現(xiàn)代竹建筑的結(jié)構(gòu)建構(gòu)研究

王 璐 蔣滌非

(1中南大學(xué)土木工程學(xué)院長沙410004；2中南大學(xué)建筑與藝術(shù)學(xué)院長沙410004)

竹材作為一種自然材料，在建筑中的應(yīng)用歷史悠久[1]。在古代，竹子曾是中國南方的主要建筑材料之一，“不僅大小村落竹屋聚輳，城市亦是竹樓成衢、鱗次櫛比”[2]。進(jìn)入現(xiàn)代工業(yè)文明以來，竹材因在防火、抗劈裂等方面處理技術(shù)的不完善，在現(xiàn)代建筑中逐步退出。進(jìn)入21世紀(jì)，隨著人們環(huán)保意識(shí)的增強(qiáng)，竹材因其生長快、分布廣、可再生、力學(xué)性能好等特點(diǎn)重新進(jìn)入人們的視野，受到了許多國家及建筑師的關(guān)注。然而，在傳統(tǒng)竹建筑顯然不能滿足現(xiàn)代人生活需求的時(shí)候，現(xiàn)代竹建筑設(shè)計(jì)應(yīng)以怎樣的理論范式發(fā)展，創(chuàng)造宜人的生存居住環(huán)境呢?本文試圖通過分析研究眾多現(xiàn)代建筑大師設(shè)計(jì)的竹建筑，以展現(xiàn)現(xiàn)代竹建筑的設(shè)計(jì)思路和方向。

1 建構(gòu)

建構(gòu) (Tectonics)，作為一種建筑理論范式，發(fā)軔于19世紀(jì)的德國。 “Tectonics”源于希臘語“Tekton”，意為木匠或建造者。在德語中，建構(gòu)將建筑理解為結(jié)構(gòu)與藝術(shù)的綜合體，其含義超出了建造，關(guān)注于建筑建造的形式與功能之間的理性協(xié)調(diào)[3]?！靶问健笔侵附ㄖ锏囊曈X外觀，包括線條、輪廓、形狀、構(gòu)成等； “功能”即作用，是指建筑物的結(jié)構(gòu)和實(shí)用要求，包括建造、程序、組織、使用、材料、社會(huì)目的等。

建筑師通過建構(gòu)表現(xiàn)建筑的姿態(tài)，將力量間的作用、荷載與支撐關(guān)系呈現(xiàn)在世人眼前，而應(yīng)用建構(gòu)思維建造的建筑能夠使人們所看見的形態(tài)與建筑本體功能保持一致。哈佛大學(xué)教授愛德華·塞克勒認(rèn)為，優(yōu)秀的案例是那些 “結(jié)構(gòu)原理的實(shí)施近乎完美，建造合理有效，同時(shí)兼具清晰直白的建構(gòu)表現(xiàn)”的建筑[4]。意大利工程師兼建筑師皮埃爾·奈爾維曾設(shè)計(jì)過一系列或有力、或精美、或柔和的混凝土形象建筑。圖1是皮埃爾·奈爾維為意大利空軍設(shè)計(jì)的飛機(jī)庫，建筑由豎向荷載形成最經(jīng)濟(jì)合理的懸鏈線拱，支撐起由拱狀交叉肋預(yù)制件形成的空間網(wǎng)架，倒向收縮的V形扶壁真實(shí)地呈現(xiàn)出飛機(jī)庫所受靜荷載和風(fēng)荷載與支撐的關(guān)系，同時(shí)這種倒V形又是為了防止施工時(shí)扶壁向內(nèi)傾倒而采用的特殊形式，表現(xiàn)出精巧的施工設(shè)計(jì)。這些構(gòu)造處理使整個(gè)建筑表現(xiàn)出強(qiáng)而有力而又精巧輕盈的靜力學(xué)美感。

非建構(gòu)是一種忽略或者遮掩荷載與支撐之間具有視覺表現(xiàn)力的相互作用關(guān)系的手法。德國著名建筑師彼得·貝倫斯為德國通用電氣公司設(shè)計(jì)的透平機(jī)車間 (圖2)給人的第一印象是由鋼結(jié)構(gòu)框架表現(xiàn)的建構(gòu)性建筑，然而仔細(xì)分析會(huì)發(fā)現(xiàn)其中非建構(gòu)的角墩，這個(gè)為支撐屋頂起到重要作用的現(xiàn)澆混凝土墩柱并未充分展現(xiàn)出力的表現(xiàn)作用，反而被誤認(rèn)為僅僅是一堵普通的隔墻，其支撐的力學(xué)作用被外在的設(shè)計(jì)形態(tài)所掩飾。

