基于体量消减与复合重构的柱元形态研究

2021-11-13王兴鸿戴航强欢欢WangXinghongDaiHangQiangHuanhuan

建筑技艺 2021年8期

王兴鸿戴航强欢欢 Wang Xinghong Dai Hang Qiang Huanhuan

1 柱元与结构

文艺复兴时期，建筑师帕拉迪奥（Andrea Palladio）说：“每一部分都应处在其恰当的位置……在整体中，每一部分都要受到尊重，并且它们之间以及它们同整体之间要彼此协调”[1]。从英国索尔兹伯里的史前巨石柱、原始棚屋的柱、中国古代建筑的木柱，到希腊罗马成熟的柱式，再到现代勒·柯布西耶多米诺体系中的柱，以及当代建筑中形态各异、功能不同的柱，柱元在不同材料、不同结构体系中都充分发挥着重要作用——传递竖向荷载和抵抗侧向弯矩。工程师在一些市政工程的设计建造中首先实现了结构的真实表达，例如1937年完工的由约瑟夫·施特劳斯（Joseph Baerman Strauss）设计的金门大桥中的柱塔，以及1939年由爱德华多·托罗迦（Eduardo Torroja）设计的Alloz输水道等[2]。

“在所有建筑艺术的组成中，你会发现柱子一定是最先值得关注的元素”[3]，莱昂·巴蒂斯塔·阿尔伯蒂（Leon Battista Alberti）的这句话充分说明了柱在建筑中的重要性。结构构件是结构设计最重要的部分之一，只有在特定的秩序和逻辑协同作用下，才可能实现一个完整高效的结构系统。作为传递竖向力的主要载体之一，柱元在结构体系中至关重要，也最容易获得表现力。西德设计师柯特·西格尔（Curt Siegel）结合静力学图解，从骨架、V形支座等方面全面透彻地分析了结构构件（尤其是柱元）的设计原则和表现，以及结构构件形态对结构体系和建筑表现的作用，为设计者提供了切实可行的结构构件和结构体系设计方法。维奥莱·勒·迪克（Viollet le Duc）于1864年的V形柱实践和那不勒斯火车站设计方案都是经典案例。

2 体量消减的柱元形态

2.1 基于截面组织

断面消减是将截面较大的柱元以平面构件为基本元素，在合理分配拉力和压力的前提下进行组合，实现理想的受力状态并达到视觉上的形态消减。

在受力方面，断面消减后的格构柱元系统很好地解决了大跨超高空间的结构支撑问题，改善了侧向荷载作用下的抗弯性能，从而适应以柱元力流传递为原则布置的格构杆件，有效节省了结构用材，更有助于缓解由结构材料堆砌而产生的视觉压力。在形态方面，线性构件和点的连接使格构柱元的力学逻辑清晰可辨，带来了新的艺术体验。同时，在空间有效利用方面，可以在格构化的柱元内部空间布置设备或管线，实现结构与设备的整合及空间的高效利用。板片柱是在保证竖向荷载抗力性能的前提下，为提高柱元构件在单一维度内的抗侧向力性能而进行体量消减后形成的。柱元单一维度的拓展削弱了原有形态的厚重感，提供了一种独特的视觉体验，而多个柱元在不同方向上的体量消减使结构更加合理高效，带来建筑空间的视知觉感受。

宫本胜浩（Katsuhiro Miyamoto &Associates）设计的长野褚善寺讲堂采用了板片柱，借助现代混凝土技术，以曲面屋顶回应了基地与环境的关系，营造了寺院内宁静悠然的佛教文化氛围（图1）。现浇混凝土板片柱消减了原有四方形柱元的体量，3个不同方向的板片柱有效承接了曲面混凝土屋面的竖向荷载，并顺利地转换了侧向荷载产生的弯矩，以轻巧的柱元体量组织了柱元截面，创造了讲堂公共空间的特征性和开敞度（图2）。

