UA专栏｜结构正确性原则及其指引下的建筑形态表现方式

在建筑设计中，结构正确性原则具有本体和表现的双重意义，它既有服从于自然法则的内涵，也是实现作品艺术表现力的手段。...

（正文节选）

本文全文刊于《城市建筑》2016年第4期（上），点击页面下方“阅读全文”可至微店进行购买

建筑的本体与表现分离的矛盾仍是当前建筑创作需要解决的主要问题。本体关乎建筑自身，即构成建筑整体的各个部分如何组织在一起的基本规律；表现关乎建筑形式。结构因素是建筑本体的主要内容，结构表现是“建构”理论的重要内涵。基于结构因素的建筑形态创作可以成为实现建筑本体与表现相契合的一种途径，其中的关键在于作为创作主体的建筑师如何在设计中运用体现结构逻辑的设计方法，以结构的逻辑形成建筑形态的形式逻辑。而遵循结构正确性原则是实现建筑形态结构表现的前提。

一、结构正确性原则

1．结构正确性的含义

“结构正确性”的概念最初源于奈尔维在《建筑的艺术与技术》一书中提出的“技术的正确性”， 奈尔维所指的“技术”主要是结构技术，因此后来被普遍称之为“结构正确性”。所谓结构正确性，就是要遵循结构系统受力合理、传力正确的逻辑，让结构材料的效能得到最大的发挥。这种“正确性”是工程学意义上的、可证明的正确性，是自然科学的范畴，它与建筑的安全性、适用性和经济性直接相关。考虑到建筑是一个复杂的系统，要使所运用的结构达到理论上最完美的境地是很困难的，但通过整合构思的深化还是可以找到相对合理的答案，这种实践层面上的结构合理性是理论层面上的结构正确性的反映。

2．结构正确性原则的双重意义

在建筑设计中，结构正确性原则具有本体和表现的双重意义，它既有服从于自然法则的内涵，也是实现作品艺术表现力的手段。一方面，一座依据力学要求而达到完善的大型桥梁，以及一座符合结构逻辑的大跨建筑或高层建筑，它们的美学特征是不容置疑的，都拥有从物质世界导引出来的形式，并拥有一个共同的科学本质。另一方面，在包括建筑在内的各个艺术领域中，从技术性的正确到艺术诗意的过渡，取决于相互关系和细节上的变化，这种变化很细微，即便在受技术因素制约最多的创作活动中，也总能让个人的风格特点保持在所允许的自由度范围内。

综上所述，遵循结构正确性原则的意义在于把技术看作是表现良好建筑的必要条件而非充分条件，用表达结构正确性来化解建筑本体与表现之间的矛盾，可以在建筑创作中实现技术与艺术的融合。

二、建筑形态的结构逻辑表现方式

结构逻辑的重点在于力学逻辑，其优劣的判断依据在于结构内力传递与建筑形式是否统一。一般说来，建筑的形式应与材料形成的承重结构具有一致性，即形式要满足结构作用力的传递，而建筑中为传递各种荷载形成的结构受力关系又必须与结构材料的力学性质相符合，这是任何建筑得以坚固、稳定存在的条件。对结构逻辑的表现可归纳为以下五种方式：

1．受力状态的精确表达

“形是力的图解”原是英国动物学家达西·汤普森的名言，随着结构设计理论的完善，已成为当代许多重视技术依据产生形式的建筑师普遍认同的信条。经建筑师和结构工程师紧密配合，根据力学计算可以让结构材料的用量和分布更加精确。在以杆件类型构件为主的空间结构体系中，这一点表现得尤为清晰。

钢结构的一个重要特征是构件的受力状态可以是显性的，经过精心设计的钢结构能够明确地表达材料的实际受力状态，这是其他结构材料难以比拟的。因此，结构受力的明晰、建造逻辑的真实成为钢结构建筑表现的重点。格雷姆肖建筑事务所和安东尼·亨特事务所合作设计的伦敦滑铁卢火车站的屋顶是借助结构受力图发展出最终形式的一个典型范例（图1）。除钢结构外，现代木结构中用叠层木材作压杆、钢索作拉杆，也可以实现结构形态与内力分布的吻合。位于瑞士的特拉弗西那桥，是一个无论在技术上还是在美学上都无可挑剔的结构作品（图2）。2．结构理性的美学诠释

现代建筑的结构表现源自理性主义的设计方法，而结构理性是现代建筑的重要思想成分。所谓结构理性有两层含义：一是用理性的方法分析和设计建筑结构；二是从美学的高度理解建筑结构。从结构理性的角度出发，建造的目的往往希望达到对建筑结构清晰明确的表达。从美学上对结构形式的选择，除了必备的结构合理性，以及与功能理性的统一，还必须使结构与建筑形态之间达到某种关联，这个关联的要旨在于建筑形态是否能满足结构上作用力的传递。换句话说，在用结构理性的方法分析结构时，目的是对结构进行一些特殊的处理，使其达到非同一般的表现效果。