圖1 皮埃爾·奈爾維設(shè)計(jì)的意大利空軍飛機(jī)庫

圖2 彼得·貝倫斯設(shè)計(jì)的透平機(jī)車間

除了呈現(xiàn)出支撐和荷載之間的關(guān)系，建構(gòu)還通過展現(xiàn)事物的狀態(tài)來表達(dá)其自身，因此也是一種利用折射與變形、顧及各種各樣的不同事物呈現(xiàn)自身和維持自身?xiàng)l件的手段。海德格爾在 《藝術(shù)作品的本源》中指出，建筑應(yīng)該表現(xiàn)不同材料的天性，而且應(yīng)該展示世界存在的不同情形及方式[7]。19世紀(jì)的建筑理論家維奧萊·勒·迪克擺脫了對(duì)歷史形式的模仿，提出了一系列精巧的混合結(jié)構(gòu)，他利用鐵板的抗拉性能，且易于以直桿連接使用，并結(jié)合砌體結(jié)構(gòu)來防止鐵構(gòu)件變形，在鐵質(zhì)桿件組合的獨(dú)立構(gòu)架上放置單獨(dú)的拱頂結(jié)構(gòu)便形成了這種符合材料特性的鐵構(gòu)體系—— “鐵構(gòu)拱頂”。

可見，建構(gòu)強(qiáng)調(diào)建筑結(jié)構(gòu)與功能的協(xié)調(diào)統(tǒng)一，材質(zhì)特性與其展現(xiàn)出來的形態(tài)相一致，整體上呈現(xiàn)出一種 “表里如一”的特征。這種 “表里如一”的呈現(xiàn)，會(huì)讓建筑更好地貼近環(huán)境與人的心理，激發(fā)人與建筑的共情感受，達(dá)到建筑與材質(zhì)、建筑與人、建筑與自然的完美結(jié)合。

2 現(xiàn)代竹建筑的結(jié)構(gòu)形態(tài)

建構(gòu)使人們重新發(fā)現(xiàn)世界存在的方式，一棟建筑是如何立在大地之上，一種材料是如何呈現(xiàn)其自身，建構(gòu)的建筑給人留下穩(wěn)固安全的印象，使人覺得它是被良好支撐的，而不似隱藏結(jié)構(gòu)讓人無法捉摸。縱觀現(xiàn)代竹建筑的設(shè)計(jì)，可以發(fā)現(xiàn)竹建筑與建構(gòu)之間的密切聯(lián)系。

竹建筑是以原竹材料作為主要構(gòu)造的建筑?，F(xiàn)代竹材構(gòu)造可以形成梁架、桁架、拱架、支柱、籠式結(jié)構(gòu)等各種基本結(jié)構(gòu)形式，而且現(xiàn)代建筑已然進(jìn)入了一個(gè)綜合應(yīng)用混合類型的新時(shí)期，因此現(xiàn)代竹建筑擁有無限多樣的結(jié)構(gòu)形態(tài)。根據(jù)建筑的形態(tài)部位，竹建筑結(jié)構(gòu)可以分為豎向、橫向、屋頂結(jié)構(gòu)，以及以建筑全體作為整體的空間結(jié)構(gòu)。

2.1 豎向結(jié)構(gòu)

竹建筑中的豎向結(jié)構(gòu)以竹柱為主，一般用于垂直或近似垂直的部位，作為支撐樓面和屋頂?shù)臉?gòu)件。豎向竹結(jié)構(gòu)除了支撐樓面和屋頂傳來的超大荷載外，還要承受來自梁端的彎矩。傳統(tǒng)竹柱多以單根竹材豎直支撐竹梁，隨著技術(shù)的進(jìn)步，竹柱的形態(tài)更加豐富，出現(xiàn)了形式多樣的組合柱，而設(shè)計(jì)的核心理念就是應(yīng)用多桿件組合，減小彎矩，盡量使每根桿件都能處于軸向受力狀態(tài)，從而提高材料的利用率，也為多種結(jié)構(gòu)形式提供了可能。比如，樹形結(jié)構(gòu)柱斜向伸展的桿件將柱與梁之間的彎矩轉(zhuǎn)化為力偶，桿件主要受到軸向力。竹制樹形結(jié)構(gòu)不但力學(xué)性能更加合理，而且還能喚起人們回歸森林的遐想。

越南建筑師武重義 (Vo Trong Nghia)設(shè)計(jì)的山蘿餐廳 (圖3)，由4根細(xì)竹捆扎組成的組合柱，2根細(xì)竹之間留有2根竹桿寬度的間隙，這樣可以有效減少偏心受壓的受力狀態(tài)，加強(qiáng)結(jié)構(gòu)整體性，降低引起彎曲變形的局部彎矩。這種細(xì)長形的、既分隔又通透的組合柱產(chǎn)生的透明感，形成了輕松自由的餐廳環(huán)境。