索线是一种非常高效的受拉元素，主要适用于木材和钢材，通过在原有柱中加入一个或多个横向撑杆形成整个系统，可以使柱顶端所受的竖向荷载得到释放，让柱的“压”和钢索的“拉”同时发挥作用，压曲应力通过索线回归到柱本身，形成一种高效的抗力机制。

在尼古拉斯·格雷姆肖（Nicholas Grimshaw）设计的牛津滑冰馆中，竖向支撑便是一个清晰且引人注目的实例（图3）。主要的竖向荷载集中在交叉地基上的4组柱中，2个是柱的桩基，另外2个则是锚固点。这个巨大的单体建筑用2个高33m的桅杆来实现，桅杆采用3个螺栓连接的截面，既简化了结构尺度和繁复计算，也避免了现场焊接，减少了工程量（图4）。屋面钢架通过2个桅杆结构吊起，拉压的结构组合使结构效能大大提升。

伊东丰雄（Toyo Ito）1999年为罗马国家现代美术馆竞赛提供的设计方案（图5）是结合索线进行抗压曲设计的精彩案例。在这个方案中，伊东将本来只有结构作用的柱巧妙地转化成光与结构的统一体——在承担竖向传力作用的同时，将柱作为建筑中引入自然光的“通道”（图6），实现了结构与功能的统一[4]。在罗马，因为无需考虑地震引起的横向作用力，柱只作为抵抗重力的结构，在中柱周围布置的8根钢绞线不仅吊起了二层楼板，同时也防止12m高的柱在竖向力的作用下产生压曲，合理提高了钢柱的结构安全性。如图7所示，结构师佐佐木睦朗（Mutsuro Sasaki）为了实现建筑师积极引进自然光的目的，提出用36根纤细、通透的管柱形成“新钢构架多米诺体系”方案[5]，达到了建筑、结构和功能的高效整合（图8）。

伊东在2002年设计的奥斯陆项目的结构体系，是对仙台媒体中心SMT系统的进一步尝试（图9）：格构化的柱元截面更大，杆件更加自由，管柱空间更加通透。项目中的格构柱元从简单格构出发，经过对荷载形式、受力大小和结构构件组织配置等方面的综合分析考虑（图10），形成了更加纤细、更具趣味性的一体化柱元系统[5]（图11）。

由PRAUD设计的拉脱维亚尤尔马拉Liesma酒店方案，则是另一个横向截面拟形柱的实例（图12）。设计师主要考虑两方面概念：一方面是利用一个架起的空间容纳休闲娱乐功能区域，强调音乐酒店的主题；另一方面则是通过底层架空释放出巨大的开放空间，从城市、景观的角度理解建筑，并在方案中做出回应。值得注意的是，为了使架空的底层空间获得更大的开放性，建筑师将普通框架结构中的竖向支撑合并成了5组巨大的竖向格构化承力“柱”，支撑其上巨大的方形体量（图13）。在这里，格构柱元系统很好地完成了结构和空间的双重要求[6]。

通过放大和重组柱元横截面对荷载的抗力机制来实现柱元体量的消减，截面形式与格构两种方式都拓展了传统柱元形态，甚至将“柱”本身作为建筑的空间来使用，消解了传统意义上的“柱”体量，提高了结构效能，使建筑更满足空间经济学的要求。

