四個結(jié)構(gòu)設(shè)計案例的回顧
——張準(zhǔn)訪談

陳軍 張準(zhǔn)

1 香港中文大學(xué)建筑學(xué)院

2 同濟(jì)大學(xué)建筑設(shè)計研究院（集團(tuán)）有限公司

3 和作結(jié)構(gòu)建筑研究所

1 小尺度框架系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)含糊（Structur a l Ambiguity）：例園茶室

陳軍（以下簡稱“陳”）：例園茶室在一個大約110m2的院子里，建筑面積只有19m2，但是通過一系列懸挑使屋面覆蓋達(dá)到40m2[1-3]。從開始設(shè)計到2016年6月份建成，歷時近9個月，設(shè)計過程中有很多變化，可以先說說建筑師的初始要求和您在結(jié)構(gòu)上的想法嗎？

張準(zhǔn)（以下簡稱“張”）：柳亦春老師一開始傾向于追求“吊著”的感覺，就是做一個鋼結(jié)構(gòu)，用門框做豎向結(jié)構(gòu)，向兩邊懸挑梁，然后吊住下面的構(gòu)件（圖1a）。我覺得單從結(jié)構(gòu)受力來講，“吊著”不如“撐著”好，但是從完成效果來看，“吊著”確實(shí)會更有意思。試算以后，確定這個房子大體結(jié)構(gòu)是可以成立的，只是懸挑梁的尺寸會比較大（圖1b）。另外，因?yàn)樽问堑踔?，所以人坐上去可能會有點(diǎn)晃動，而且變形大了之后，座椅下面的玻璃容易爆掉。

陳：建筑師是不是也提出水平和豎向構(gòu)件尺寸要相同且盡量?。磕窃趺蠢斫膺@個想法的？

張：其實(shí)剛開始還沒有這么細(xì)致的要求。因?yàn)榭紤]從門框上面往外懸挑梁，那么這個梁的尺寸肯定較大，這一點(diǎn)建筑師也認(rèn)同，只是想知道這個懸挑梁到底需要多大才能實(shí)現(xiàn)。我最開始的考慮是做一個直徑約20mm的實(shí)心鋼吊桿，這樣所有的豎向構(gòu)件都相對弱化。要求尺寸盡量一致，其實(shí)是從“吊著”變成“撐著”之后的事情了。因?yàn)橐坏┩蠐蔚脑?，?gòu)件尺寸就需要50mm或者更大，在這種情況下，建筑師才提出水平和豎向構(gòu)件的尺寸盡量一致的要求。

陳：這個房子確定從“吊著”變成“撐著”之后，還要權(quán)衡哪些事情呢？結(jié)構(gòu)師有沒有給出幾個方案做比較？最后是什么因素起到了關(guān)鍵性的作用？

張：我先給出了一個“錯位柱”的方案（圖1c）。不過內(nèi)側(cè)的柱子會影到室內(nèi)座椅的使用，所以建筑師就提出希望把這截柱子去掉（圖1d）。但去掉柱子會影響結(jié)構(gòu)受力，結(jié)構(gòu)概念上需要有很大的調(diào)整，于是我又給出了三個調(diào)整方案。第一個方案是利用施工措施讓這個轉(zhuǎn)折柱在恒載下受拉（仍然是利用懸挑梁懸吊，但會稍微減小懸挑梁懸吊，同時懸挑梁尺寸也會相應(yīng)減小），這樣可以讓構(gòu)件尺寸維持在50mm，但是施工比較復(fù)雜，需要屋面預(yù)先壓載，產(chǎn)生懸挑端的向下變形后再焊接錯位柱，完成后卸載（圖1e）；第二個方案是在座位下方加一個小的斜撐，這樣構(gòu)件尺寸還是50mm，但是整個結(jié)構(gòu)系統(tǒng)就不一樣了（圖1f）；第三個方案是把構(gòu)件尺寸統(tǒng)一增加到80mm，增加整體的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度（圖1g）。不過建筑師認(rèn)為這三個調(diào)整方案都不合適，最后就調(diào)回最初的“錯位柱”方案，同時把原本面向室內(nèi)的座椅調(diào)到了室外。

陳：最初方案中，書架采用鋼材，但是建成的書架是木材，這其中有什么特別考量嗎？

1 例園茶室設(shè)計過程模型

2 從院子望向例園茶室

3 例園茶室建成結(jié)構(gòu)系統(tǒng)圖解

4 例園茶室施工現(xiàn)場（鋼柱子與木書架的沖突）

張：一開始采用懸吊的鋼書架是想讓其平衡另一側(cè)座椅的傾覆彎矩（Overturning Moment），后來取消鋼書架是考慮到左邊已經(jīng)采用錯位柱撐住了，右邊再用鋼書架平衡的意義不大（圖1h，2）。其實(shí)最終木書架也參與了部分受力。因?yàn)樵谑┕r發(fā)現(xiàn)，書架豎板和錯位柱內(nèi)側(cè)以及室內(nèi)兩根鋼柱有沖突，于是我們臨場決定把這3根柱子切掉，用厚木板作為結(jié)構(gòu)來輔助受力（圖3，4）。