圖3 山蘿餐廳的竹柱組合形成連續(xù)不斷的空間

在巴厘塞蘭安島的三山樓 (Three Mountains)設(shè)計(jì)中，利用24根竹桿斜交形成了單葉雙曲面形中心柱 (圖4)。這種新型柱結(jié)構(gòu)作為整個(gè)建筑的重要支承結(jié)構(gòu)，不但能夠承受豎向荷載，有效抵抗水平荷載，而且也是內(nèi)部空間景象連綿而豐富的視覺焦點(diǎn)，加之柱頂天窗灑下的陽光，使人的想象沿著竹柱飛升而去，自然而自由。

圖4 三山樓建筑中的中心柱

此外，豎向竹結(jié)構(gòu)還有一些特殊的形式，即竹柱密集排列，或者正交、斜交布置，這時(shí)柱與墻的區(qū)別就模糊了。哥倫比亞建筑師西蒙·維列設(shè)計(jì)的墨西哥城游牧博物館 (Nomadic Museum)，用直桿連接屋檐直線與地面正弦曲線形成曲面竹墻 (圖5)，支撐建筑的三角形屋頂，這種竹墻結(jié)構(gòu)有利于使竹柱的主應(yīng)力以軸向力來提供斜向推力，以減弱竹柱受到側(cè)向荷載時(shí)產(chǎn)生的彎曲變形，而蜿蜒的墻體曲線也使得整個(gè)建筑好像流動(dòng)了起來，產(chǎn)生輕盈而靈動(dòng)的視覺感受。

注：圖片源自Pierre Frey[10]。

2.2 橫向結(jié)構(gòu)

橫向竹結(jié)構(gòu)主要包括梁和樓面。其中，梁是人類最早學(xué)會(huì)的、也是最簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)體系，傳統(tǒng)印第安人很早就會(huì)根據(jù)竹材逐漸變細(xì)、兩端質(zhì)量不同的特性，在竹桿小口徑一端填入填充料來平衡竹梁。隨著現(xiàn)代建造技術(shù)的進(jìn)步，橫向竹結(jié)構(gòu)的質(zhì)量與精確性不斷提高，可以通過工廠或現(xiàn)場(chǎng)預(yù)制方式，對(duì)竹材進(jìn)行預(yù)處理來調(diào)整角度，用繩索纏繞竹束捆扎，并用電鉆打孔，插入竹銷或螺栓連接加固，有效解決了傳統(tǒng)捆扎連接因竹材間的摩擦力不足、難以抵抗橫向力彎曲產(chǎn)生的縱向剪力而發(fā)生滑移的問題，能承受比單根竹梁更大的荷載，而且構(gòu)造也更加精致美觀，尺寸標(biāo)準(zhǔn)為形成大跨度竹建筑空間奠定了基礎(chǔ)。

橫向結(jié)構(gòu)由柱和墻支撐，也可起到約束柱和墻傾覆的作用。作為受彎構(gòu)件，竹材既需要抵抗拉壓，又要抵抗彎曲和剪切方面的力。當(dāng)竹建筑橫向結(jié)構(gòu)的應(yīng)力負(fù)擔(dān)較大時(shí)，斷面也隨之增大，由此帶來的自身質(zhì)量的增加也會(huì)導(dǎo)致應(yīng)力負(fù)擔(dān)變大，因此現(xiàn)代竹建筑多考慮通過調(diào)整梁或樓面的形態(tài)、材料的組合等輕量化的方法以減少結(jié)構(gòu)材料和基礎(chǔ)施工，形成更有效的結(jié)構(gòu)體系。這些高效能的結(jié)構(gòu)也創(chuàng)造出許多新的竹建筑形式，產(chǎn)生了與傳統(tǒng)竹梁架結(jié)構(gòu)建筑不同的新體驗(yàn)。

一些建筑師對(duì)復(fù)合梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行了嘗試。例如，齊格特·羅斯瓦格·塞勒建筑工程事務(wù)所設(shè)計(jì)的巴基斯坦竹土學(xué)校 (圖6)，在其梁結(jié)構(gòu)中，底層與頂層竹梁橫向細(xì)密排列，中間層竹梁縱向布置，各層竹梁通過釘子、繩索緊密聯(lián)系，形成富于韻律感的3層復(fù)合梁系統(tǒng)。這種雙向受力結(jié)構(gòu)有利于減少竹材作為單向受力梁結(jié)構(gòu)時(shí)的形變而導(dǎo)致竹梁強(qiáng)度的減弱，也可以使承載梁的邊框或墻體受力更為均勻，形成更有效的荷載分?jǐn)傮w系，結(jié)構(gòu)更為輕巧，提高了空間效率，而且即使其中一根竹梁開裂，建筑整體上仍能繼續(xù)承載、使用。這種兩橫一縱的梁結(jié)構(gòu)清晰地展現(xiàn)出力的傳遞路徑，以及橫縱兩個(gè)方向所受荷載的大小，使人的身體感到安全舒適。

圖6 竹土學(xué)校的橫向竹梁結(jié)構(gòu)

