不同结构形式对“透明”概念的诠释

陆洋

LU Yang

栾栌构造设计事务所

结构作为建筑的重要组成部分，往往同时肩负着力学作用和建筑表达的双重责任。在很多设计语言巧妙的项目中，结构的透明性对于建筑语言的诠释起着至关重要的作用。换句话说，结构的存在不应突兀于建筑设计之外，不管材料如何，结构隐形的第一步就是契合于建筑表达之中，让结构本身成为设计语言的一部分。不管结构的材料如何选择，恰当的设计都可以为结构的透明性提供最有力的帮助。

或许玻璃是最具有“透明”特性的建筑材料，不过由于自身的特殊材料属性，玻璃结构往往因为其高昂的造价和复杂的附属结构设计要求，仅会在特殊项目中得以应用，而其透明的本质亦可直观感受到，本文不再赘述。除玻璃之外，常见的结构材料再无“自身即透明”的优势存在，如果想要达到结构透明的效果，可能“轻”“细”会是被首先提出的解决思路，即纤细的结构不易破坏建筑的视觉效果，比如采用悬索、细钢柱或特殊截面，在特殊的角度甚至整个建筑中，让结构“消失于视线之中”。

作为轻结构的典范之地，德国斯图加特这座极具象征意义的Killesberg观景塔，不仅在结构设计技巧上极具造诣，在“透明结构”的诠释上也显得淋漓尽致。纤细的钢索在结构体系中起到了至关重要的作用，却在建筑视觉效果上“隐身”。从另外一个角度出发，或许“透明”还有一种理解方式，即“融合”：结构设计语言与建筑设计语言协调一致，虽然结构无法隐身，但却可以非常和谐地存在于整个建筑之中，融入到建筑设计的整体，不跳脱，不突兀，即使是较明显的存在方式，却仍然可以让建筑的“读者”接受。所谓“大隐隐于市”，应该是对这一类“透明结构”的通俗解释。

1 德国Killesberg 观景塔

2 Restaurant Artichoke 内景

3 Restaurant Artichoke 一层平面图

4 Restaurant Artichoke 中央格架结构剖面图

5 Restaurant Artichoke 被中央立柱围成的休息区

6 Restaurant Artichoke 外圈格架的施工

7 Restaurant Artichoke 屋顶格架中心部位与中心格架通过钢管垂直相连

Restaurant Artichoke

建设地点：日本长野县北佐久郡轻井泽町

建筑设计：柳泽孝彦＋TAK 建筑研究

结构设计：増田建筑构造事务所

构造形式：木结构、混凝土结构（基础）

建筑面积：492m2

建成时间：2004

图片版权：山田宪明构造设计事务所

摄影：村井修

不同的项目、不同的设计理念，都可以达到结构透明的设计效果。如何巧妙地实现，让我们通过几个来自不同国家、不同结构事务所的作品，来具体了解多维度的“透明”结构。

1 “透明”之开放的结构

在很多日本设计师眼中，“透明的结构”是一个很直观的概念，结构只要不影响建筑采光，即可理解为透明。这是一种结合了“透明材料自身通透”“纤细结构消失于视线”两个概念的解读方式。在与山田宪明先生交流的过程中，山田先生展示了几座木结构建筑，运用结构设计技巧，使得结构构件足够开放，满足结构“透明”（采光需求）的新颖设计思路。

“Restaurant Artichoke”是在轻井泽王子购物广场内池塘畔建造的2层建筑。建筑中心主要立柱的位置设计为圆形带暖炉的休息区域，外圈是正八角形的客座大厅，建筑外侧还有星形的室外观景台。

在本项目中，如果将主立柱设置在建筑外部，不但会影响建筑整体采光，同时也难以确保建筑使用空间的灵活性。因此建筑外围的空间需要全面开放通透，最终决定将平面中心位置的休息室设计为立柱作为承重结构。立柱的各个杆件相互斜向交叠支撑抑制屈曲，因此可以使用纤细的小截面木材，在满足力学效果的同时让整个休息区非常通透，利用自然采光达到中心区域结构“透明”（透光）的效果。立柱顶部设置了钢环，在区域的正上方也打开了天窗，使得主要结构柱在水平方向、竖直方向的透明。建筑外圈则有钢结构环与木结构斜撑形成混合桁架结构，巧妙地实现了无剪力墙高透光率的抗震外立面。圆形的屋顶平面也通过纤细的结构来营造大空间的视觉效果，曲面结构是实现这个跨度效率最高的形式之一，因此屋顶采用多层重叠弯曲的木结构薄板来实现曲面结构。

