四个结构设计案例的回顾——张准访谈

陈军 张准

1 香港中文大学建筑学院

2 同济大学建筑设计研究院（集团）有限公司

3 和作结构建筑研究所

1 小尺度框架系统的结构含糊（Structur a l Ambiguity）：例园茶室

陈军（以下简称“陈”）：例园茶室在一个大约110m2的院子里，建筑面积只有19m2，但是通过一系列悬挑使屋面覆盖达到40m2[1-3]。从开始设计到2016年6月份建成，历时近9个月，设计过程中有很多变化，可以先说说建筑师的初始要求和您在结构上的想法吗？

张准（以下简称“张”）：柳亦春老师一开始倾向于追求“吊着”的感觉，就是做一个钢结构，用门框做竖向结构，向两边悬挑梁，然后吊住下面的构件（图1a）。我觉得单从结构受力来讲，“吊着”不如“撑着”好，但是从完成效果来看，“吊着”确实会更有意思。试算以后，确定这个房子大体结构是可以成立的，只是悬挑梁的尺寸会比较大（图1b）。另外，因为座椅是吊着的，所以人坐上去可能会有点晃动，而且变形大了之后，座椅下面的玻璃容易爆掉。

陈：建筑师是不是也提出水平和竖向构件尺寸要相同且尽量小？您是怎么理解这个想法的？

张：其实刚开始还没有这么细致的要求。因为考虑从门框上面往外悬挑梁，那么这个梁的尺寸肯定较大，这一点建筑师也认同，只是想知道这个悬挑梁到底需要多大才能实现。我最开始的考虑是做一个直径约20mm的实心钢吊杆，这样所有的竖向构件都相对弱化。要求尺寸尽量一致，其实是从“吊着”变成“撑着”之后的事情了。因为一旦往上撑的话，构件尺寸就需要50mm或者更大，在这种情况下，建筑师才提出水平和竖向构件的尺寸尽量一致的要求。

陈：这个房子确定从“吊着”变成“撑着”之后，还要权衡哪些事情呢？结构师有没有给出几个方案做比较？最后是什么因素起到了关键性的作用？

张：我先给出了一个“错位柱”的方案（图1c）。不过内侧的柱子会影到室内座椅的使用，所以建筑师就提出希望把这截柱子去掉（图1d）。但去掉柱子会影响结构受力，结构概念上需要有很大的调整，于是我又给出了三个调整方案。第一个方案是利用施工措施让这个转折柱在恒载下受拉（仍然是利用悬挑梁悬吊，但会稍微减小悬挑梁悬吊，同时悬挑梁尺寸也会相应减小），这样可以让构件尺寸维持在50mm，但是施工比较复杂，需要屋面预先压载，产生悬挑端的向下变形后再焊接错位柱，完成后卸载（图1e）；第二个方案是在座位下方加一个小的斜撑，这样构件尺寸还是50mm，但是整个结构系统就不一样了（图1f）；第三个方案是把构件尺寸统一增加到80mm，增加整体的结构强度（图1g）。不过建筑师认为这三个调整方案都不合适，最后就调回最初的“错位柱”方案，同时把原本面向室内的座椅调到了室外。

陈：最初方案中，书架采用钢材，但是建成的书架是木材，这其中有什么特别考量吗？

1 例园茶室设计过程模型

2 从院子望向例园茶室

3 例园茶室建成结构系统图解

4 例园茶室施工现场（钢柱子与木书架的冲突）

张：一开始采用悬吊的钢书架是想让其平衡另一侧座椅的倾覆弯矩（Overturning Moment），后来取消钢书架是考虑到左边已经采用错位柱撑住了，右边再用钢书架平衡的意义不大（图1h，2）。其实最终木书架也参与了部分受力。因为在施工时发现，书架竖板和错位柱内侧以及室内两根钢柱有冲突，于是我们临场决定把这3根柱子切掉，用厚木板作为结构来辅助受力（图3，4）。

陈：这个结构的即兴调整引发出一个很有意思的效果：错位柱内侧的钢柱被厚木板代替之后，外侧的钢柱在视觉上更像是“吊着”的（接近图1d中建筑师方案的视觉效果）。另外，“错位柱”的做法在这里给人一种一半受拉一半受压的视觉错觉，这样的做法在结构里并不常见，为什么会这样做？