還可將多根竹梁分段放置于不同的標(biāo)高形成疊置梁的形式。如在山蘿餐廳的設(shè)計(jì)中，武重義將10層竹梁垂直交錯(cuò)形成格子梁與立柱連接 (圖7)，不但增加了結(jié)構(gòu)的豎向整體穩(wěn)定性，而且分段疊置梁形成的通透格柵，也增加了建筑的空間深度，產(chǎn)生了室內(nèi)連續(xù)不斷的空間體驗(yàn)。

圖7 山蘿餐廳10層竹梁形成的疊置梁

武重義設(shè)計(jì)的竹翼咖啡廳 (圖8)則采用了組合材料的梁結(jié)構(gòu)。12 m寬的屋頂結(jié)構(gòu)僅兩端處由懸臂結(jié)構(gòu)支撐，屋面?zhèn)鬟f至梁中間的彎矩較大，如果采用增大橫截面積來處理竹梁，粗壯的竹梁會(huì)破壞整體建筑的輕盈飄逸之感；而利用張弦梁 (圖9)，鋼索支持支桿對(duì)直梁起頂托作用，使直梁撓度減小并降低竹梁的彎矩應(yīng)力，還釋放了建筑頂部空間，咖啡廳呈現(xiàn)出飛翔的姿態(tài)。

圖8 竹翼咖啡廳屋頂如在空中伸展著的翅膀

圖9 竹翼咖啡廳的鋼索、桁架組合的懸臂結(jié)構(gòu)

2.3 屋頂結(jié)構(gòu)

屋頂是生動(dòng)展現(xiàn)建筑性格與特質(zhì)的關(guān)鍵部位?，F(xiàn)代竹建筑師不但追求竹建筑屋頂結(jié)構(gòu)的力學(xué)效率，注重竹材本身的特性與工法，還關(guān)注結(jié)構(gòu)的空間效率與視覺效果，在初步形態(tài)的基礎(chǔ)上分析結(jié)構(gòu)應(yīng)力，再探求合理的形態(tài)，經(jīng)過這樣反復(fù)的匹配，將形式與功能統(tǒng)一起來，形成合理而優(yōu)美的屋頂形態(tài)。

多年來西蒙·維列一直探索竹材的材料性能與限制，追求結(jié)構(gòu)與空間的協(xié)調(diào)，傳統(tǒng)與現(xiàn)代的融合，自譽(yù)為 “一個(gè)屋頂建筑師”。他成功完成了多數(shù)人認(rèn)為難以實(shí)現(xiàn)的 “從屋頂向下建造的結(jié)構(gòu)”[10]。他設(shè)計(jì)的屋頂形式多樣，其基礎(chǔ)形式多由桁架或在屋頂相遇的半桁架構(gòu)成，基于西班牙傳統(tǒng)并根據(jù)建筑的復(fù)雜系統(tǒng)豐富充實(shí)，形成深遠(yuǎn)的屋檐，提供足夠的避護(hù)，防止雨水、陽光損壞結(jié)構(gòu)。為了避免竹屋頂不能承受巨大的背風(fēng)抽吸效應(yīng)而被掀翻，他加大了屋頂?shù)馁|(zhì)量，每平方米可達(dá)200 kg，這也使得他設(shè)計(jì)的建筑看起來非常穩(wěn)重，形成了古樸雄渾的風(fēng)格。

西蒙·維列非常注重結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，同時(shí)也要保證主觀印象的穩(wěn)定性。他設(shè)計(jì)的位于印度新德里普拉迪普·薩科德瓦的竹屋屋頂 (圖10)即體現(xiàn)了這一點(diǎn)。在竹屋室內(nèi)餐廳可以看見3個(gè)圈層：中心第1層為屋頂通風(fēng)口，由4根竹材支撐屋脊形成兩坡屋頂；中間第2層把力傳遞于第1層圈梁以環(huán)繞支撐第1層屋頂；外圍第3層屋頂為兩部分桿件穿插組成，一部分為第2層屋頂桿件的延伸，另一部分竹桿略陡，把力傳遞于第2層圈梁環(huán)繞支撐第2層屋頂。為了保證建筑良好的通風(fēng)采光以及通透的視野，建筑在第2層圈梁并未直接支承于土墻之上，而是采用竹柱支撐于土墻之上，但第1和第2的2個(gè)圈層形成大跨屋頂會(huì)對(duì)第2層圈梁產(chǎn)生較大的推力，于是第3層屋頂中與外側(cè)柱子或土墻連接的一部分竹桿環(huán)繞支撐第1和第2的2個(gè)圈層屋頂以提供足夠的穩(wěn)定性。3個(gè)圈層由中心至外圍越來越致密，呈發(fā)散形式，不僅體現(xiàn)了結(jié)構(gòu)的力學(xué)邏輯，而且在人們心理上實(shí)現(xiàn)了傳力趨勢(shì)的平衡，獲得與人們的心理預(yù)期相吻合的視覺感受。