福斯特设计的香港汇丰银行大厦中的柱也是高度复合化的。从外观上看，暴露在大厦立面上的钢柱和钢桁架以其巨大的尺寸及独特的形态，展现了其前卫、高技的特征，最大程度地暴露结构但又不失现代主义气息，稳重而无突兀之感（图14）。大厦的结构体系利用8组高度不等的复合钢柱，将33个使用层分5级斜向吊挂，每一层级由2层高的桁架结构承担起4～8层使用空间，同时向上逐渐递减。悬吊结构系统的使用，加之设计中将服务功能用房、设备井道等安排在复合柱的外侧，使高层建筑的使用空间得以最大化。8组复合柱将楼层平面从南到北分成3个宽16.2m的开间，东西2组复合柱相隔3.5m。由于8组复合柱高度不等，楼层平面的开间数也随其所处的高度而变化。复合柱组截面尺寸为4.8m×5.1m，其中底层复合柱四角为4根1 400mm×100mm的钢管柱，且截面尺寸向上逐渐减小，到顶层处截面仅为800mm×40mm（图15）。竖向荷载通过楼面传递给复合柱，悬挂的方式使得楼面受力趋于均布荷载，等同于复合柱所承担的竖向荷载与楼板所承担的水平荷载。同时，柱两端的悬挑部分使得楼板的应力变小，又因复合柱的截面较大且为格构状，使得结构的稳定性更好（图16）。在建筑内部，室内空间具有了最大的开放性，复合柱之间以用于联系的X形构件装点，也丰富了空间效果。

拉科斯特和史蒂文森（Lacoste+Stevenson）设计的UTS科技楼裙楼方案（图17），其独特的“柱”造型成为方案中最引人注目的创新之处。设计对普通圆柱进行结构拟形处理，将材料完全边缘化，并根据结构力学分析所受应力大小进行透空处理，原本笨重的普通圆柱变得非常轻薄，带来轻、薄、透的空间感觉（图18）[7]。“中空柱”作为空间之间的过渡，使裙楼内部空间的层次更加多样，更具趣味性。顶层的柱内空间还可以用作绿化，形成富于变化的院落式空间效果。较前几个截面力学拟形的案例来说，这个案例虽然没有将柱内空间作为建筑空间使用，但因其“柱内空间”的放大使得其他“柱外空间”也变得特别起来，这也是结构思维指导下产生的全新的空间体验（图19）。

柱元形态拓展在体量消减方面的表现由力学理性逻辑主导，而拓展后的柱元形态则内在地反映出竖向构件荷载传递和弯矩转换的逻辑，使构件形态、传力机制和形态特征得到有机统一。为抵抗柱元的压曲变形和扭转，设计时需主要关注如何通过柱元形态来抵抗竖向荷载，并通过截面形态重组消减柱元体量，从而保持结构系统的高效性，同时，还需考虑如何借助柱元的表现形态反映结构的受力变形趋势，体现力学和形态的有效整合。

1 长野褚善寺讲堂

2 讲堂的板片柱

3 牛津滑冰馆的柱元

4 牛津滑冰馆柱元的组织

2.2 基于透明

在柱元设计中，改变材料属性可以消减柱元体量，塑造透明的形态，玻璃在这里起到了至关重要的作用。

玻璃自重仅为2 500kg/m3，强重比优于普通钢材[5]。但玻璃是典型的脆性材料，抗压性能远高于抗拉性能，用于结构建造时应最优先考虑其抗拉性能，以解决抗拉、抗弯强度不足的问题，提高柱元及结构体系的效能。

虽然玻璃的抗压强度较高，但应用于建筑结构时还应采取进一步增强其性能的措施。例如，叠加玻璃片形成矩形、圆形实体柱；采用十字形、筒形、中空矩形等玻璃柱形态以减少结构材料用量，提高结构效能；在筒形玻璃柱中增加钢索并施以预应力，通过钢索的“拉”进一步提高玻璃柱的抗压性能。

第一个采用玻璃柱元作为竖向支撑结构的实例是由布鲁奈特和索尼埃（Brunet &Saunier Architecture）于2000年设计的法国圣日耳曼莱昂市政中心中庭（图20）。为打造一个更为透明的公众接待空间，体现政府的开放性，中庭采用12根十字形带钢销的玻璃柱和环形玻璃结构撑起700m2的钢构架屋面，并在IPE工字钢部位加入索线分担部分玻璃柱的荷载，从而加强屋架结构的整体性和稳定性。玻璃柱身采用220mm×220mm、高3.2m的十字形构造模式，由1块220mm、2块95mm宽度的三级夹层热强化玻璃板胶粘形成，中间层的玻璃板较厚为15mm，由两边10mm的玻璃板保护，十字柱的柱顶与柱脚采用“靴子般”的钢销构造以增强节点强度[9]（图21）。玻璃柱元大大消减了竖向受力构件的体量，实现了空间通透度的最大化。