8 Restaurant Artichoke 餐厅整体建筑外观

9 Restaurant Artichoke 折板结构悬挑露台

另一个案例住友林业筑波研究所，对结构透光度的诠释则更加直接。建筑采用较为规则的大尺寸平面布局，两侧房间可直接采光，而对于中部的无自然光区域，通过较大的天窗及通高内庭院引入自然光线。考虑到抗震，主要在交通内核沿对角线（蓝色）及沿中庭方向布置透光抗震剪力墙。所有的抗震结构构件S形分布，这样外立面幕墙区域（绿色）便可实现大面积开窗，形成良好的视野，整座建筑的结构体系由此确定下来。接下来的议题便是如何设计抗震剪力墙，在满足抗震需求的同时，让中庭的自然光线直接射入办公楼内。通过结构分析，剪力墙的排布可以大致分成2000～4840mm几种不同的宽度。结合起重机承载能力及现场施工条件，最终确定统一采用宽度最小1200mm的剪力墙模块，其木材厚度为390mm。

剪力墙单个构件及整个剪力墙模块都经过了严谨的试验论证，CLT剪力墙交错叠置，且自身开洞面积超过30%。整个立面运用透光剪力墙，不仅保证了严格的抗震要求，同时开洞面积超过65%，让本来密实的外置剪力墙结构体系变得通透。巧妙的结构设计，让原本封闭的结构构件变得开放，让整个建筑的采光更加灵活自由。作为日本最有代表性的木结构工程师，山田宪明先生对结构的透明有着非凡的理解和诠释。

10 住友林业筑波研究所平面图

11 住友林业筑波研究所平面图

12 住友林业筑波研究所空间与结构分析

13 住友林业筑波研究所剪力墙模块示意

14 住友林业筑波研究所结构体系爆炸图

15 住友林业筑波研究所剪力墙拼装

16 住友林业筑波研究所施工现场

住友林业筑波研究所

建设地点：日本茨城县筑波市

建筑设计：株式会社le style h/ Atelier Asami Kazuhiro 一级建筑士事务所

住友林业株式会社建筑市场开发部一级建筑事务所（原木化推进会）

结构设计：山田宪明构造设计事务所

构造形式：木结构、混凝土结构（基础）

建成时间：2019

建筑面积：2532m2

图片版权：山田宪明构造设计事务所、住友林业

17 住友林业筑波研究所中庭内景

18 住友林业筑波研究所中庭内景

19 住友林业筑波研究所夜景

2 “透明”之隐藏的结构

对于看起来并不是特别复杂而内部结构不规则的建筑，结构工程师不仅需要从力学角度出发，找到最有效的力的传递路径，同时要满足建筑师对视觉效果的细致要求，以隐藏结构构件，达到让结构透明的效果。

海尔布隆科学博物馆是一个典型的案例，建筑师为了营造一种“旋转的漂浮感”，在建筑的外立面规划了一条博物馆公共交通动线。动线中楼梯部分围绕建筑外侧盘旋而上，从一层延续到五层形成完整而连贯的参观路线，各层平面根据楼梯的位置逐级不规则旋转上升。从外观上看，动线配合玻璃幕墙加以强调，需要营造透明的感觉。这就要求在整个动线范围内，结构设计必须避免任何斜撑杆件的出现。

由于各楼层旋转角度的不同，只有在上下层交叉点处设置立柱，才能使力较为直接地传递。为了使竖向构件上下对位，不得不改变桁架结构的角度，只为能将荷载更精准的传递。通过严谨的结构逻辑分析，巧妙地布置相应的构件，尽可能使得结构隐藏起来，消失在视线之中。德国工程师对结构的透明，有着严谨而有序的表达。