圖10 西蒙·維列設(shè)計(jì)的體現(xiàn)結(jié)構(gòu)與視覺穩(wěn)定性的竹屋屋頂

屋頂不單是遮蔽物，也具有生動(dòng)的個(gè)性，是重要的設(shè)計(jì)要素之一?，F(xiàn)代竹建筑師將傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)形式創(chuàng)新應(yīng)用，形成超越功能具有豐富多樣表現(xiàn)力的屋頂。印尼巴厘島綠色學(xué)校大禮堂的設(shè)計(jì)就很好詮釋了這一點(diǎn)。綠色學(xué)校大禮堂 (圖11)是一個(gè)可容納300人左右的多用途活動(dòng)空間，其拱形結(jié)構(gòu)的4個(gè)支撐點(diǎn)間的距離達(dá)19～20 m(遠(yuǎn)支撐)和9～10 m(近支撐)。其結(jié)構(gòu)形式源于拱形竹橋，因拱形能夠提供較大空間跨度，建筑師將傳統(tǒng)拱橋進(jìn)行改進(jìn)，用幾段竹子捆綁建造，這樣就比整根大竹桿更容易達(dá)到預(yù)期曲度，并降低成本。底部橢圓形的石環(huán)固定支撐巨大的拱形屋頂，還可以用作禮堂的看臺(tái)。巨大的拱形屋頂結(jié)構(gòu)極好地協(xié)調(diào)了建筑與周圍環(huán)境的關(guān)系，從內(nèi)部看四面完全開放，可以融入周圍的環(huán)境，并采取了相應(yīng)的防護(hù)措施，以適應(yīng)當(dāng)?shù)氐谋┯旰痛箫L(fēng)天氣。在屋頂?shù)淖罡唿c(diǎn)開口處采用半透明材料，引入豐富的自然光，使巨大幽深的屋頂呈現(xiàn)舒適宜人的生活環(huán)境。

圖11 綠色學(xué)校大禮堂的拱形屋頂結(jié)構(gòu)

2.4 空間結(jié)構(gòu)

空間結(jié)構(gòu)是將建筑作為一個(gè)整體共同承受外力的建筑形式。具有空間結(jié)構(gòu)的竹建筑還具有節(jié)省材料和輕質(zhì)的特征。結(jié)構(gòu)合理性與造型性完美統(tǒng)一，在空間結(jié)構(gòu)的竹建筑中表現(xiàn)得最為突出。2010年上海世博會(huì)的 “德中同行之家”是空間結(jié)構(gòu)的竹建筑的典型代表 (圖12)。

圖12 “德中同行之家”竹建筑

在 “德中同行之家”的設(shè)計(jì)中，由24個(gè)倒置四棱錐單元相互聯(lián)系組成外圍原竹空間桁架，這種多棱結(jié)構(gòu)與附加的張弦結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了建筑的自穩(wěn)性，整體構(gòu)件共同抵御外力。其中，立面傾斜的竹桿件支撐屋面荷載并抵抗水平荷載，四棱錐頂面設(shè)水平原竹斜桿以提供頂面剛度。這些竹桿件組合成的幾何形狀具備力學(xué)合理性，還具有較高的空間效率，以及重復(fù)交錯(cuò)的視覺效果，使人產(chǎn)生舒適的秩序感。在建造工法上，原竹桿件采用預(yù)制的方法處理，由竹桿端部灌入混凝土，再埋置鋼連接件。根據(jù)竹材良好的順紋抗拉和抗壓性能，竹桿之間以鋼連接件形成鉸接，使竹桿主要承受軸向力，同時(shí)在竹桿端部應(yīng)用鋼箍以提高竹桿橫向抗擠壓和抗剪切的能力(圖13)。建筑師將這些構(gòu)造真實(shí)地展現(xiàn)了出來，使人體驗(yàn)到竹建筑的堅(jiān)固，提升了舒適的美感。

圖13 “德中同行之家”竹桿間的連接點(diǎn)

卡德納斯意識(shí)設(shè)計(jì)工作室設(shè)計(jì)的竹生態(tài)穹頂(圖14)，應(yīng)用空間網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，強(qiáng)調(diào)原竹材料的物理機(jī)械性能，形成輕盈和美觀的結(jié)構(gòu)，以最少的材料在尺度和形式上形成強(qiáng)烈的視覺沖擊力，富有科技未來之感。這個(gè)復(fù)雜的測(cè)地線幾何體，能夠承載其自身約30倍的質(zhì)量，具有超凡的靜力學(xué)性能，表現(xiàn)出建造與韻律之美，傳達(dá)出 “自然與技術(shù)的共生”主題。

