层级的关联性，结构支撑体作为平面功能的上层变量，需要尽可能从源头加强平面的灵活性。如果把住宅当成一个集成系统，住宅的平面设计就是不同功能模块的组合，而这些技术与策略就是优化组合的手段，同时为未来的更新调整留有余地，对实现平面灵活性具有重要意义。

4 结语

结构支撑体是建筑重要的组成部分，建筑师在设计住宅时，受“从功能到结构”的传统设计思路影响，忽视了结构支撑体对住宅平面的影响。开放建筑理论倡导结构支撑体应该与功能填充体分离，提高支撑体的耐久性，并增加填充体的灵活可改性，从而实现延长住宅寿命和适应居住需求变化。由于支撑体是填充体的上层变量，它决定了填充体层级各部分的组织形式，如何对住宅结构进行选型、设计、优化，会直接影响住宅平面组织的灵活性。

本文结合具体住宅案例，研究了支撑体的3种结构选型特征，分别是梁柱承重、横（纵）墙承重、自由墙体承重，他们对于住宅平面灵活性的支持具有各自的优缺点。在 3种承重类型的支撑体中，梁柱框架式结构的住宅平面灵活性最高，主要体现在户型轮廓调整、室内空间划分、使用功能置换等平面组织的3个方面。根据对住宅支撑体和功能灵活性的研究，提出了“区域、流线、节点”3类覆盖范围不同的技术与策略，旨在从支撑体层级改善住宅平面的灵活性。但由于笔者并非结构专业出身，无法从安全性、经济性等专业角度，提出更具针对性和技术性的支撑体优化改善建议，期望后续有更多的学者关注住宅的灵活性，并在此基础上对住宅支撑体的设计与优化做出进一步研究。

参考文献：

[1]Habraken N J. Supports: an alternative to mass housing[M].London:Architectural Press, 1972.

[2]Wong J F. Factors affecting open building implementation in high density mass housing design in Hong Kong[J]. Habitat International, 2010, 34(2): 174-182.

[3]赖蕾明.小高层住宅结构体系的选型研究[D].湖南大学,2014.

[4]『Next21』編集委員会. NEXT21: その設計スピリッツと居住実験10年の全貌[M].大阪ガス, 2005.

[5]Cristiana, Cellucei, Michele, Sivo. The Flexible Housing: Criteria and Strategies for Implementation of the Flexibility[J].土木工程与建筑:英文版, 2015 (7): 845-852.

[6]黄杰,周静敏.开放住宅体系的灵活性初探[J].住宅科技,2016(08): 17-22.

[7]张守仪. SAR的理论和方法[J].建筑学报, 1981,(06): 1-10.

[8]刘东卫. SI住宅与住房建设模式——体系·技术·图解[M].中国建筑工业出版社, 2016.

[9]Schneider T, Till J. Flexible housing[M].Architectural press,2007.