海尔布隆科学博物馆

建设地点：德国海尔布隆

建筑设计：Sauerbruch Hutton

结构设计：Schlaich Bergermann und Partner

合作设计：Drees & Sommer Gmbh

建筑面积：17720m2

建成时间：2019

20 海尔布隆科学博物馆透明的动线

21 海尔布隆科学博物馆结构桁架施工

22 海尔布隆科学博物馆旋转的体量

23 海尔布隆科学博物馆功能示意图

24 海尔布隆科学博物馆夜景

25 竹廊掩映于竹林中

26 竹廊施工现场

印象刘三姐竹廊/竹屋

建设地点：中国桂林阳朔

建筑设计：llLab.|叙向建筑设计

结构设计：栾栌构造设计事务所

构造形式：竹结构、钢结构、混凝土结构（基础）

建成时间：2020

建筑面积：1900m2

冬季锻炼应根据自身的体质特点，选择适合自己的运动强度，既不可长时间静止不动，也不可过量运动。运动时可采用鼻腔或口鼻混合呼吸的方法，减少冷空气对呼吸道的不良刺激。

图片版权：llLab.叙向建筑

摄影：存在建筑

3 “透明”之融合的结构

位于阳朔印象刘三姐园区中的竹屋竹廊，地处中国最富戏剧性的自然景观环境区之一——桂林。无尽的绿植环绕在大型山丘巨石之间，面对如此宏伟的景观地貌，任何与之不协调的设计手法都显得不再合理。基于这种对于现场的理解，自然元素成为这次建筑概念设计的前提，尤其是竹子。

竹屋采用传统竹加工方法，以原竹作为主要结构材料。外立面采用手工竹编技法，让整个建筑浑然一体，无所谓“结构”，亦无所谓“幕墙”，仅仅是一个原生态的竹屋，结构完全消失在建筑之中。“手工竹艺长廊”的竹棚飘浮在错落的竹丛之间，乍一看，它似乎几乎没有依靠结构支撑，只有竹丛穿过竹棚圆形的开口空间向上生长着。而隐藏在其中如竹子般粗细的结构柱则从其立足点开始向上、向外旋转而扭曲着，模仿竹子的生长模式一般，圆形的开口空间与竹棚内部的结构相连。

最初的构想是用原竹作为整个长廊的主体结构，再附以竹编顶棚，与竹屋相互呼应。但由于原竹结构节点全部需要手工制作，节点数量庞大，后将主体结构简化为钢结构空间网架，大大缩短了施工工期，同时减少手工制作节点带来的潜在不确定因素。竖向承重结构主要由三向交叉布置的立柱与柱顶的钢环共同组成，空间网架结构与竖向承重结构的连接节点也位于主钢环上。在两座竹棚交界的位置，由于屋顶标高的变换，网架结构由两层钢环分别支撑。

从单一组“三向交叉立柱”来看，看似不规则的结构排布便于构件在自然环境中隐身。沿整个长廊区域空间对称分布的“立柱组”，则使整体结构的抗侧力体系更为完善，结构刚度分布更加均匀。位于空间网架结构顶部的阳光板，则对下部的手工竹编起到了有效的保护作用，不仅可以阻挡绝大部分雨水的侵袭，同时也有效防止阳光直射，对非结构构件的竹材耐久性起到了重要的保护作用。

27 人们聚集在竹廊下

28 竹廊光影朦胧

29 手工竹编细节

借手工编织文化的融入，竹材的使用与自然竹林环境相融合，竹棚起伏的倒置地形在竹丛立柱之间舞动，结构柱的体态与竹子的生长形态相呼应。竹屋的内外浑然间，结构与建筑全方位融合，让结构本身从感官上似乎消失了，是“透明的结构”又一种诠释。

4 结语

30 竹廊三相交叉立柱组

31 盘桥·南京迈皋桥筑桥竞赛方案

并非只有建筑可以表现透明的结构，桥梁也是挑战结构的重要建筑形式。悬带桥是尝试透明结构的有趣结构形式之一，仅仅通过结构设计的技巧便营造出一种令人诧异的悬浮感，既合理又透明。

透明的结构，不同的项目有着不同的表达。不论是透明的材料、纤细的构件，还是开放的结构、隐藏的形式，又或是融合的设计，都是建筑设计师与结构工程师通力合作而表达设计理念的载体。当设计师试图在项目中挑战结构透明所带来的强烈表现力，不妨从不同途径进行探索思考，或许会出现更有趣味的解读。