在諾曼度假村項(xiàng)目中，建筑師武重義根據(jù)解析幾何開發(fā)了由直線結(jié)構(gòu)元素構(gòu)成曲面形態(tài)——單葉雙曲面結(jié)構(gòu)，運(yùn)用該結(jié)構(gòu)良好的抗強(qiáng)風(fēng)力學(xué)性能和通風(fēng)對(duì)流效果，設(shè)計(jì)了一個(gè)高達(dá)8.5 m的酒吧 (圖15)。這種結(jié)構(gòu)裝飾感強(qiáng)、造型優(yōu)美，清晰展現(xiàn)的單葉雙曲面直母線，使人產(chǎn)生扎實(shí)穩(wěn)定之感，同時(shí)中間內(nèi)凹的 “小蠻腰”形式又會(huì)產(chǎn)生向上旋轉(zhuǎn)伸展的體驗(yàn)；而且2個(gè)單葉雙曲面嵌套而成的圓筒形高塔，又能產(chǎn)生輕盈之感，遠(yuǎn)望酒吧猶如漂浮在度假村與海灘之間。

圖14 空間網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的竹生態(tài)穹頂

圖15 具有單葉雙曲面結(jié)構(gòu)的竹制酒吧

由此可見，現(xiàn)代竹建筑結(jié)構(gòu)的各部分形態(tài)真實(shí)呈現(xiàn)出荷載與支撐的相互作用關(guān)系，使人們可以理解、并能用身體感受把自身融入建筑環(huán)境，喚起審美體驗(yàn)，達(dá)到功能與形式的協(xié)調(diào)統(tǒng)一?，F(xiàn)代竹建筑設(shè)計(jì)呈現(xiàn)出建構(gòu)思維下的結(jié)構(gòu)制造。

3 現(xiàn)代竹建筑結(jié)構(gòu)制造的特征

現(xiàn)代竹建筑結(jié)構(gòu)形態(tài)源于建筑師對(duì)結(jié)構(gòu)概念和具體建造技術(shù)的理解。除了應(yīng)用技術(shù)手段提供支持外，更需要建筑師發(fā)掘技術(shù)應(yīng)用的可能性?，F(xiàn)代竹建筑結(jié)構(gòu)制造的形態(tài)多姿多彩，其主要特征有：明晰邏輯、隱喻身體、融合自然、詮釋文化等。

3.1 明晰邏輯

圖16 “德中同行之家”的分解軸測(cè)圖

現(xiàn)代竹建筑結(jié)構(gòu)強(qiáng)調(diào)構(gòu)造邏輯的明晰，亦即將竹結(jié)構(gòu)抽象的邏輯關(guān)系可視化，從結(jié)構(gòu)的外形可以清楚理解結(jié)構(gòu)的工作原理，其中包括結(jié)構(gòu)中內(nèi)力大小、力流傳遞以及建造工法等。

竹翼咖啡廳的純竹懸臂結(jié)構(gòu)像一系列在空中伸展著的翅膀。懸臂結(jié)構(gòu)由2組弧形與中間的腹桿組成了上小下大的弧形桁架結(jié)構(gòu)，懸臂底部一側(cè)抵住混凝土樁；而另一側(cè)使用固定在混凝土樁上的索具螺旋扣固定，懸臂與地面形成剛接效果。懸臂由下至上內(nèi)力逐漸減小，這種上小下大的形狀避免了底部應(yīng)力過大，使其各點(diǎn)具有相近的耐受力，同時(shí)也直觀地展示出懸臂由下至上逐漸減小的內(nèi)力狀況，使人感到穩(wěn)定而舒展。

“德中同行之家”的結(jié)構(gòu)由不同層級(jí)的部分組成的一個(gè)整體系統(tǒng) (圖16)，這些層級(jí)相互獨(dú)立又相互聯(lián)系。建筑主體結(jié)構(gòu)主要包括外圍天然竹桿立體桁架和內(nèi)部膠合竹門架結(jié)構(gòu)2部分，從外觀上可以明確看到3個(gè)連續(xù)的層級(jí)關(guān)系，從外圍原竹空間桁架到屋頂張弦結(jié)構(gòu)，最后結(jié)束于PVC膜結(jié)構(gòu)。而且力流傳遞路徑也經(jīng)由桿件組成的幾何形式清楚展現(xiàn)，同時(shí)建筑還清晰地展現(xiàn)了結(jié)構(gòu)建造的工法，每個(gè)桿件之間由專門研制的可調(diào)節(jié)鋼節(jié)點(diǎn)連接，并用鋼箍緊固原竹端部以防止竹材爆裂，整個(gè)建筑呈現(xiàn)出清晰而安定的美感。