张：确实结构上一般不会主动采用这种受力方式，特别是在规模较大的结构上，因为竖向传力不直接。从结构受力的角度看这个错位柱的话，横向的两根短梁是受弯的（Bending），竖向的构件是受压（Compression）为主的，受力传递上有很强的混合性。建筑师用玻璃封掉下半段之后，那种撑着的感觉就变得更弱了一些。

陈：这个项目里有一些结构构件与其他要素一体化或集约化的做法，比如门框或者座椅、书架之类的家具用作结构，其作为结构构件的姿态就会相对弱化。日本结构建筑师大野博史也会这么做，他会说一个板材又是梁又是龙骨的栅格，还是吊顶的饰面材料，同时承载好多功能[4]。您如何考虑这种集约化的做法？这种做法的关键是什么呢？是一开始就完全确定哪些适合一体化，还是在过程中寻求机会？

5 从泡桐树一侧看向茶室

6 例园茶室剖面（结构的2 次悬挑和建筑的3 次悬挑）

张：大野博史把这种处理方式称作“Hide-Tech”，其实是在讨论“透明性”的问题。不过我当时并没想这么多，只是觉得在这么小的空间里，如果还把结构和建筑分成若干层级去处理，最后会造成冗余。这种冗余最直接的坏处就是侵占建筑的使用空间，所以才去做这种功能一体化的处理。现在回过头看，会觉得有意识地做集约化处理是统合结构和建筑很重要的设计手法，但并不是要把这个作为结构设计的母题，更为重要的是结构与功能和空间的对接，但集约意识确实往往对空间品质产生无心插柳的效果。

陈：怎么看待这个房子的结构合理性（Structural Rationality）[5]？如果只看局部构件，会觉得有很多不合理甚至古怪的地方，比如单独把错位柱拿出来看，可能会觉得它受力上太折腾了，不是很合理。但如果看整个结构系统的话，局部构件大体上都在整个结构系统里发挥了自己的作用。

张：这也不是单纯的结构合理，而是将建筑因素也包含在内了。其实你还有一个没注意到的地方，建筑的三次悬挑和结构的悬挑是有差异的。对于这个房子来说，结构其实只有两次悬挑。仔细对比才会发觉，屋面下置物架的那一层悬挑是纯建筑的，但这个悬挑却很重要，它在视觉上打断了错位柱的上半段，进一步增加了悬浮感。另外，视觉范围内构件尺寸的一致也使得力的传导路径被弱化了（图5，6）。

陈：这里有一个结构含糊的事情，可能不是刻意追求的，但是它出现了。一方面是错位柱引发的，让整体结构在局部看起来不是很清晰；另一方面就是最后的意外状况引发的即兴操作，钢材变成了木头。这两件事情都让结构变得似是而非，这和“吊着的结构”形成轻触地面的感觉很不一样。通常来说，平衡和稳定是结构追求整体作用的关键，但是在感知的层面上，这个房子失去了这种整体作用的确定感。如果一定要追求力学和构造清晰表达的话，结果肯定不是这样。反过来说，对您而言结构是可以含糊的吗？

张：力学表达确实不一定是要清晰的，但你说的这种含糊，并不是说没有梳理清楚结构系统的受力逻辑，或者单纯依靠计算，受力不够就加截面的思路去凑合着做。结构设计过程中的每一步推进都需要清晰的意图，但应对不同的具体问题、不同阶段的处理手法是可以灵活多变的，这些复杂多变的手法搭配在一起就有可能出现一种相对含糊的状态。

陈：从前面谈到的设计过程来看，结构设计在这里有三个变通的层面。一是不刻意追求力学表达的清晰，即结构系统是清晰的，但是视觉层面可以不清晰；二是结构本身受力的状况是含混的，不是竖向传力和单纯的受拉或受压，而是弯曲和轴力可以混在一起作用；三是结构概念和建造细部之间也有灵活调整的余地。这样看来，设计的发展其实不是那么线性的[6]。