巴黎蓬皮杜艺术中心就是这样的例子。该建筑为矩形体量，中部各层的水平结构为钢桁架大梁，大梁与从立柱挑出的悬臂牛腿内侧相连，产生的结构荷载又由位于悬臂牛腿外端的拉杆加以平衡，牛腿与立柱连接处有可旋转的铰接销。该建筑的结构是一个巧妙而又复杂的平衡系统，反映出建筑师具有革新精神的设计理念，而200多个精心制作的悬臂牛腿构成了这座建筑的主要视觉特征（图3）。诺曼·福斯特设计的雷诺产品配送中心是又一个利用暴露结构表达结构理性的典型实例。从外部看，建筑以独特的桅杆悬挂式结构构成42个标准单元，每个单元的平面尺寸都是24m×24m（图4）。结构清晰地表达了屋顶的重力，而对风荷载作用下的吸力没有给予明确表达。3．结构形式的特征再现

表现结构之美必然要将结构的某些属性显露出来。但结构系统的暴露程度并不是建筑艺术和使用质量必不可少的标准，这个问题牵涉对技术、功能和经济上的综合考虑。对结构的表达往往表现出建筑师对材料的深层理解和对结构的独具匠心。

密斯到美国之后，他的建筑特征主要集中在对钢框架结构表现潜力的探索方面。为了满足美国的建筑防火规范要求，当时的钢结构框架一般都要包裹在混凝土当中。在这种情况下，结构如何得到表达成为密斯面对的突出问题。密斯的解决方法是以同为金属类的表层材料来再现内部真正的结构，而且表层与真正的结构又是分离的，它们之间通过清晰的构造连接保持着各自的独立性。当建筑真正的结构无法实现本体性表达时，通过具有相同性质的面层材料实现了对结构本体特征的再现性表达，直观展现在人们面前的结构特征仍然属于金属而非混凝土。密斯这种不失结构逻辑的再现性表达在芝加哥湖滨公寓和纽约西格拉姆大厦中达到顶点（图5）。4．结构自由度的挖掘

19世纪以来，人类不断开发出具有更加优异力学性能的新材料，结构材料朝着越来越轻质高强化的方向发展，为建筑结构设计提供了空前的自由度。正是对结构自由度的合理挖掘，让建筑师能在一定程度上摆脱从前用砖石材料支承建筑的苛刻约束，去探索更加自由的形态。

钢筋混凝土材料具有极大的结构自由度，它可以做出砌体结构所无法实现的造型，而不必受对称或几何形体限制，还可以表现出建筑的动感，并且易于形成一气呵成的感觉，这些都要得益于混凝土在初始状态具有的流动性和可塑性。混凝土材料的这一特点为建筑师留下了广阔的造型余地。荷兰UN工作室设计的斯图加特梅赛德斯-奔驰博物馆，无论内部空间布局还是外观造型都呈三叶草形，两条不断交叉的螺旋状坡道把位于9个不同标高的展览空间连接起来，方便参观者改变参观路线。建筑师正是利用混凝土的塑形特点让非线性的结构形态与展览功能结合一起。

由于钢结构的几何复杂性有助于非线性形体塑造，因此利用钢结构易于构建更为自由的形态。计算机技术的发展与广泛应用，为建筑和结构专业的密切配合提供了充分的技术条件。

应当注意的是，建筑毕竟无法完全摆脱结构和材料的束缚实现随心所欲的形态。对于那些形体和跨度都不太大的建筑，利用优质结构材料带来的结构自由度能产生较大的形式自由，而对于体育馆、展览馆、航站楼等大跨建筑而言，采用拱、壳、悬索等尊重材料力学性质的屋盖结构，并在此基础上完成建筑的形态设计，仍然十分必要。否则，即便作品最终能够实现，也要付出高昂的代价。

5．传统结构方式的现代传承

砖石是西方传统建筑材料，中等的受压强度、很小的受拉强度和比较高的密度是其物理特征，这决定了拱结构成为传统砌体建筑覆盖内部空间的主要方式。经过长时间的积淀，砖石材料与拱形结构之间的形式关联已深深根植于人们的意识，其中暗含的合理性对现代砌体结构的形式表现产生了突出影响。

伦佐·皮亚诺在罗马教士朝圣教堂设计中，从结构角度对传统建造文化进行了富有个性化的表达和诠释（图6）。整个建筑由一系列巨型石拱构成，传统意义上的墙体不见了，石拱、空间、光线成为建筑的主导，巨大的石拱汇聚于主祭坛和一个中心巨柱上，给人以强烈的震撼。三、结语

自20世纪90年代以来，伴随着对于建筑学基本问题的关注和追索，“建构”理论被引入到国内并受到广泛关注，由此引发的建筑教育和建筑设计方法的变革正方兴未艾。在结构正确性原则指引下，归纳并运用建筑形态的结构逻辑表现形式，实现建筑本体与表现的契合，是符合“建构”本质的方法探索。在此过程中，最终确定的建筑形态并不一定是对力学逻辑的完全忠实，而是出自建筑师对结构表现的倾向，结构不但要追求技术上的完美，还要具备艺术的意义。

具体内容详见《城市建筑》2016年第4期（上）

供稿编辑：周芳菲

微信编辑：严玉蕾

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