浅谈结构技术在小型建筑中的作用

郑婉莹

（中国海洋大学 山东青岛 266003）

根据建设部《注册建造师执业工程规模标准》的规定，单体建筑面积小于3000m2的工业，民用与公共建筑工程属于小型建筑。相比较大型体育馆，车站，剧院等，小型建筑与使用者“相处时间”更长，而且人们在小型建筑中的活动关系到一朝一夕的生活，因此小型建筑对建筑空间的舒适性，建筑性能的便利性以及建筑内外场景的美观性等要求更高。结构技术在这些功能要求的实现过程中发挥了不可缺失的作用，结构技术赋予建筑材料以严谨有序的组合方式，使其成为建筑构件，进而由构件形成空间，并且在建筑空间中实现建筑的其他功能；在追求建筑艺术，建筑舒适度与可持续观念的当代社会，结构技术更成为了实现建筑师奇思妙想的手段、满足使用者生理心理需求的途径以及表达建筑可持续观念的构造语言。

1 结构技术对小型建筑空间的作用

提起结构技术对建筑空间的作用，人们往往会联想到跨越广阔水域的桥梁，行人如织的大型车站以及世界各地气势磅礴的地标性建筑，建筑的结构语汇、力学语汇往往通过跨度与高度的延伸来表述。然而，在小型建筑中合理使用传统上用于大跨度处理的结构技术，可以使建筑物对建筑空间的定义与塑造更加灵活自然，从而使建筑物的使用功能得到更充分的实现。

1.1 建筑实例

1.1.1 齐云山别墅

由本构建筑事务所设计的齐云山树屋是设计师利用核心筒结构原理创作的一例经典休闲小筑。树屋的承重系统为钢结构，中央旋转楼梯的筒体既是建筑的主体支撑，又是结构核心筒。在暖通排水设备的布置上，树屋与超高层建筑极其相似，核心筒的中心部分提供了所有设备的井道空间，洗手间的排水主管与空调外机的冷媒管道均放置在此处，通过核心筒的过道吊顶和筒壁通往相应的房间。树屋的交通联系部分是依附于核心筒盘旋而上的中央旋转楼梯，楼梯间的休息平台就是通向各个房间的入口平台，楼梯梯段中部连接一条依地势架设的玻璃廊桥，自廊桥进入树屋，可抵达两部分相互间隔的空间。树屋的使用部分包括两处玄关，两个卧室，两个洗手间，一个起居室和一个观景间。这七个集装箱式的房间以悬挑的形式连接在筒体上，并以筒体为轴朝向各个方向，每一个房间都小巧玲珑，但位于房间端头的玻璃窗却将室内视野扩展到了浓绿蓁蓁的松树林中。

图1

图2

综上所述，齐云山树屋建造中核心筒结构的应用对空间的作用体现在几个方面：①核心筒提供了暖通排水设施的安放空间，使建筑基础功能完善，但外部并无繁琐的设备管道；②核心筒结构串联起了七个独立的房间，实现了建筑对空间功能分区的需求，但由于筒体的圆柱形构造，方盒形的房间并不是生硬地堆叠，而是在竖直方向上丰富而上下流动地错位，这样一来，建筑内部的小房间彼此之间界限分明，静谧舒适，同时交通联系部分可直接通往每个房间，增加了使用过程中的便利性和紧急情况下的安全性；除此之外，依附在核心筒的旋转楼梯形成了树屋内部赏景空间，实现了树屋的观景功能。

1.1 .2李子林住宅

齐云山树屋核心筒结构将各个独立建筑空间连接，塑造的是“加法”的空间；建筑师妹岛和世设计的李子林住宅则是利用预制钢板墙实现了建筑内部空间的互动与套叠，塑造了“减法”的空间。

李子林住宅的使用者是一个五口之家，他们希望住宅在满足日常使用功能的同时形成一个具有良好的整体性和贯通性的大空间，以增进家庭成员之间的交流。为了实现这一需求，妹岛使用了两个设计思路：①功能布置的穿套手法，在平面中表现为到达某一个房间必须经由另一个房间，多个封闭的房间被连通和统一；②超尺度的比例现象，通过增加房间的高度营造大空间的效果，每个房间具有自己的特征和比例，从而在空间融合的同时保留了各部分的私密性。