陳：這個結(jié)構(gòu)的即興調(diào)整引發(fā)出一個很有意思的效果：錯位柱內(nèi)側(cè)的鋼柱被厚木板代替之后，外側(cè)的鋼柱在視覺上更像是“吊著”的（接近圖1d中建筑師方案的視覺效果）。另外，“錯位柱”的做法在這里給人一種一半受拉一半受壓的視覺錯覺，這樣的做法在結(jié)構(gòu)里并不常見，為什么會這樣做？

張：確實(shí)結(jié)構(gòu)上一般不會主動采用這種受力方式，特別是在規(guī)模較大的結(jié)構(gòu)上，因?yàn)樨Q向傳力不直接。從結(jié)構(gòu)受力的角度看這個錯位柱的話，橫向的兩根短梁是受彎的（Bending），豎向的構(gòu)件是受壓（Compression）為主的，受力傳遞上有很強(qiáng)的混合性。建筑師用玻璃封掉下半段之后，那種撐著的感覺就變得更弱了一些。

陳：這個項(xiàng)目里有一些結(jié)構(gòu)構(gòu)件與其他要素一體化或集約化的做法，比如門框或者座椅、書架之類的家具用作結(jié)構(gòu)，其作為結(jié)構(gòu)構(gòu)件的姿態(tài)就會相對弱化。日本結(jié)構(gòu)建筑師大野博史也會這么做，他會說一個板材又是梁又是龍骨的柵格，還是吊頂?shù)娘椕娌牧?，同時承載好多功能[4]。您如何考慮這種集約化的做法？這種做法的關(guān)鍵是什么呢？是一開始就完全確定哪些適合一體化，還是在過程中尋求機(jī)會？

5 從泡桐樹一側(cè)看向茶室

6 例園茶室剖面（結(jié)構(gòu)的2 次懸挑和建筑的3 次懸挑）

張：大野博史把這種處理方式稱作“Hide-Tech”，其實(shí)是在討論“透明性”的問題。不過我當(dāng)時并沒想這么多，只是覺得在這么小的空間里，如果還把結(jié)構(gòu)和建筑分成若干層級去處理，最后會造成冗余。這種冗余最直接的壞處就是侵占建筑的使用空間，所以才去做這種功能一體化的處理?，F(xiàn)在回過頭看，會覺得有意識地做集約化處理是統(tǒng)合結(jié)構(gòu)和建筑很重要的設(shè)計手法，但并不是要把這個作為結(jié)構(gòu)設(shè)計的母題，更為重要的是結(jié)構(gòu)與功能和空間的對接，但集約意識確實(shí)往往對空間品質(zhì)產(chǎn)生無心插柳的效果。

陳：怎么看待這個房子的結(jié)構(gòu)合理性（Structural Rationality）[5]？如果只看局部構(gòu)件，會覺得有很多不合理甚至古怪的地方，比如單獨(dú)把錯位柱拿出來看，可能會覺得它受力上太折騰了，不是很合理。但如果看整個結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的話，局部構(gòu)件大體上都在整個結(jié)構(gòu)系統(tǒng)里發(fā)揮了自己的作用。

張：這也不是單純的結(jié)構(gòu)合理，而是將建筑因素也包含在內(nèi)了。其實(shí)你還有一個沒注意到的地方，建筑的三次懸挑和結(jié)構(gòu)的懸挑是有差異的。對于這個房子來說，結(jié)構(gòu)其實(shí)只有兩次懸挑。仔細(xì)對比才會發(fā)覺，屋面下置物架的那一層懸挑是純建筑的，但這個懸挑卻很重要，它在視覺上打斷了錯位柱的上半段，進(jìn)一步增加了懸浮感。另外，視覺范圍內(nèi)構(gòu)件尺寸的一致也使得力的傳導(dǎo)路徑被弱化了（圖5，6）。

陳：這里有一個結(jié)構(gòu)含糊的事情，可能不是刻意追求的，但是它出現(xiàn)了。一方面是錯位柱引發(fā)的，讓整體結(jié)構(gòu)在局部看起來不是很清晰；另一方面就是最后的意外狀況引發(fā)的即興操作，鋼材變成了木頭。這兩件事情都讓結(jié)構(gòu)變得似是而非，這和“吊著的結(jié)構(gòu)”形成輕觸地面的感覺很不一樣。通常來說，平衡和穩(wěn)定是結(jié)構(gòu)追求整體作用的關(guān)鍵，但是在感知的層面上，這個房子失去了這種整體作用的確定感。如果一定要追求力學(xué)和構(gòu)造清晰表達(dá)的話，結(jié)果肯定不是這樣。反過來說，對您而言結(jié)構(gòu)是可以含糊的嗎？

張：力學(xué)表達(dá)確實(shí)不一定是要清晰的，但你說的這種含糊，并不是說沒有梳理清楚結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的受力邏輯，或者單純依靠計算，受力不夠就加截面的思路去湊合著做。結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中的每一步推進(jìn)都需要清晰的意圖，但應(yīng)對不同的具體問題、不同階段的處理手法是可以靈活多變的，這些復(fù)雜多變的手法搭配在一起就有可能出現(xiàn)一種相對含糊的狀態(tài)。