5 罗马国家现代美术馆竞赛方案

6 罗马国家现代美术馆竞赛方案中光的“通道”

7 罗马国家现代美术馆竞赛方案的“新钢构架多米诺体系”

8 罗马国家现代美术馆竞赛方案中柱元细部设计

9 奥斯陆项目

10 奥斯陆项目格构柱元的异化

11 奥斯陆项目柱元与空间

12 Liesma 酒店

13 Liesma 酒店结构体系

14 香港汇丰银行大厦复合柱元

15 香港汇丰银行大厦柱元配置关系

16 香港汇丰银行大厦复合柱元的拉压模式

17 UTS 科技楼裙楼

18 UTS 科技楼裙楼管壁柱元镂空形态

19 UTS 科技楼裙楼荷载分析

在由高技玻璃有限公司（HI-TEC-GLAS）设计研发的全玻璃结构支撑住宅中，竖向支撑全部采用全透明管状玻璃结构体（图22），这种以玻璃作为直接支撑构件的设计和制造模式，为当代追求极度透明性和开放性的玻璃建筑的建造施工提供了新的可能性。管状玻璃柱系统由管状硼硅酸玻璃体、两端套筒及中部钢索组成（图23），在住宅实例中，由双层玻璃结构柱系统实现屋面结构受力的竖向传递，中间层的木板加强了横向联系，增强了整体结构系统的稳定性[10]。透明的玻璃柱结构材料模糊了室内与室外的界限，将景观充分引入室内，同时使室内空间更加开放。基于材料的建造实现了建筑结构的创新，也为建筑空间的暧昧性提供了逻辑支撑[11]。

位于莱茵河边的夏季学院展厅由马库特和海尔波（Marquardt &Hieber）设计，该建筑的竖向荷载全部由玻璃柱元直接支撑，其单层玻璃结构支撑起了480m2的全透明空间（图24）。6组间隔布局的“柱盒”支撑起32.5m×15m、使用欧洲标准IPE360型工字钢的屋顶，使得总重28t的屋顶漂浮于5m高的空间之上，每个柱盒尺寸为3.8m×1.25m，由外侧2层10mm热强化玻璃面板和内侧19mm加热预应力玻璃面板组成[9]。设计师采用特殊的构造方式，巧妙规避了玻璃材料的结构性能劣势：首先，将普通“柱”的尺度进行消解，利用柱盒提高玻璃的结构性能，同时作为固定展品的陈列橱窗；其次，在玻璃柱与梁、基础的连接位置采用钢构件连接，增强节点处的抗力性能；另外，玻璃柱内外采用不同强度和特性的玻璃，提高柱元抗水平荷载的能力，进一步增强结构体系整体刚度（图25）。玻璃作为结构材料使漂浮的巨大屋顶成为可能，这既是展览场所，也是被展览的艺术品。

纽约第五大道苹果店将玻璃作为结构材料的应用发挥到了极致，如展亭一样的形态打造了一个梦幻的高科技体验场所（图26）。无论是支撑结构还是围护材料均用玻璃完成，仅在细部采用尺度很小的角铁状钢构件和螺栓。展亭采用框架结构系统，以片状玻璃板为柱元和梁元传递竖向荷载并跨越空间，玻璃柱则由双片玻璃板与连接钢构件拼接而成（图27,28）。柱元由3块玻璃板在垂直维度内交替布局，重点位置与围护材料相连接，加强了整体结构的抗力性能，使玻璃柱结构体系更加高效。