张：作为结构工程师，我会觉得结构系统层次清晰、结构构件尽量标准规整肯定是最理想的状态；但作为设计师如果把这种标准强加到建筑形式上，我会觉得很不好，除非建筑概念刚好很适合那种极致的结构逻辑。如果太在意力学形式，会给建筑协调增加很大的难度，比如很多壳结构建筑。对于这个茶室，可能标准框架是最简单的力学系统，但这很难实现多因素的统合，而采用一种含混的框架变体就会有趣很多。除了错位柱传力的含混以外，这个房子的抗侧（Resisting Lateral Force）也不是直来直去的。例如背后墙体内布置了支撑（Bracing）作为X向主要抗侧，门框内的支撑与树边的墙内支撑提供Y向的抗侧，但门框面外没有支撑与房屋后侧匹配，而是通过增加门框内的立柱数量来提高刚度（Stiffness）。结构力学上的含糊换来了相对清晰的建筑目的。但是这种做法有一个度，在小尺度下这么做合适，在高层建筑中可能就不一定合适；但反过来讲，以一个大尺度项目的做法去要求小尺度的项目也不一定合适。

7 车友俱乐部建成后室外实景

9 车友俱乐部结构师草图（内部由钢支撑辅助抗侧，围墙保持全木构抗侧）

10 车友俱乐部施工现场（移除底层钢斜撑，全部由木墙体抗侧）

11 车友俱乐部施工现场（移除底层钢斜撑，全部由木墙体抗侧）

2 钢木混合结构的变通：上海汽车博览公园车友俱乐部

陈：上海汽车博览公园车友俱乐部（后简称“车友俱乐部”）是2018年建成的（图7）。面积426m2，局部两层，不算很大，但是其最大跨度超过15m[7]。建筑形体较为不规则，一侧有两个大开口，另一侧又比较实，同时材料比较多样，有钢材也有木材。用混合结构有什么特别的考量吗？

张：直造（建筑事务所）第一次给我发了一个Rhino模型，初始要求是建造尽量可以快一些，同时能看出是一个木头房子（图8a），还要求室内柱子不能太大。但建筑的局部跨度较大，立柱负荷面积（Tributary Area）也较大，如果全部采用木结构的话，局部构件尺寸不好控制，而跨度大的地方用钢结构更为合适，钢木搭配也是比较常见的选择。最初我还是想分得比较干净，就是所有的外表皮都是木的，余下的都是钢的，布置了一些钢支撑处理抗侧和抗扭（Resisting Torsion）（图8b）。

陈：建筑师是怎么看这个方案的？

张：他们觉得内部的梁和柱用钢结构是可以的，因为在这个尺寸下也只能用钢结构，但是对支撑的异议比较大。因为我认为外墙除了作为外围护结构，本身也具有抗风抗震的作用，就是说它可以作为抗侧系统的一部分；但是钢支撑也作为抗侧系统一部分的话，他们觉得从概念上来讲不太好。

陈：我问过建筑师，他说后来您发展出一个有意思的结构概念，就是通常房子里面那些非常明显的通高墙体很容易让人以为是抵抗侧向力的，但实际上结构概念和这个直观感觉之间有一个反转：抗侧全部由外面的木墙体承担，里面的墙其实是非常轻薄的，这样竖向力就由里面的钢柱子承担。他们觉得这种反转视觉习惯的体验很有意思，您当时是怎么考虑这件事的？

张：全部用木材抗侧是和建筑师一起商议的建构策略，但是在你说的这个完成状态之前，其实还有一个出于造价考虑的过程方案。最开始木材定的是集成材（即胶合木），全部抗侧构件都采用木构件，对应结构概念上，内部的钢结构只需要把木外壳撑起来就好。但是因为木材造价太高，不得不把部分室内不直接外露的木构抗侧墙体改为钢支撑（图8c）。当时有张草图（图9），红色就是替换木构的钢支撑来辅助抗侧、抗扭转，但外墙保持全木构抗侧。不过后来建筑师和甲方、使用方、承包商协调之后，将木材改成了单价更低的SPF（云杉—松木—冷杉的拼合木），这样一来就可以多用木材，于是又把抗侧钢支撑全部调回木材，但用于撑起屋面的钢支撑依旧保留（图8d，10，11）。

陈：这个钢木混合的结构在细部上是不是有一些特殊的地方？比如这张室内照片（图12），我看到两个比较古怪的细节。首先是这里有一根大钢梁和细木肋同时出现，两个跨度都是10m左右，钢梁截面高度500mm，但是木肋的截面高度反而更小，只有224mm，它们的受力应该是很不一样的，对吧？第二个细节是边上这根斜着的钢方通，截面只有100mm，但是看着感觉像是在撑着屋面，结构上也是这样的吗？