陳：從前面談到的設(shè)計過程來看，結(jié)構(gòu)設(shè)計在這里有三個變通的層面。一是不刻意追求力學(xué)表達(dá)的清晰，即結(jié)構(gòu)系統(tǒng)是清晰的，但是視覺層面可以不清晰；二是結(jié)構(gòu)本身受力的狀況是含混的，不是豎向傳力和單純的受拉或受壓，而是彎曲和軸力可以混在一起作用；三是結(jié)構(gòu)概念和建造細(xì)部之間也有靈活調(diào)整的余地。這樣看來，設(shè)計的發(fā)展其實(shí)不是那么線性的[6]。

張：作為結(jié)構(gòu)工程師，我會覺得結(jié)構(gòu)系統(tǒng)層次清晰、結(jié)構(gòu)構(gòu)件盡量標(biāo)準(zhǔn)規(guī)整肯定是最理想的狀態(tài)；但作為設(shè)計師如果把這種標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)加到建筑形式上，我會覺得很不好，除非建筑概念剛好很適合那種極致的結(jié)構(gòu)邏輯。如果太在意力學(xué)形式，會給建筑協(xié)調(diào)增加很大的難度，比如很多殼結(jié)構(gòu)建筑。對于這個茶室，可能標(biāo)準(zhǔn)框架是最簡單的力學(xué)系統(tǒng)，但這很難實(shí)現(xiàn)多因素的統(tǒng)合，而采用一種含混的框架變體就會有趣很多。除了錯位柱傳力的含混以外，這個房子的抗側(cè)（Resisting Lateral Force）也不是直來直去的。例如背后墻體內(nèi)布置了支撐（Bracing）作為X向主要抗側(cè)，門框內(nèi)的支撐與樹邊的墻內(nèi)支撐提供Y向的抗側(cè)，但門框面外沒有支撐與房屋后側(cè)匹配，而是通過增加門框內(nèi)的立柱數(shù)量來提高剛度（Stiffness）。結(jié)構(gòu)力學(xué)上的含糊換來了相對清晰的建筑目的。但是這種做法有一個度，在小尺度下這么做合適，在高層建筑中可能就不一定合適；但反過來講，以一個大尺度項(xiàng)目的做法去要求小尺度的項(xiàng)目也不一定合適。

7 車友俱樂部建成后室外實(shí)景

9 車友俱樂部結(jié)構(gòu)師草圖（內(nèi)部由鋼支撐輔助抗側(cè)，圍墻保持全木構(gòu)抗側(cè)）

10 車友俱樂部施工現(xiàn)場（移除底層鋼斜撐，全部由木墻體抗側(cè)）

11 車友俱樂部施工現(xiàn)場（移除底層鋼斜撐，全部由木墻體抗側(cè)）

2 鋼木混合結(jié)構(gòu)的變通：上海汽車博覽公園車友俱樂部

陳：上海汽車博覽公園車友俱樂部（后簡稱“車友俱樂部”）是2018年建成的（圖7）。面積426m2，局部兩層，不算很大，但是其最大跨度超過15m[7]。建筑形體較為不規(guī)則，一側(cè)有兩個大開口，另一側(cè)又比較實(shí)，同時材料比較多樣，有鋼材也有木材。用混合結(jié)構(gòu)有什么特別的考量嗎？

張：直造（建筑事務(wù)所）第一次給我發(fā)了一個Rhino模型，初始要求是建造盡量可以快一些，同時能看出是一個木頭房子（圖8a），還要求室內(nèi)柱子不能太大。但建筑的局部跨度較大，立柱負(fù)荷面積（Tributary Area）也較大，如果全部采用木結(jié)構(gòu)的話，局部構(gòu)件尺寸不好控制，而跨度大的地方用鋼結(jié)構(gòu)更為合適，鋼木搭配也是比較常見的選擇。最初我還是想分得比較干凈，就是所有的外表皮都是木的，余下的都是鋼的，布置了一些鋼支撐處理抗側(cè)和抗扭（Resisting Torsion）（圖8b）。

陳：建筑師是怎么看這個方案的？

張：他們覺得內(nèi)部的梁和柱用鋼結(jié)構(gòu)是可以的，因?yàn)樵谶@個尺寸下也只能用鋼結(jié)構(gòu)，但是對支撐的異議比較大。因?yàn)槲艺J(rèn)為外墻除了作為外圍護(hù)結(jié)構(gòu)，本身也具有抗風(fēng)抗震的作用，就是說它可以作為抗側(cè)系統(tǒng)的一部分；但是鋼支撐也作為抗側(cè)系統(tǒng)一部分的話，他們覺得從概念上來講不太好。

陳：我問過建筑師，他說后來您發(fā)展出一個有意思的結(jié)構(gòu)概念，就是通常房子里面那些非常明顯的通高墻體很容易讓人以為是抵抗側(cè)向力的，但實(shí)際上結(jié)構(gòu)概念和這個直觀感覺之間有一個反轉(zhuǎn)：抗側(cè)全部由外面的木墻體承擔(dān)，里面的墻其實(shí)是非常輕薄的，這樣豎向力就由里面的鋼柱子承擔(dān)。他們覺得這種反轉(zhuǎn)視覺習(xí)慣的體驗(yàn)很有意思，您當(dāng)時是怎么考慮這件事的？