20 法国圣日耳曼莱昂市政中心的中庭

21 法国圣日耳曼莱昂市政中心柱元构造

22 高技玻璃有限公司的住宅玻璃柱

3 复合重构的柱元形态

3.1 力的复合

力的复合是柱元形态的另一种拓展，是基于整体结构体系的荷载模式、力流传递、抗力特征及构件布局等要素，对柱元进行整合以获得更为高效的结构体系及空间形态的重构方式。在这种复合表现中，柱元形态在力学与美学上都颠覆了传统模式，以高效的结构体系实现了独特的空间体验。

日本神奈川工科大学KAIT工房是拉压复合的典例，由70后建筑师石上纯也（Junya Ishigami）于2009年主持完成（图29）。建筑整体所追求的轻盈通透和空间暧昧，是通过突破传统审美与常规尺寸的“极细柱元”实现的。KAIT工房给人的第一印象可能只是一堆杂乱的柱子撑起了一个玻璃盒子，但建筑师为了达到空间、形体的要求，与结构工程师小西泰孝（Yasutaka Konishi）对每个柱子的位置、尺寸与方向进行了长达3年的分析研究。在设计试验中，小西泰孝利用了预应力技术：先将压力构件就位去承受屋顶的重量，然后对1 990m2的板面模拟施加雪荷载，当屋顶受力变形降到某个高度时，才将梁架位置的拉力构件与地面连结，最终形成稳定、高效的结构体系（图30）。整栋建筑的每个结构细节都顺应结构工程师的逻辑，仅允许微量变形以达到其所预定的尺寸，甚至连屋顶的泄水坡度都考虑在内[12]。在当代结构技术和施工工艺的支持下，设计对传统多米诺体系进行了改造，提高了结构的抗力性能。拉压复合重构在实现建筑形态和空间效果的同时，减小了柱元断面尺寸，节省了结构材料和结构自重，增强了结构体系的抗力性能。因为有了上述预应力板的重组，新结构体系中的柱元自然而然地表现为受压柱和受拉杆两种形态（图31）。经仔细研究，项目突破了传统矩阵式柱网，采用非匀质化布局，42根柱子作为支撑垂直荷载的压力柱，263根柱子作为平衡结构体系的拉力杆，共同完成了整个结构体系。柱元截面均为矩形，最薄的拉力构件尺寸为16mm×145mm，最厚的压力构件尺寸为63mm×90mm[13]。通过拉压复合，KAIT工房整体结构的抗力性能得到了极大提高。受竖向荷载时，力流通过板和受压构件传递；受水平力作用时，力流通过板与受拉构件传递（图32）。

另外，汶登镇的鸡蛋展览馆也是基于拉压复合重构完成的（图33）。展馆由建筑师乌尔丽克·沙尔特纳（Ulrike Schartner）和亚历山大·汉纳（Alexander Hagner）为鸡蛋收藏艺术家昆斯特·艾尔（Künstler Eier）设计，给收藏品提供了最佳的观赏角度，并释放底层建筑空间，使建筑完全融入周边环境之中。结构利用2根受压钢柱和边缘稳定钢索形成竖向和水平受力体系（图34），一层楼面采用钢构井字梁式楼板结构，将井字梁在檐部向上折曲以支撑上部结构体系，并给一层空间提供较宽阔的视野。建筑底层2根钢柱刻意向不同角度倾斜，一定程度上为建筑增加了视觉上的动感。施工中首先建起2根钢柱，然后在矩形四角竖起4根临时支柱，再将楼面结构就位，建造胶合木结构檐部和屋顶，并加入索线系统稳定底层，最后撤除角点4个临时支柱。复合后的结构体系在稳定性和刚度方面都达到甚至超越传统结构的要求，实现功能、空间、结构的统一，是对传统结构体系的高效改造[14]。