张：这两个细节是有关联的。首先当时建筑师希望屋顶所有的木肋截面一样大，但是屋面老虎窗的做法使得木肋椽子到屋面钢主梁的传力路径被破坏了。通常的做法是在老虎窗和斜屋面的交接位置以及老虎窗两侧的斜屋面里增加主梁，但这需要比较大的木构件或者局部替换为钢构件，与建筑师希望构件尺寸统一并维持“钢构撑起木表皮”的感觉不符。于是我们增加了一个钢斜撑，直接与老虎窗发生传力关系，避免出现窗边主梁。而老虎窗与屋面的转折用T形钢来辅助连接，将屋面的木肋和欧松板组合在一起，利用折板刚度受力，这样就无需在转折处设置尺寸差异较大的主梁。这里有个特殊节点，是T形钢拉结住转折的木肋（图13～15）。

陈：回头看这个房子的话，会发现结构跟覆层的关系有一个变化。在第一个方案中二者是分得比较开的，结构归结构，覆层归覆层；最后这个方案因为同时回应了几个方面的问题，结构和覆层的关系就不是那么对立的了。

张：这个在某种层面上也是集约化的想法——希望这层外墙又抗风又抗侧又是吊顶，同时还是内墙面装饰。

陈：还有一个层面是（视觉）效果和结构概念的关系，在这个房子里主要是结构细部的遮蔽和暴露的问题[8]。比如还是那张室内照片，视觉效果上就是大钢梁和钢斜杆撑住了木屋顶，同时木头包裹住室内。这个效果和最终的结构概念（钢结构承担竖向力，木头抵抗水平力）有种连贯性。但实际上局部钢柱是被木头遮蔽的，钢桁架是用穿孔板半遮蔽的，如果把钢结构完全暴露出来，结局就很不一样了。虽然通常这个事情都是由建筑师决定，但还是想问问您是怎么看待这种结构的遮蔽与暴露的？

张：我觉得真实或直接地暴露结构不是必须的，还是需要结合建筑要处理的问题和最终效果来决定。虽然设计的结构在力学逻辑上很清晰，但是最终表达时适当地遮蔽与暗示并没有什么问题，如果能达到微妙的效果那就更有意思了。除了这个项目，茶室项目里建筑的三次悬挑和结构的两次悬挑之间的互打障眼法也有类似的意味。

陈：这个房子是混合结构，意味着不是一个结构体系就能解决的事情，这里有什么需要特别注意的吗？

张：混合结构是出于两种考虑，一方面是谁更适合干什么，就让它去干什么。比如这个项目里的内部竖向承重构件，对应受荷面积大，又需要截面小，肯定是钢材更合适；外围护想直接在室内裸露，免去内装，起到结构作用的同时又要快速建造，那就用木材更合适。另一方面是一种精细调配的混合，比如屋顶以桁架结合木肋，而不是单用钢梁或木梁以及老虎窗位置的屋面折板。此外类似例园茶室的抗侧处理，在这个房子前期的结构方案中，钢构件和外面木构件的抗侧也需要力学的比例调配——虽然木材较软、较弱，但相对钢材用量也较大，最终两者依旧可以共同受力，整体协同工作。

陈：从这种调配（Alloying）混合结构的想法来看，前后三个结构方案其实是一脉相承的，不是从一个结构系统跳到了一个全新的结构系统，而是在一个有灰色地带的结构系统里连续变化的，对吗？这种做法为容纳其他因素提供了可能性，是有这种想法吗？

张：是有过这种考虑。如果只是讨论结构的混合，可能有体系的混合、材料的混合、甚至一个构件本身用途的混合，比如说又像拱、又像墙、又像板的构件，生成那些没有办法归类到传统结构系统里的结构，传统结构系统间就有了灰色地带，而且是可以连续变化的，但停留在哪个点才合适，需要建筑师、结构师甚至多方一起去寻找。混合结构除了应对建筑需求之外，也必须有背后的力学考量，物尽其用，如果建筑想要的混合方式与结构受力的混合方式能较好地对接，这种混合就更有意义，也更能被感受到。