張：全部用木材抗側(cè)是和建筑師一起商議的建構(gòu)策略，但是在你說的這個完成狀態(tài)之前，其實(shí)還有一個出于造價考慮的過程方案。最開始木材定的是集成材（即膠合木），全部抗側(cè)構(gòu)件都采用木構(gòu)件，對應(yīng)結(jié)構(gòu)概念上，內(nèi)部的鋼結(jié)構(gòu)只需要把木外殼撐起來就好。但是因?yàn)槟静脑靸r太高，不得不把部分室內(nèi)不直接外露的木構(gòu)抗側(cè)墻體改為鋼支撐（圖8c）。當(dāng)時有張草圖（圖9），紅色就是替換木構(gòu)的鋼支撐來輔助抗側(cè)、抗扭轉(zhuǎn)，但外墻保持全木構(gòu)抗側(cè)。不過后來建筑師和甲方、使用方、承包商協(xié)調(diào)之后，將木材改成了單價更低的SPF（云杉—松木—冷杉的拼合木），這樣一來就可以多用木材，于是又把抗側(cè)鋼支撐全部調(diào)回木材，但用于撐起屋面的鋼支撐依舊保留（圖8d，10，11）。

陳：這個鋼木混合的結(jié)構(gòu)在細(xì)部上是不是有一些特殊的地方？比如這張室內(nèi)照片（圖12），我看到兩個比較古怪的細(xì)節(jié)。首先是這里有一根大鋼梁和細(xì)木肋同時出現(xiàn)，兩個跨度都是10m左右，鋼梁截面高度500mm，但是木肋的截面高度反而更小，只有224mm，它們的受力應(yīng)該是很不一樣的，對吧？第二個細(xì)節(jié)是邊上這根斜著的鋼方通，截面只有100mm，但是看著感覺像是在撐著屋面，結(jié)構(gòu)上也是這樣的嗎？

張：這兩個細(xì)節(jié)是有關(guān)聯(lián)的。首先當(dāng)時建筑師希望屋頂所有的木肋截面一樣大，但是屋面老虎窗的做法使得木肋椽子到屋面鋼主梁的傳力路徑被破壞了。通常的做法是在老虎窗和斜屋面的交接位置以及老虎窗兩側(cè)的斜屋面里增加主梁，但這需要比較大的木構(gòu)件或者局部替換為鋼構(gòu)件，與建筑師希望構(gòu)件尺寸統(tǒng)一并維持“鋼構(gòu)撐起木表皮”的感覺不符。于是我們增加了一個鋼斜撐，直接與老虎窗發(fā)生傳力關(guān)系，避免出現(xiàn)窗邊主梁。而老虎窗與屋面的轉(zhuǎn)折用T形鋼來輔助連接，將屋面的木肋和歐松板組合在一起，利用折板剛度受力，這樣就無需在轉(zhuǎn)折處設(shè)置尺寸差異較大的主梁。這里有個特殊節(jié)點(diǎn)，是T形鋼拉結(jié)住轉(zhuǎn)折的木肋（圖13～15）。

陳：回頭看這個房子的話，會發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)跟覆層的關(guān)系有一個變化。在第一個方案中二者是分得比較開的，結(jié)構(gòu)歸結(jié)構(gòu)，覆層歸覆層；最后這個方案因?yàn)橥瑫r回應(yīng)了幾個方面的問題，結(jié)構(gòu)和覆層的關(guān)系就不是那么對立的了。

張：這個在某種層面上也是集約化的想法——希望這層外墻又抗風(fēng)又抗側(cè)又是吊頂，同時還是內(nèi)墻面裝飾。

陳：還有一個層面是（視覺）效果和結(jié)構(gòu)概念的關(guān)系，在這個房子里主要是結(jié)構(gòu)細(xì)部的遮蔽和暴露的問題[8]。比如還是那張室內(nèi)照片，視覺效果上就是大鋼梁和鋼斜桿撐住了木屋頂，同時木頭包裹住室內(nèi)。這個效果和最終的結(jié)構(gòu)概念（鋼結(jié)構(gòu)承擔(dān)豎向力，木頭抵抗水平力）有種連貫性。但實(shí)際上局部鋼柱是被木頭遮蔽的，鋼桁架是用穿孔板半遮蔽的，如果把鋼結(jié)構(gòu)完全暴露出來，結(jié)局就很不一樣了。雖然通常這個事情都是由建筑師決定，但還是想問問您是怎么看待這種結(jié)構(gòu)的遮蔽與暴露的？

張：我覺得真實(shí)或直接地暴露結(jié)構(gòu)不是必須的，還是需要結(jié)合建筑要處理的問題和最終效果來決定。雖然設(shè)計的結(jié)構(gòu)在力學(xué)邏輯上很清晰，但是最終表達(dá)時適當(dāng)?shù)卣诒闻c暗示并沒有什么問題，如果能達(dá)到微妙的效果那就更有意思了。除了這個項(xiàng)目，茶室項(xiàng)目里建筑的三次懸挑和結(jié)構(gòu)的兩次懸挑之間的互打障眼法也有類似的意味。