一体化复合采用整体式结构思维，将柱元系统与梁元、板元等相关结构构件进行整合式一体化设计，通过平衡荷载模式与力流传递，实现柱元的重构表现。

在伦敦希斯罗机场5号航站楼中，多个复合柱元构件支撑起46.5万m2的候机大厅（图35）。理查德·罗杰斯（Lichard Rogers）和阿勒普公司（Arup Assosiation）设计了复杂的组合柱元构件：以钢管高强的抗压能力和钢索优越的抗拉性能，完成了对柱元的复合重构，用轻盈的结构构件实现了巨大的空间跨度。

23 高技玻璃有限公司的玻璃柱元连接构件

24 夏季学院展厅全透明界面

25 夏季学院展厅抗侧向力图解

26 纽约第五大道苹果店

27 纽约第五大道苹果店玻璃柱构造细部

28 纽约第五大道苹果店柱与梁的连接构造

29 KAIT 工房室内柱元

30 KAIT 工房整体结构模型

31 KAIT 工房两种不同作用柱的截面几何形状

32 KAIT 工房两种柱在不同作用力之下的变形

33 鸡蛋展览馆

34 鸡蛋展览馆结构体系

35 伦敦希斯罗机场5 号航站楼

36 伦敦希斯罗机场5 号航站楼柱元的节点构造

37 伦敦希斯罗机场5 号航站楼三维Y 形柱元的组织

在这一复合柱元结构中，4根受压构件和2根受拉杆件以复杂而精细的中部节点铰接（图36），结构力流的传递得到了更加合理的分配。当竖向荷载作用时，Y形柱上部4个枝状受压撑杆将屋面及梁元构件的荷载汇聚到中部铰接节点进行转换，再经由下部腿形支撑构件传递到基础；当水平荷载作用时，铰接节点可以有效化解构件之间的弯矩，柱元端部的受拉构件则高效发挥其平衡作用以达到结构稳定性（图37）。建造复合柱元时，先将两侧的柱元构件就位，再将带有索线固化的梁元体系从地面逐步抬升到复合柱元顶端并以钢构铰接点连接[15]。柱元在拉力和压力构件的复合中高效地发挥了钢材“拉”与“压”的性能，实现了支撑构件在大跨结构体系中的复合表现。

瑞士卢森火车站候车厅的柱元系统也采用一体化的复合方式，实现了力与形的艺术表达（图38）。在该项目中，圣地亚哥·卡拉特拉瓦（Santiago Calatrava）将钢材的“拉”与混凝土的“压”一体化复合：连接柱元顶板与梁元中心的索线以拉应力的形式平衡了梁元产生的弯曲应力，并将其转换至柱梁的节点复合（图39），竖向荷载通过内倾的混凝土构件和竖向的梭形钢柱分散传递。连续的异形顶板与16根复合柱元系统相连接，增加了立面的动感，并体现了结构的逻辑美感。

38 卢森火车站候车厅

39 卢森火车站候车厅复合柱元系统

3.2 材料的复合

材料的复合表现是柱元重构表现中非常重要的一部分，设计针对各类结构材料的不同力学性能，将“拉”与“压”复合重构，充分发挥各类材料的性能优势，在节省材料的同时使构件逻辑更加清晰、建筑形式更加优美。钢与混凝土的复合模式在柱元表现中尤为突出，随着现代建筑对跨度和高度的要求不断提升，劲型钢筋混凝土结构的应用愈加广泛，钢材良好的抗拉、抗弯性能与混凝土优异的抗压性能相结合，形成外钢内混凝土或外混凝土内钢的形式，可以极大提升结构效能，尤其是内钢外混凝土的材料复合形式，可以利用外围的混凝土保护防火性能较差的钢材，优势更为明显。