12 车友俱乐部室内实景

13 车友俱乐部剖面图

14 车友俱乐部老虎窗翻折屋面处节点大样图

15 车友俱乐部钢结构施工现场

16 坪山桥主体建成实景

17 坪山桥建筑师初始方案的结构图解

18 坪山桥结构过程方案（斜拉式结构）

3 多样化的传力路径：深圳坪山桥

陈：深圳坪山桥2于2018年6月左右开始设计，2019年底主体结构完工（图16）。其平面呈Y形，是一座带顶棚的行人和自行车桥。从侧面上看有点像桁架的变体，但是细看的话又不是。可以讲讲设计过程中有哪些关键性的因素吗？另外，这个桥的平面形式很接近您之前合作设计的日晖港桥，是不是也会有一些比较性的考量？

张：这座桥整体跨度约56m，建筑师（南沙原创）结合场地将桥设计成Y形平面来实现分流，避免放学时集中的人流量对路口造成冲击。另外考虑到深圳热且多雨，所以要有顶棚。起初建筑师想要一个带有三叉索（Three-Way Cables）的张弦梁做桥面，桥顶用斜向构件牵拉悬垂（Suspensing）一块钢板（图17）。

陈：最后实施的方案中并没有采用带有三叉索的桥面，具体原因是什么？

张：最开始建筑师希望桥的顶棚尽量薄，同时立柱尽量细。她当时提议顶面是一片薄钢板，用张拉的方式悬垂，柱子向外斜，有一种把顶推开并拉住的感觉。但桥的底部要怎么做并没有特别要求，只是因为她看过日晖港桥，觉得同样是Y形桥，三叉索在结构上应该是可以成立的。但就我个人而言，或多或少不想再做一个完全一样的结构，所以我一开始是想做一个桥面和顶面共同受力的结构，但是发现很难跳脱桁架的类型，于是就提出了一个斜拉式的方案（图18）。

陈：这个方案里取消了悬垂钢板屋面，建筑师对此是什么反应呢？

张：因为深圳风较大，单片的悬垂钢板屋面抗风有些困难，所以还是加了立柱。建筑师对这个方案没说行也没说不行，但后来应该还是觉得不好，就直接跑来上海用了大概一两个小时当面聊，敲定了最后的方案。

陈：那天具体是怎么讨论的？

张：建筑师对斜拉式方案不太满意，主要还是因为桥中间没有完全开敞，但是认同底部可以不做三叉索。在斜拉式方案的基础上，她提议一边做斜拉，另外两边就不做了。我就顺着她的想法，提议一边用斜拉构件，另一边用一个三叉的钢箱梁（Three-Way Steel Box Girder），直接用铰接的方式（Hinged Joints）挂在斜拉构件上。这个铰接节点使得桥面在局部可弯曲转动，但是桥顶没有这个转动能力来适应桥面。由于建筑师一直想要桥的中间段尽量开敞，我就提议在三叉箱梁的交接位置设柱子，用一个纵向受力的简支整体箱梁作为桥顶面，这样就无需担心顶面的变形协调问题（图19）。

陈：后来怎么协调中间段的开敞和结构之间的矛盾？

张：再往后的话，我想把细柱一直做到三叉梁的分叉点。但是建筑师觉得这样交接比较突兀，一侧是很大一跨的全开敞，到了三岔的地方又一下子变成很密的细柱，觉得交接位置应该有变化，于是就提出做一个尺寸大点的柱子反撑过去。这个大柱子加上以后她又考虑在分叉的另两侧继续沿用原先的张拉屋面（因为跨度减小了），但考虑到张拉屋面和箱梁屋面形态差异过大最后还是放弃了。这时候双方都是把结构当做一种空间构图的方式在处理，对于斜拉索与桥面间的三角区最终用钢板封闭掉，一方面使得立面更加虚实错落均衡，另一方面也把力的解读变得更加隐晦了一些，也就是最终这个状况（图20）。

陈：这样一来一往之后，力的状况就变得很复杂了。

张：视觉解读起来是变复杂了。从侧面看，这座桥有顶有底还有斜向立柱，让人感觉好像是桁架的变体，但其实不是。这里的顶面大箱梁完全不承担轴向力（Axial Force）。在靠近三叉的位置采用单向滑动铰接（One-Way Sliding Hinge），也就是说当这座桥产生竖向弯曲变形时，这根箱梁可以顺桥滑动，不会被轴力卡住。同时，桥面本身采用板式斜拉（Plate-Stayed）与三叉箱梁的混合。总体来说，桥面是弯曲受力（梁）与轴向受力（斜拉）系统的混合，桥顶是纵向传力系统（箱梁）与横向传力系统（密柱框架）的混合。所以在最后的方案中，虽然整个结构体系在力流传递上和视觉感受上都不是很直接的方式，但传力逻辑依旧是清晰的（图17，21，22）。