陳：這個房子是混合結(jié)構(gòu)，意味著不是一個結(jié)構(gòu)體系就能解決的事情，這里有什么需要特別注意的嗎？

張：混合結(jié)構(gòu)是出于兩種考慮，一方面是誰更適合干什么，就讓它去干什么。比如這個項(xiàng)目里的內(nèi)部豎向承重構(gòu)件，對應(yīng)受荷面積大，又需要截面小，肯定是鋼材更合適；外圍護(hù)想直接在室內(nèi)裸露，免去內(nèi)裝，起到結(jié)構(gòu)作用的同時又要快速建造，那就用木材更合適。另一方面是一種精細(xì)調(diào)配的混合，比如屋頂以桁架結(jié)合木肋，而不是單用鋼梁或木梁以及老虎窗位置的屋面折板。此外類似例園茶室的抗側(cè)處理，在這個房子前期的結(jié)構(gòu)方案中，鋼構(gòu)件和外面木構(gòu)件的抗側(cè)也需要力學(xué)的比例調(diào)配——雖然木材較軟、較弱，但相對鋼材用量也較大，最終兩者依舊可以共同受力，整體協(xié)同工作。

陳：從這種調(diào)配（Alloying）混合結(jié)構(gòu)的想法來看，前后三個結(jié)構(gòu)方案其實(shí)是一脈相承的，不是從一個結(jié)構(gòu)系統(tǒng)跳到了一個全新的結(jié)構(gòu)系統(tǒng)，而是在一個有灰色地帶的結(jié)構(gòu)系統(tǒng)里連續(xù)變化的，對嗎？這種做法為容納其他因素提供了可能性，是有這種想法嗎？

張：是有過這種考慮。如果只是討論結(jié)構(gòu)的混合，可能有體系的混合、材料的混合、甚至一個構(gòu)件本身用途的混合，比如說又像拱、又像墻、又像板的構(gòu)件，生成那些沒有辦法歸類到傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)里的結(jié)構(gòu)，傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)間就有了灰色地帶，而且是可以連續(xù)變化的，但停留在哪個點(diǎn)才合適，需要建筑師、結(jié)構(gòu)師甚至多方一起去尋找?；旌辖Y(jié)構(gòu)除了應(yīng)對建筑需求之外，也必須有背后的力學(xué)考量，物盡其用，如果建筑想要的混合方式與結(jié)構(gòu)受力的混合方式能較好地對接，這種混合就更有意義，也更能被感受到。

12 車友俱樂部室內(nèi)實(shí)景

13 車友俱樂部剖面圖

14 車友俱樂部老虎窗翻折屋面處節(jié)點(diǎn)大樣圖

15 車友俱樂部鋼結(jié)構(gòu)施工現(xiàn)場

16 坪山橋主體建成實(shí)景

17 坪山橋建筑師初始方案的結(jié)構(gòu)圖解

18 坪山橋結(jié)構(gòu)過程方案（斜拉式結(jié)構(gòu)）

3 多樣化的傳力路徑：深圳坪山橋

陳：深圳坪山橋2于2018年6月左右開始設(shè)計，2019年底主體結(jié)構(gòu)完工（圖16）。其平面呈Y形，是一座帶頂棚的行人和自行車橋。從側(cè)面上看有點(diǎn)像桁架的變體，但是細(xì)看的話又不是?？梢灾v講設(shè)計過程中有哪些關(guān)鍵性的因素嗎？另外，這個橋的平面形式很接近您之前合作設(shè)計的日暉港橋，是不是也會有一些比較性的考量？

張：這座橋整體跨度約56m，建筑師（南沙原創(chuàng)）結(jié)合場地將橋設(shè)計成Y形平面來實(shí)現(xiàn)分流，避免放學(xué)時集中的人流量對路口造成沖擊。另外考慮到深圳熱且多雨，所以要有頂棚。起初建筑師想要一個帶有三叉索（Three-Way Cables）的張弦梁做橋面，橋頂用斜向構(gòu)件牽拉懸垂（Suspensing）一塊鋼板（圖17）。

陳：最后實(shí)施的方案中并沒有采用帶有三叉索的橋面，具體原因是什么？

張：最開始建筑師希望橋的頂棚盡量薄，同時立柱盡量細(xì)。她當(dāng)時提議頂面是一片薄鋼板，用張拉的方式懸垂，柱子向外斜，有一種把頂推開并拉住的感覺。但橋的底部要怎么做并沒有特別要求，只是因?yàn)樗催^日暉港橋，覺得同樣是Y形橋，三叉索在結(jié)構(gòu)上應(yīng)該是可以成立的。但就我個人而言，或多或少不想再做一個完全一樣的結(jié)構(gòu)，所以我一開始是想做一個橋面和頂面共同受力的結(jié)構(gòu)，但是發(fā)現(xiàn)很難跳脫桁架的類型，于是就提出了一個斜拉式的方案（圖18）。