伊东丰雄的多摩艺术大学图书馆就采用了外混凝土内钢的复合形式。为了与倾斜的基地环境、周边公园以及建筑保持协调和延续，让视线和行为可以自由贯穿，设计师在建筑底层设计了一条穿越校园的通道，并在结构上采用了非规则型柱网配合劲型混凝土骨架体系，实现自由的建筑空间，使建筑与环境、地形相得益彰[16]。结构系统采用异形柱梁现浇工艺，形成丰富的拱形空间，混凝土包裹着腹板为16mm的异形工字钢，实现了厚度仅为200mm的结构体系。工字钢腹板散布50mm和150mm的孔洞，不但在最大程度上减轻结构自重，更有利于在工字钢两侧进行混凝土现浇作业，提升其贯通性以增强材料复合的整体性和荷载的均匀分布（图40）。拱形柱元的非规则布置带来了更加轻盈柔美的趣味性空间体验，穿梭于这些精心设计的拱形结构之间，可以感受到时间与空间的变幻交织。

姚仁喜设计的中钢集团总部大厦的柱元也采用了劲型钢筋混泥土作为结构材料。工字钢结合现浇混凝土完成对跨度和高度的结构挑战，表皮双层幕墙系统由钢结构支撑，方形体量建筑的结构系统由核心筒加外围柱元系统组成，其中4个叠加的多面体以沿折线布置的柱元系统表现钢与混凝土的结构和艺术魅力（图41,42）。

同样由伊东丰雄设计的巴塞罗那格兰维亚会堂则以外钢内混凝土的形式完成，遍布建筑室内的异形柱元支撑起整个会堂，形成别样的空间体验。柱元带有6个凹槽，凹槽的形态结合外钢内混凝土的复合材料截面，提高了柱元的抗压曲性能和抗震能力（图43），钢作为混凝土的模板，带来了“像森林一样向各方延伸的异质空间”[17]。施工中先在柱点位置按照凹槽的形状配置异形钢筋，之后吊装钢柱就位，将预留的钢筋与顶板的钢筋网连接，当所有柱元就位后再浇筑顶板结构。

40 施工中的多摩艺术大学图书馆

41 中钢总部42 中钢总部柱元系统

4 结语

本文从柱元的材料建造、荷载模式、结构系统等方面对柱元形态进行了深入阐述，梳理了柱元结构、建造和材料逻辑的形态表现方式，系统总结了柱元形态设计的部分方法和策略，以期从柱元构件设计映射结构技术原理并生成逻辑关系，为建筑设计提供参考。柱元的多元化形态演绎模式隐含着内在的技术逻辑关系，重构思维为柱元的形式拓展提供了3个切入点，而如何在提升结构效能的同时实现构件形态优化则是形态拓展的落脚点。

（1）维度拓展从二维的平面形式开始，在力流的合理分配和不同节点连接逻辑的指导下，整理荷载传递的不同方式和形态呈现的内在联系；三维的空间形式更有利于结构性能的发挥，空间V形、空间树形、空间异化的方式符合技术逻辑的合理性和高效性；一体化思维的引入为柱元设计提供了整合思维的实践，柱与梁（板）的一体化模式以内在的技术逻辑表达了柱元的流动性。

（2）体量消减为柱元的形态设计提供了视觉上的通透性和感受上的连续性：截面的消减以荷载和材料的重新配置为依据，减除荷载极小或力流传递路径之外的材料，呈现出格构化的丰富表现力；基于透明的消减可以凸显玻璃材料的透明性优势，通过构件的合理组织达到视觉消减和空间独特表现的目的。

（3）柱元形态复合重构的内在技术逻辑从荷载和材料的复合出发，对柱元构件进行材料再分配和力流再组织。力的复合充分发挥出柱元本身的抗压特性，并结合具有高强抗拉性能的构件对荷载传递和力流组织进行重组和再配置，以高效的结构性能呈现出异质性的形态表现。材料的复合则是抽取各类材料的最佳抗力性能进行重构，以更加高效的结构逻辑得到柱元形态的表现力。