陈：就是结构没有完全被遮蔽，但是受力状况很复杂，跟视觉习惯或惯常的身体感知很不一样。

张：这种感知错位，我觉得主要是人为地把传力路径多样化了。其实这座桥的传力考量跟刚才说的例园茶室有可类比的地方，例园茶室的错位柱是轴力加弯曲组成了一个特殊的构件；这座桥的三叉梁是弯曲系统，斜拉是轴力系统，力学路径上串联在一起形成了特殊的系统。

陈：这种传力路径的多样化，应该不是设计的目标，而是因为同时考虑的事情很具体也很多样，调配受力的方式也比较灵活，产生关联之后反弹出来这样一个结果。这个和要表达传力复杂或者含糊是有很大差别的吧？

张：对，差别在于这个项目起始时并没有把表达复杂的效果作为设计目的。但是不管是否把呈现出复杂感作为目的，我都希望最终的复杂是有多重的目的性与适应性，而不是为了复杂而复杂。

4 连续五跨的悬垂梁瓦屋面：乌镇“互联网之光”博览中心

陈：乌镇“互联网之光”博览中心（后简称“博览中心”）平面尺寸为90m×200m，屋脊高低起伏，跨度也大小不一[9]（图23）。那么结构最大的挑战是屋面部分吗？

张：对，一开始这个展馆需要一个无柱的室内空间，最小跨度接近90m。同时袁烽老师决定用真瓦作为屋面材料来回应古镇风貌保护的要求，这样一来屋面的重量会比较大，这和大跨展馆采用轻质屋面的惯常做法不太一样。另外，他们觉得可以用张弦梁（Beam String）实现屋脊的跨度，还可以作为采光天窗，不过我对屋脊间的下弯曲线与受力的内在关联更感兴趣。同时，瓦屋面比较重，有一个自然的下垂趋势，因此就顺势考虑采用悬垂受力系统（Suspension System），也就是尽量采用仅受轴力的构件，这样在力学上比较高效。

陈：悬垂受力的方式是不是也考虑过几种不同的做法？最终的做法是怎么确定的？

张：悬垂受力的案例其实有很多，汉诺威展馆8/9的索桁架（Cable Truss Structure）和代代木国立竞技场的半刚性悬垂系统（Semi-rigid Suspension System）都是值得借鉴的先例。虽然索桁架的力学效率较高，但这个项目屋面不等跨且屋脊有高度变化，复杂悬索的张拉施工较慢。相比之下，半刚性悬垂系统的施工更可控一些，于是最终以此为基础发展了一个半刚性悬垂系统的变体。

陈：因为有连续五跨的悬垂梁以及重型的瓦屋面，这个展馆和代代木国立竞技场还是很不一样的吧？这里有什么独特的问题需要处理的吗？

19 坪山桥建筑师草图（与结构师讨论细柱子的布置方式）

20 坪山桥最终结构模型

21 坪山桥施工现场

22 坪山桥施工现场

23 博览中心建成鸟瞰图

张：连续五跨的悬垂梁结合张弦梁在一起，有一些独特的问题需要解决。比如，虽然张弦梁竖向受荷刚度较好，但其面外刚度（或者说抵抗水平力的能力）以及整体抗扭转能力都相对较弱，因此两侧悬垂屋面对张弦梁的水平拖拽力需要通过优化才能使两侧的力差在各种受力状况下都可控。

陈：这样的力学调整会影响屋面曲线或者室内效果吗？

张：从结构的角度来看，其实张弦梁两侧的拖拽水平力就是通过调整各区域屋面跨度与垂度（Sag）来进行优化的。从纯力学的角度，以力学找形确定的“悬链线”梁与垂度比例具有更高的合理性。不过如果严格按找形曲线的话，会产生大量尺寸差异微小的构件，影响加工与施工效率。因此先以曲率半径一致的“圆弧线”悬垂梁代替“悬链线”梁，再以此为前提确定了200mm的梁高（这是一个结构和视觉效果都可接受的尺寸）并反推屋面的跨度与垂度（图24，25）。结合试算比选的纯力学优化过程，最后确定的方案采用间距2m、高度200mm的H形钢梁，跨越35.5+48+48+44+35.5m连续五跨的屋面。