陳：這個方案里取消了懸垂鋼板屋面，建筑師對此是什么反應(yīng)呢？

張：因?yàn)樯钲陲L(fēng)較大，單片的懸垂鋼板屋面抗風(fēng)有些困難，所以還是加了立柱。建筑師對這個方案沒說行也沒說不行，但后來應(yīng)該還是覺得不好，就直接跑來上海用了大概一兩個小時當(dāng)面聊，敲定了最后的方案。

陳：那天具體是怎么討論的？

張：建筑師對斜拉式方案不太滿意，主要還是因?yàn)闃蛑虚g沒有完全開敞，但是認(rèn)同底部可以不做三叉索。在斜拉式方案的基礎(chǔ)上，她提議一邊做斜拉，另外兩邊就不做了。我就順著她的想法，提議一邊用斜拉構(gòu)件，另一邊用一個三叉的鋼箱梁（Three-Way Steel Box Girder），直接用鉸接的方式（Hinged Joints）掛在斜拉構(gòu)件上。這個鉸接節(jié)點(diǎn)使得橋面在局部可彎曲轉(zhuǎn)動，但是橋頂沒有這個轉(zhuǎn)動能力來適應(yīng)橋面。由于建筑師一直想要橋的中間段盡量開敞，我就提議在三叉箱梁的交接位置設(shè)柱子，用一個縱向受力的簡支整體箱梁作為橋頂面，這樣就無需擔(dān)心頂面的變形協(xié)調(diào)問題（圖19）。

陳：后來怎么協(xié)調(diào)中間段的開敞和結(jié)構(gòu)之間的矛盾？

張：再往后的話，我想把細(xì)柱一直做到三叉梁的分叉點(diǎn)。但是建筑師覺得這樣交接比較突兀，一側(cè)是很大一跨的全開敞，到了三岔的地方又一下子變成很密的細(xì)柱，覺得交接位置應(yīng)該有變化，于是就提出做一個尺寸大點(diǎn)的柱子反撐過去。這個大柱子加上以后她又考慮在分叉的另兩側(cè)繼續(xù)沿用原先的張拉屋面（因?yàn)榭缍葴p小了），但考慮到張拉屋面和箱梁屋面形態(tài)差異過大最后還是放棄了。這時候雙方都是把結(jié)構(gòu)當(dāng)做一種空間構(gòu)圖的方式在處理，對于斜拉索與橋面間的三角區(qū)最終用鋼板封閉掉，一方面使得立面更加虛實(shí)錯落均衡，另一方面也把力的解讀變得更加隱晦了一些，也就是最終這個狀況（圖20）。

陳：這樣一來一往之后，力的狀況就變得很復(fù)雜了。

張：視覺解讀起來是變復(fù)雜了。從側(cè)面看，這座橋有頂有底還有斜向立柱，讓人感覺好像是桁架的變體，但其實(shí)不是。這里的頂面大箱梁完全不承擔(dān)軸向力（Axial Force）。在靠近三叉的位置采用單向滑動鉸接（One-Way Sliding Hinge），也就是說當(dāng)這座橋產(chǎn)生豎向彎曲變形時，這根箱梁可以順橋滑動，不會被軸力卡住。同時，橋面本身采用板式斜拉（Plate-Stayed）與三叉箱梁的混合?？傮w來說，橋面是彎曲受力（梁）與軸向受力（斜拉）系統(tǒng)的混合，橋頂是縱向傳力系統(tǒng)（箱梁）與橫向傳力系統(tǒng)（密柱框架）的混合。所以在最后的方案中，雖然整個結(jié)構(gòu)體系在力流傳遞上和視覺感受上都不是很直接的方式，但傳力邏輯依舊是清晰的（圖17，21，22）。

陳：就是結(jié)構(gòu)沒有完全被遮蔽，但是受力狀況很復(fù)雜，跟視覺習(xí)慣或慣常的身體感知很不一樣。

張：這種感知錯位，我覺得主要是人為地把傳力路徑多樣化了。其實(shí)這座橋的傳力考量跟剛才說的例園茶室有可類比的地方，例園茶室的錯位柱是軸力加彎曲組成了一個特殊的構(gòu)件；這座橋的三叉梁是彎曲系統(tǒng)，斜拉是軸力系統(tǒng)，力學(xué)路徑上串聯(lián)在一起形成了特殊的系統(tǒng)。

陳：這種傳力路徑的多樣化，應(yīng)該不是設(shè)計的目標(biāo)，而是因?yàn)橥瑫r考慮的事情很具體也很多樣，調(diào)配受力的方式也比較靈活，產(chǎn)生關(guān)聯(lián)之后反彈出來這樣一個結(jié)果。這個和要表達(dá)傳力復(fù)雜或者含糊是有很大差別的吧？

張：對，差別在于這個項(xiàng)目起始時并沒有把表達(dá)復(fù)雜的效果作為設(shè)計目的。但是不管是否把呈現(xiàn)出復(fù)雜感作為目的，我都希望最終的復(fù)雜是有多重的目的性與適應(yīng)性，而不是為了復(fù)雜而復(fù)雜。