图3

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通过对薄形夹层波纹钢板承重墙的布设，妹岛所设想的解决方案成为了现实。在水平向上，钢板的厚度仅有16mm，一方面避免了厚重的墙体构件对空间的占据，另一方面也减少了梁和柱带来的局促感，使室内空间宽敞通透；在垂直向上，钢板的密度是C30混凝土的3倍，而强度是C30混凝土的20倍，可以承担很大的竖向荷载，因此可以实现房间高度的增加，与此同时在钢板上可以设置面积较大的门窗洞口，使建筑的空间深度得以自然拓展，满足了业主“希望是只有一个房间的大空间”这一设计要求。

1.2 小结

在小型建筑中，结构技术对建筑空间的作用可以归纳为两个方面，首先，在建筑外部，利用结构技术可以实现有限地面面积上空间的扩展，在此基础上利用核心筒结构，悬挑结构，网架结构等丰富的结构形式，可以在满足建筑功能的要求之外实现建筑设计师的许多构想；其次，在既定的建筑体内部，结构技术可以使建筑内部空间分区和使用更加灵活，即可以满足功能分区的划定，又能给使用者带来舒适自然的感官体验。

2 结构技术对小型建筑性能的作用

采光通风，保温隔热，建筑物的基本性能关系到建筑物的舒适耐用程度，而在人与自然的关系被广泛关注的今天，这些性能也被视为可持续性建筑研究的重要领域。在小型建筑中使用多元化的结构设计，可以实现门窗等采光通风设施的合理安放以及保温隔热构件的功能优化，从而满足建筑的舒适性要求与可持续设计理念。

2.1 建筑实例

2.1.1 Miller House

Miller House是建筑师埃罗·萨里宁设计的一处住宅。住宅的承重系统为框架结构，即用梁和柱共同组成的框架来承受房屋全部荷载。建筑柱网的布置采用对称完整的正方形布局，16根白色十字形钢柱散布在房屋的四角、外墙的1/3节点与节点向屋内做垂线所形成的交点处。钢柱柱顶搭接着细长的屋梁，与传统屋梁不同的是，这些梁既是承重梁，又是采光梁，它们并不是直接落在柱子上，而是构筑在了柱头的两侧，这就使得屋面梁的上方可以布置上长条形的天窗，从而实现了室内充沛的天然采光。住宅内部被上述梁柱系统划分为9个功能分区，每个分区都是四平八稳、中规中矩的矩形，使别墅具有了传统屋舍宽平和恬静；而在每个功能分区的边界，屋面的长条形天窗流泻出轻盈的自然光，与室内色彩明艳亮丽的家居布置交相辉映，表达了建筑师别出心裁的美学构想，使大宅更具有现代化的气息。

图5

图6

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在Miller House中，结构方面框架系统在梁柱布局上对传统的延续和梁柱形式上施工的创新，映射为建筑方面古典布局的舒适雅致与天窗系统的自然灵动。合理的结构技术可以实现小型建筑采光的舒适性，在此基础上进行创新，可以为建筑使用者提供与自然光充分接触的室内环境和便于室内建筑设计的光照基础。

2.1.2 勒克瑙项目别墅

印度勒克瑙项目是由建筑师Nina Puri和San jay Puri主创的别墅住宅。该项目将混凝土浇筑的大型遮阳屏幕与印度传统的房屋建造方式相结合，以应对住宅所在地炎热的气候。房屋几乎完全由未加工的混凝土建造，承重部分的混凝土厚重坚固，围护部分的混凝土则像印度传统的刺绣挂毯一样精致轻薄，建筑中共使用了18个由混凝土浇筑的遮阳屏幕。这些屏幕分布在建筑外围的窗框、侧墙以及建筑内庭院与使用空间的交界处，这样一来，炙热的阳光被阻挡在“混凝土挂毯”之外；而且建筑内庭院与外轮廓均处于自然环境中，自然风可以在建筑主题中自由流通，为建筑使用者带来了清凉与舒爽，见图8、图9。