陈：建筑师初始方案里的屋脊走向比建成方案更多样一些（图26），是因为结构上有一些限制吗？

张：在最初的方案中，建筑师想多样的屋脊走向让室内大空间的起伏更灵动，但是这个项目需要在7个月内完成设计和施工，如果以这样的屋脊走向来做，会产生很多非标准的屋面构件，对工期影响很大，基于这样的考虑才把屋脊调整成平行的。

陈：室内的照明、设备和结构的关系是怎么处理的？

张：建筑师提议在张弦梁上方做天光采光，当时试图通过V形空间支柱及竖向地锚拉索来减小跨度，把张弦梁的跨度从90m缩小到现在的66m。另外，当时确定了间距2m的H形钢悬垂梁，一方面是考虑到可以兼作“檩条”，便于铺设屋面板和瓦面组件；另一方面也考虑到可以在H形梁内嵌入灯带（图27）。关于设备，做V形空间支柱时其实也考虑过让支柱内部作为设备空间，但是项目过程中有过一次外部条件的意外变化，导致不少设备空间被隐藏在几个展区间的分隔位置上（图28）。

24 博览中心连续无跨悬垂屋面的力学图解

25 博览中心剖面图

26 博览中心建筑师初始方案（比建成更复杂的曲屋面）

27 博览中心建成室内实景

28 博览中心连续五跨悬垂屋面结构图解

29 博览中心博览中心五跨连续的排架结构图解

30 博览中心最终结构系统图解（增加抗风拉索兼做室内幕墙吊索）

31 博览中心结构抗风索兼做室内幕墙吊索

陈：什么意外状况呢？

张：设计的原意是把整个建筑作为整体使用的五跨连续空间，但是后期业主提出需要分隔为四个可独立运行的展区。展区间的空间分割在结构上是可以增加立柱减小跨度的，可采用五跨连续的排架结构（图29）。但是因为当时基础已经施工，综合考虑造价、加工周期、室内空间品质以及长久的空间灵活性后，大家还是决定仍然采用“悬垂梁+张弦梁”的方案。不过空间分割区上建筑增加了附属功能，结构附加了抗风索（Wind-Proof Cable）（图30，31）。

陈：也就是说抗风索在力学上是冗余的？之前几个案例中大部分都是在去除冗余。

张：对于结构而言，曲梁及屋面板受到风吸力时变为拱壳的受力形态结合较大的屋面自重能够完全抵抗风吸力，抗风索确实只是力学上的冗余和保险措施。不过设计上考虑这些索兼作内幕墙的吊索，从这个角度来看并不冗余，有了建筑上必要的意义。另外力学冗余也有好处，就是如果未来需要再变成大空间，也可以将拉索去除。

陈：从这点延伸开来看，这几个项目的过程中都有一个基本假设，就是不要把突发状况（Contingencies）当作一种消极因素，而是把它们看作一种或多或少的机会[10]。

致谢：本文基于2020 年4 月4 日、4 月15 日的两次对谈整理而成，受到香港中文大学研究生奖学金的资助。感谢冯仕达老师让此对谈稿成为可能，并给予宝贵意见。在采访和定稿过程中，水雁飞、刘珩、郑昳（大舍建筑事务所）、张文婷（直造建筑事务所）、陶哲明（达姆斯塔特工业大学）、王帅中（苏黎世联邦理工学院）、陈乐（华东建筑设计研究院）、赵书乐（香港Atelier Global），都给予了帮助。特此致谢！

注释：

1 来源于2019 年4 月7 日与项目建筑师张文婷的聊天稿。

2 在深圳坪山桥项目和乌镇博览中心项目中，和作结构建筑研究所完成结构方案设计及全过程的结构设计咨询；其余项目由和作结构承担从概念到施工全过程的结构设计。

图片来源

图1a～1h，3，6 为大舍建筑设计事务所提供，其中图3 由和作结构重绘；图4 为柳亦春摄影；图2，5，23 为田方方摄影；图7、10～12，15 为陈灏摄影；图8a、13，14 为直造建筑事务所提供；图8b～8d，18，20，24，28～30 由和作结构绘制；图9 为张准手稿；图16 为张超拍摄；图17 为南沙原创提供；图19 为刘珩手稿；图21，22 为南沙原创摄影；图25，26 为创盟国际提供；图27 为是然建筑摄影；图31 为创盟国际摄影。