4 連續(xù)五跨的懸垂梁瓦屋面：烏鎮(zhèn)“互聯(lián)網(wǎng)之光”博覽中心

陳：烏鎮(zhèn)“互聯(lián)網(wǎng)之光”博覽中心（后簡稱“博覽中心”）平面尺寸為90m×200m，屋脊高低起伏，跨度也大小不一[9]（圖23）。那么結(jié)構(gòu)最大的挑戰(zhàn)是屋面部分嗎？

張：對，一開始這個展館需要一個無柱的室內(nèi)空間，最小跨度接近90m。同時袁烽老師決定用真瓦作為屋面材料來回應(yīng)古鎮(zhèn)風(fēng)貌保護(hù)的要求，這樣一來屋面的重量會比較大，這和大跨展館采用輕質(zhì)屋面的慣常做法不太一樣。另外，他們覺得可以用張弦梁（Beam String）實(shí)現(xiàn)屋脊的跨度，還可以作為采光天窗，不過我對屋脊間的下彎曲線與受力的內(nèi)在關(guān)聯(lián)更感興趣。同時，瓦屋面比較重，有一個自然的下垂趨勢，因此就順勢考慮采用懸垂受力系統(tǒng)（Suspension System），也就是盡量采用僅受軸力的構(gòu)件，這樣在力學(xué)上比較高效。

陳：懸垂受力的方式是不是也考慮過幾種不同的做法？最終的做法是怎么確定的？

張：懸垂受力的案例其實(shí)有很多，漢諾威展館8/9的索桁架（Cable Truss Structure）和代代木國立競技場的半剛性懸垂系統(tǒng)（Semi-rigid Suspension System）都是值得借鑒的先例。雖然索桁架的力學(xué)效率較高，但這個項(xiàng)目屋面不等跨且屋脊有高度變化，復(fù)雜懸索的張拉施工較慢。相比之下，半剛性懸垂系統(tǒng)的施工更可控一些，于是最終以此為基礎(chǔ)發(fā)展了一個半剛性懸垂系統(tǒng)的變體。

陳：因?yàn)橛羞B續(xù)五跨的懸垂梁以及重型的瓦屋面，這個展館和代代木國立競技場還是很不一樣的吧？這里有什么獨(dú)特的問題需要處理的嗎？

19 坪山橋建筑師草圖（與結(jié)構(gòu)師討論細(xì)柱子的布置方式）

20 坪山橋最終結(jié)構(gòu)模型

21 坪山橋施工現(xiàn)場

22 坪山橋施工現(xiàn)場

23 博覽中心建成鳥瞰圖

張：連續(xù)五跨的懸垂梁結(jié)合張弦梁在一起，有一些獨(dú)特的問題需要解決。比如，雖然張弦梁豎向受荷剛度較好，但其面外剛度（或者說抵抗水平力的能力）以及整體抗扭轉(zhuǎn)能力都相對較弱，因此兩側(cè)懸垂屋面對張弦梁的水平拖拽力需要通過優(yōu)化才能使兩側(cè)的力差在各種受力狀況下都可控。

陳：這樣的力學(xué)調(diào)整會影響屋面曲線或者室內(nèi)效果嗎？

張：從結(jié)構(gòu)的角度來看，其實(shí)張弦梁兩側(cè)的拖拽水平力就是通過調(diào)整各區(qū)域屋面跨度與垂度（Sag）來進(jìn)行優(yōu)化的。從純力學(xué)的角度，以力學(xué)找形確定的“懸鏈線”梁與垂度比例具有更高的合理性。不過如果嚴(yán)格按找形曲線的話，會產(chǎn)生大量尺寸差異微小的構(gòu)件，影響加工與施工效率。因此先以曲率半徑一致的“圓弧線”懸垂梁代替“懸鏈線”梁，再以此為前提確定了200mm的梁高（這是一個結(jié)構(gòu)和視覺效果都可接受的尺寸）并反推屋面的跨度與垂度（圖24，25）。結(jié)合試算比選的純力學(xué)優(yōu)化過程，最后確定的方案采用間距2m、高度200mm的H形鋼梁，跨越35.5+48+48+44+35.5m連續(xù)五跨的屋面。

陳：建筑師初始方案里的屋脊走向比建成方案更多樣一些（圖26），是因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)上有一些限制嗎？

張：在最初的方案中，建筑師想多樣的屋脊走向讓室內(nèi)大空間的起伏更靈動，但是這個項(xiàng)目需要在7個月內(nèi)完成設(shè)計和施工，如果以這樣的屋脊走向來做，會產(chǎn)生很多非標(biāo)準(zhǔn)的屋面構(gòu)件，對工期影響很大，基于這樣的考慮才把屋脊調(diào)整成平行的。