3.2 隱喻身體

竹建筑結(jié)構(gòu)的建構(gòu)關(guān)系基于普遍的力學(xué)原理，而要使其具有意義，則需要通過身體的隱喻才能實(shí)現(xiàn)?！拔覀儾皇峭ㄟ^侵略性地搜尋建筑形式，而是通過 (身體)居住于其中，從而在建筑中體驗(yàn)到滿足感”[17]?，F(xiàn)代竹建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)應(yīng)當(dāng)尊重、利用身體經(jīng)驗(yàn)并加以引導(dǎo)，在竹建筑的構(gòu)成和實(shí)踐中融入身體，使人以豐富而充實(shí)的心靈和情感移入建筑之中，并且充分應(yīng)用光滑溫潤、天然親身的竹材，使身體棲居，獲得安寧。

適應(yīng)人體的感知習(xí)慣，融合符合審美動(dòng)力的形式于竹建筑結(jié)構(gòu)，可以產(chǎn)生舒適的美感。印尼巴厘島綠色學(xué)校的 “學(xué)校之心” (圖17)的屋頂結(jié)構(gòu)由3個(gè)向上收縮盤旋的螺旋形組成，這種結(jié)構(gòu)形式平滑漸變、連貫流暢，使人的心靈會(huì)向著螺旋線中心方向飛向天空，產(chǎn)生自由、輕松而舒適的感覺。

圖17 綠色學(xué)校的 “學(xué)校之心”建筑

除了視覺身體感受之外，竹建筑結(jié)構(gòu)還可以結(jié)合非視覺的身體體驗(yàn)，如聽覺，由于竹材對(duì)聲音的反射和吸收特性，竹制結(jié)構(gòu)可以形成音調(diào)柔和、親切優(yōu)美的空間環(huán)境。此外，還有身體觸覺，例如，在巴基斯坦竹土學(xué)校設(shè)計(jì)中 (圖7)，置于復(fù)合梁之上的樓面，以竹篾經(jīng)緯交錯(cuò)形成編織紋理，不僅在視覺上使人產(chǎn)生熟悉親切的愉悅感，而且當(dāng)身體行走于地板上，地板會(huì)產(chǎn)生富有彈性的彎曲，帶來身體某種柔韌感，這種非視覺體驗(yàn)無疑強(qiáng)化了這個(gè)綠色建筑的建構(gòu)體驗(yàn)。

3.3 融合自然

人是自然的一部分。竹材作為一種直接取自自然的材料，與人存在著天然的親和力。在竹建筑中，或者對(duì)自然進(jìn)行模擬，對(duì)環(huán)境進(jìn)行有機(jī)模仿與再現(xiàn)；或者與自然相契合，對(duì)環(huán)境及其內(nèi)在復(fù)雜性進(jìn)行詮釋，這些都可以使人體驗(yàn)到自然的美。模擬自然的結(jié)構(gòu)不僅因?yàn)樗軌騿酒鹑藗儗?duì)自然的聯(lián)想而產(chǎn)生美感體驗(yàn)，而且因?yàn)樽匀豢偰軌蛞宰顬楦咝У姆绞綐?gòu)造萬物，以最少的材料實(shí)現(xiàn)對(duì)自然力的疏解與抵抗，比如，樹干的分叉可以減少風(fēng)荷載，而樹根的分叉又可增加風(fēng)荷載下的穩(wěn)定性。在西蒙·維列設(shè)計(jì)的2010德國漢諾威世博會(huì)的 “零碳館”中，應(yīng)用一系列樹形結(jié)構(gòu)的竹柱支撐起帶有如無數(shù)菌褶一般的蘑菇屋頂 (圖18)。這些竹柱相互聯(lián)系，清晰地展示出力的傳遞路徑，形成緊密連接的有機(jī)系統(tǒng)，支撐起懸臂7.3 m、直徑達(dá)40 m的由桁架組成的巨大屋頂，為人們提供了一個(gè)舒適、安全的巨大避護(hù)。

圖18 西蒙·維列設(shè)計(jì)的 “零碳館”

現(xiàn)代竹建筑結(jié)構(gòu)除了模擬自然，還可揭示自然界的基本規(guī)律，通過協(xié)調(diào)與自然的關(guān)系來形成結(jié)構(gòu)形態(tài)。建筑師武重義設(shè)計(jì)的 “風(fēng)和水咖啡廳” (圖19)坐落于越南郁郁蔥蔥的熱帶景觀之中，為適應(yīng)當(dāng)?shù)貪駸岬臍夂?，建筑師通過竹和鐵制抗拉構(gòu)件連接支撐建筑屋頂，提供寬達(dá)12 m的無柱大空間。建筑根據(jù)計(jì)算流體力學(xué) (CFD)分析形成V形支柱，最大化地將自然風(fēng)引入建筑。通過對(duì)自然規(guī)律的解析，不但節(jié)約了能源，保證了內(nèi)部空間的空氣質(zhì)量及熱舒適度，提供了健康和舒適的環(huán)境，還形成最為自然的建筑形態(tài)。

圖19 武重義設(shè)計(jì)的 “風(fēng)和水咖啡廳”