结构技术在勒克瑙项目建筑通风中的作用，体现在通过对混凝土板的加工与构造使其与印度古典庭院设计相融合，从而形成了整所建筑形态美观而效果显著的通风系统。

2.1.3 拉伸住宅

混凝土结构在建筑保温隔热方面也发挥着不容小觑的功能。拉伸住宅是由MCK Architecture&Interiors建筑事务所主持改建的一座小型建筑，在改建过程中设计师通过拉伸原有住宅的剖面创造了开阔的生活区，此部分住宅的外壳材料是清水混凝土，这种混凝土材料内部有闭合的气孔，能够储存与释放热量以调节室内温度，从而抵御了室外气温波动。住宅背立面的黑鳍结构控制着直射的阳光，冬天太阳高度角较低时阳光可以投射到室内，夏天太阳高度角较高时光线被反射出去。

图8

图9

图10

图11

在拉伸住宅中，设计师结构技术将适当的建筑材料合理地组合，使住宅隔热效果极佳，适应了澳洲北岸的气候特征与可持续发展观念。

2.2 小结

通过上述案例分析可以将结构技术对小型建筑性能的作用归纳为两个方面：①基于结构与构件的本构关系，合理的结构技术可以使建筑构件形成适应建筑环境的采光通风、保温隔热系统，保障小型建筑的舒适性，在此基础上还可以进行创新和艺术设计，使建筑更好地满足使用者生理，心理上的需要；②利用现代化的施工技术，可以将节能材料运用于小型建筑的采光通风、保温隔热中，使建筑满足可持续发展的要求。

3 结构技术与建筑场景塑造

建筑物之美与结构技术之间存在着对立而统一的关系，结构技术是建筑之美所依托的构件实体之间的内在关系，结构技术成就了建筑之美，但与此同时，随着结构技术的发展，结构体系不再单只作为承重系统存在于建筑物中，结构开始服务于场景的塑造，成为了建筑之美的一部分。

3.1 建筑实例

种马山脊别墅：

位于华盛顿州瀑布的北边的Methow冰川峡谷的种马山脊别墅其实是四座具有悬挑结构的房间和悬挑平板屋顶的独立建筑的集合体，它们围绕着一个庭院和一个游泳池，在地面上互不相连，但悬挑房间和屋顶的延伸又使其彼此之间保持了整体性，就像是一个野营地，从一个账篷到另一个账篷。家居生活的恬美与自然环境的粗犷和谐地凝集在这座建筑中，鲜活与祥和，澎湃与安静在此处共存。

图12

图13

这种人、建筑与自然相互融合的建筑场景来源于对悬挑结构的使用。结构师通过合理地搭设工字钢支承，用衬砌的方式进行加固，用靠近外墙的细柱辅助受力等施工手段实现了出挑部分的静力平衡与结构稳定，别墅的建筑艺术效果才得以被准确理想地表达出来。但值得一提的是，用于塑造悬挑结构的工字钢、用于承受房屋主体荷载的钢框架以及辅助承载的廊前细柱并没有被完全地隐藏，它们暴露在环境之中，色彩搭配与环境相契合，同时给与使用者心理上的安全感，因此也成为了建筑布景的重要元素。

3.2 小结

不同于大体量建筑可以改变一个地区的环境气质从而创生一个建筑场景，小型建筑场景的塑造是建筑，自然与人文交织融合的过程。在这个过程中，结构技术既是建筑设计的完成手段，又是建筑美学表达中的一支独立语汇，结构技术成就了建筑之美，同时结构技术的表达也是建筑之美的重要元素。

4 结语

在小型建筑中，结构技术既是建筑物得以形成场所、发挥作用的内部秩序，又是建筑物与使用者产生联系的外在语言。不论是在小型建筑空间的塑造，建筑性能的优化还是建筑艺术的美学表达中，结构技术都发挥了不可或缺的作用。

因此可以说，空间合理、性能优越、具有美感的小型建筑是建筑设计与结构技术的结晶，建筑设计与结构理念协调工作，才能创造出更符合使用者要求和时代观念的精品小型住宅。