陳：室內(nèi)的照明、設(shè)備和結(jié)構(gòu)的關(guān)系是怎么處理的？

張：建筑師提議在張弦梁上方做天光采光，當(dāng)時試圖通過V形空間支柱及豎向地錨拉索來減小跨度，把張弦梁的跨度從90m縮小到現(xiàn)在的66m。另外，當(dāng)時確定了間距2m的H形鋼懸垂梁，一方面是考慮到可以兼作“檁條”，便于鋪設(shè)屋面板和瓦面組件；另一方面也考慮到可以在H形梁內(nèi)嵌入燈帶（圖27）。關(guān)于設(shè)備，做V形空間支柱時其實(shí)也考慮過讓支柱內(nèi)部作為設(shè)備空間，但是項(xiàng)目過程中有過一次外部條件的意外變化，導(dǎo)致不少設(shè)備空間被隱藏在幾個展區(qū)間的分隔位置上（圖28）。

24 博覽中心連續(xù)無跨懸垂屋面的力學(xué)圖解

25 博覽中心剖面圖

26 博覽中心建筑師初始方案（比建成更復(fù)雜的曲屋面）

27 博覽中心建成室內(nèi)實(shí)景

28 博覽中心連續(xù)五跨懸垂屋面結(jié)構(gòu)圖解

29 博覽中心博覽中心五跨連續(xù)的排架結(jié)構(gòu)圖解

30 博覽中心最終結(jié)構(gòu)系統(tǒng)圖解（增加抗風(fēng)拉索兼做室內(nèi)幕墻吊索）

31 博覽中心結(jié)構(gòu)抗風(fēng)索兼做室內(nèi)幕墻吊索

陳：什么意外狀況呢？

張：設(shè)計的原意是把整個建筑作為整體使用的五跨連續(xù)空間，但是后期業(yè)主提出需要分隔為四個可獨(dú)立運(yùn)行的展區(qū)。展區(qū)間的空間分割在結(jié)構(gòu)上是可以增加立柱減小跨度的，可采用五跨連續(xù)的排架結(jié)構(gòu)（圖29）。但是因?yàn)楫?dāng)時基礎(chǔ)已經(jīng)施工，綜合考慮造價、加工周期、室內(nèi)空間品質(zhì)以及長久的空間靈活性后，大家還是決定仍然采用“懸垂梁+張弦梁”的方案。不過空間分割區(qū)上建筑增加了附屬功能，結(jié)構(gòu)附加了抗風(fēng)索（Wind-Proof Cable）（圖30，31）。

陳：也就是說抗風(fēng)索在力學(xué)上是冗余的？之前幾個案例中大部分都是在去除冗余。

張：對于結(jié)構(gòu)而言，曲梁及屋面板受到風(fēng)吸力時變?yōu)楣皻さ氖芰π螒B(tài)結(jié)合較大的屋面自重能夠完全抵抗風(fēng)吸力，抗風(fēng)索確實(shí)只是力學(xué)上的冗余和保險措施。不過設(shè)計上考慮這些索兼作內(nèi)幕墻的吊索，從這個角度來看并不冗余，有了建筑上必要的意義。另外力學(xué)冗余也有好處，就是如果未來需要再變成大空間，也可以將拉索去除。

陳：從這點(diǎn)延伸開來看，這幾個項(xiàng)目的過程中都有一個基本假設(shè)，就是不要把突發(fā)狀況（Contingencies）當(dāng)作一種消極因素，而是把它們看作一種或多或少的機(jī)會[10]。

致謝：本文基于2020 年4 月4 日、4 月15 日的兩次對談?wù)矶?，受到香港中文大學(xué)研究生獎學(xué)金的資助。感謝馮仕達(dá)老師讓此對談稿成為可能，并給予寶貴意見。在采訪和定稿過程中，水雁飛、劉珩、鄭昳（大舍建筑事務(wù)所）、張文婷（直造建筑事務(wù)所）、陶哲明（達(dá)姆斯塔特工業(yè)大學(xué)）、王帥中（蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院）、陳樂（華東建筑設(shè)計研究院）、趙書樂（香港Atelier Global），都給予了幫助。特此致謝！

注釋：

1 來源于2019 年4 月7 日與項(xiàng)目建筑師張文婷的聊天稿。

2 在深圳坪山橋項(xiàng)目和烏鎮(zhèn)博覽中心項(xiàng)目中，和作結(jié)構(gòu)建筑研究所完成結(jié)構(gòu)方案設(shè)計及全過程的結(jié)構(gòu)設(shè)計咨詢；其余項(xiàng)目由和作結(jié)構(gòu)承擔(dān)從概念到施工全過程的結(jié)構(gòu)設(shè)計。

圖片來源

圖1a～1h，3，6 為大舍建筑設(shè)計事務(wù)所提供，其中圖3 由和作結(jié)構(gòu)重繪；圖4 為柳亦春攝影；圖2，5，23 為田方方攝影；圖7、10～12，15 為陳灝?dāng)z影；圖8a、13，14 為直造建筑事務(wù)所提供；圖8b～8d，18，20，24，28～30 由和作結(jié)構(gòu)繪制；圖9 為張準(zhǔn)手稿；圖16 為張超拍攝；圖17 為南沙原創(chuàng)提供；圖19 為劉珩手稿；圖21，22 為南沙原創(chuàng)攝影；圖25，26 為創(chuàng)盟國際提供；圖27 為是然建筑攝影；圖31 為創(chuàng)盟國際攝影。