瑪拿撒拉姆建筑事務(wù)所 (Manasaram Architects)設(shè)計(jì)的位于印度班加羅爾的辦公建筑—— “竹子交響樂”(圖20)，很好地協(xié)調(diào)了當(dāng)?shù)氐淖匀伙L(fēng)向與建筑物的朝向和屋頂形式之間的關(guān)系，有效減小了風(fēng)阻。盡管建筑南側(cè)完全開放，但在強(qiáng)烈的東北和西南風(fēng)的影響下室內(nèi)沒有任何強(qiáng)烈的氣流，而且還順應(yīng)周圍的地形，利用簡(jiǎn)單的竹柱和竹梁組成協(xié)同網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，其中的柱子雖然看上去很隨意、雜亂無章，但卻有明確的大小、位置和傾斜度，在結(jié)構(gòu)上具有關(guān)聯(lián)性，與在自然界中發(fā)現(xiàn)的高度進(jìn)化的技術(shù)邏輯一致。

3.4 詮釋文化

歷史是一種體驗(yàn)，在批判中與現(xiàn)今融為一體?，F(xiàn)代竹建筑實(shí)踐除了應(yīng)設(shè)法建立在其自身物質(zhì)秩序的基礎(chǔ)之上以外，還要努力解決自身與社會(huì)的關(guān)系，不但要挖掘傳統(tǒng)，還應(yīng)該對(duì)傳統(tǒng)進(jìn)行重新解讀、收集和創(chuàng)造，使竹建筑獲得活力。

圖20 “竹子交響樂”建筑

武重義設(shè)計(jì)的越南昆嵩市印度支那咖啡廳 (圖21)，建筑以15個(gè)巨大的倒錐形純竹結(jié)構(gòu)單元支撐屋頂，由下至上逐漸舒展的竹結(jié)構(gòu)單元由3層結(jié)構(gòu)組成：中心豎直布置竹柱、中間圓錐形排列的竹柱以及外層環(huán)狀彎曲布置的斜撐式竹柱，并且在結(jié)構(gòu)單元中還以3層鐵制支撐環(huán)固定。這種結(jié)構(gòu)單元有效減少了結(jié)構(gòu)中的彎矩，應(yīng)力以軸力為主，提高了結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度及穩(wěn)定性。這種結(jié)構(gòu)形式可以最大化地引進(jìn)夏季自然風(fēng)，風(fēng)季抵御疾風(fēng)暴雨。這些柱子的形式與越南常見的傳統(tǒng)竹制魚簍由上而下逐漸收縮的外觀相似，喚起人們對(duì)傳統(tǒng)生活的想象?？Х葟d運(yùn)用現(xiàn)代結(jié)構(gòu)與技術(shù)，創(chuàng)造了簡(jiǎn)潔大方的結(jié)構(gòu)形態(tài)，體現(xiàn)了當(dāng)代的結(jié)構(gòu)技術(shù)水平，在優(yōu)美的自然環(huán)境中創(chuàng)造了一個(gè)富有越南民族意味、雅致而美妙的建筑景觀。

圖21 武重義設(shè)計(jì)的印度支那咖啡廳

IBUKU竹建筑公司設(shè)計(jì)的綠色學(xué)校的千禧橋(圖22)，由金色和黑色竹子混合建造，這2種色彩是當(dāng)?shù)孛啄霞驯Ｗ鍌涫芡瞥绲拿褡迳?，而且屋頂形態(tài)也源于米南佳保族傳統(tǒng)建筑中形似水牛角的屋頂。建筑師將傳統(tǒng)形式及建造方式與巨大的拱結(jié)構(gòu)相結(jié)合，形成了跨度23 m的亞洲最長的竹橋。建筑形態(tài)優(yōu)美，給人留下深刻地域印象，是建筑師、工程師、設(shè)計(jì)師和工匠們共同以新方式建造的杰出典范。

圖22 綠色學(xué)校的千禧橋

4 小結(jié)

建構(gòu)是一種建筑理論范式，關(guān)注于建筑建造的形式與功能之間的理性協(xié)調(diào)?，F(xiàn)代竹建筑綜合利用多種結(jié)構(gòu)形式，形成的豎向、橫向、屋頂、空間結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)形態(tài)，都展現(xiàn)出荷載與支撐的作用關(guān)系，喚起移情體驗(yàn)，在設(shè)計(jì)中呈現(xiàn)出建構(gòu)思維下的結(jié)構(gòu)制造。現(xiàn)代竹建筑師已經(jīng)做出許多嘗試，在建構(gòu)的架構(gòu)下，創(chuàng)造出許多具有明晰邏輯、隱喻身體、融合自然、詮釋文化等特征的優(yōu)秀建筑，使竹建筑提供舒適、安寧的環(huán)境，使人們?nèi)谌肷畹氖澜?，詩意地棲居?/p>