日本现代空间与材料表现_二_日本钢铁建筑中的结构造型表现_王静.docx

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1、日本现代空间与材料表现 (二 ) 王静 日本钢铁建筑中的结构造型表现 【摘要】在日本当代钢铁建筑中，由于钢铁结构与材料技 术的成熟，设计的追求己不再仅仅是结构的宏伟与革新， 而是转向如何将结构作为一种表现元素与造型设计相结 合，体现一种忠实于结构逻辑的理性造型艺术。本文选 取钢铁结构造型表现为主题，介绍日本当代钢铁建筑设 计中的这一趋势。 【关键词源 I铁建筑结 构造型铸钢 Abstract: In the contemporary Japanese steel architecture, because steel structure and material technology are

2、grown, the pursuit of design is not only to seek the grand and innovat ion of structure, but also to convert how to combine structure as an expression element with form design, expressing reasonable form art which is truth to structure logical. This paper makes steel structure form expression as sub

3、ject, and introduces this trend in the contemporary Japanese stee 1 arch i tec ture. Key Words: 钢铁建筑虽然只有 200年的历史，但结构技术以及 空间设计理念却已发生了多次剧烈的变化。由于钢铁结 构在现代建筑中的主导地位，钢铁建筑的历史也可以说 代表了近现代建筑发展的历史，反映出近现代建筑的主 要技术特征以及建筑审美观的变化。最早的钢铁建筑出 现在英国，在早期的钢铁建筑中，由于传统建筑审美定 势的作用，钢铁结构仅仅作为建筑的结构支撑，外观仍 沿用石砌为主的古典造型，立面形式与建筑结构完全无 关。现代

4、的钢铁建筑则完全不同，在许多建筑中我们看 到，钢铁结构已不再仅仅作为结构支撑体，其结构造型 也成为建筑的重要表现特征，这反映出建筑审美和设计 观念的变化。在钢铁建筑的历史中，这种从结构支撑到 结构表现的过 程经历了漫长的时间，并出现多次的反复， 结构表现与建筑美学观的每一次冲突磨合都反映出当时 的建筑文化特色。在这一章的讨论中我们将以钢铁建筑 的结构表现为主要线索展开，观察钢铁建筑的变革，探 索现代钢铁建筑的设计理念。 日本钢铁建筑中结构造型表现的发展 和西方主要国家相同， 20世纪日本的钢铁建筑技术 发展迅速。日本钢铁工业的发展，为钢结构提供了充足 的材料供应，加之结构技术的成熟，钢结构迅速

5、取代传 统结构，成为日本 20世纪大型建筑的首选结构。在结构 造型与建筑表现之间关系的问题上， 20世纪 50、 60年 代的日本建筑界有过热烈的讨论，并出现了运用结构造 型进行建筑表现的有益探索。这一时期的钢铁结构在技 术上发展迅速，加之造型制作的自由度，自然成为现代 建筑中运用结构造型进行设计的代表性结构形式。首先 在大型建筑中展示钢铁结构的要算 1964年竣工的国立 代代木体育馆（图 1、 2)。该体育馆墙体采用钢筋混凝 土结构，屋顶由钢悬索结构形成，悬索结构的形式设计 与体育场馆的建筑空间特点相关。从室内我们可以看到， 中心部比赛场范围是结构的高点，悬索结构从这里拉向 观众席后方，悬索

6、结构分为两部分，平面成螺旋状，配 合人流 流线自然形成两侧入口，屋顶两部分悬索结构之 间留出顶部采光，并解决通风问题。整个建筑的结构设 计寻求一种最佳方案，最大限度地配合建筑的功能需求。 在造型设计上，该建筑采用了完全表现屋顶钢结构的做 法，当钢结构作为造型表现元素暴露于室内外时，其独 特的空间构成、新颖的结构形式以及现代材料的质感形 成与众不同的空间形象，展示出钢铁结构造型所带来的 新的空间表现的可能性。 代代木体育馆可以说是当时日本结构造型表现的顶 峰之作，在造型设计中它通过对结构体系的暴露自然地 表达了建筑结构中力的流动，并将此作为造型设计的 主 题，产生一种理性的建筑形象。该建筑是结构

7、设计与建 筑设计进行高水平融合的作品，虽然建成至今已有 40年 的历史，但在今日看来，其设计的新颖度和空间造型的 本文为国家自然科学基金重 点资助项目子课题之一，项目 批准号 ： 50238081 作者王静，东南大学建筑学 院副教授 l; t周立代代木体亩馆 2 S立代代冰体玲馆玄内 3稱眯展不场 北馆 4入口处桁架 5东宋固际会展中心中心大 斤 魅力仍不失为建筑设计的典范之作，在日本近代建筑史 上成为极为难得的一例。 然而，从 20世纪 70年代开始，日本建筑界被卷入 后现代主义的浪潮之中，忠实于结构和力学的结构造型 表现思想迅速消失，建筑师的兴趣完全放在了内外装饰 的设计之中，出现了大量装

8、饰化、符号化的建筑设计，建 筑的结构体系再次被完全隐藏在装饰层的内部，承担着 单纯的结构支撑的作用。在这种状况持续了十几年之后， 西方建筑师对结构造型表现的探讨给日本建筑界带来新 的 “ 冲击波 ” ，蓬皮杜艺术中心和香港汇丰银行等对结构 技术进行忠实表现的实例促使日本建筑界开始反思后现 代设计思想，再次开始对结构造型表现的探讨。 1987年进入工程设计的幕张展示场北馆（幕张 7七新展示场 北尔一 ;1/ )是利用钢铁结构进行造型表 现的著名作品，也是继代代木体育馆建成多年之后在大 型建筑中 将结构设计与空间造型设计相结合的又一成功 实例。该建筑建于紧邻东京都的千叶县，是一座以大型展示 为主的

9、建筑。总面积 18000m2的大型展示场需要 96 mX 216 m的大跨度屋顶，这个巨大的屋顶既是结构设计的 难点也是建筑设计的重点。为达到设计所希望的轻快飘 浮的形象，屋顶被分为悬垂形和波浪形两部分，结构采 用了悬索和桁架相结合的形式，产生曲线效果并减低桁 架自身高度（图 3)。为降低桁架自身高度，间距 12 m 的柱距中间增设一道副桁架，副桁架在接近端点时分向 两个方向，分别收于支柱的端点，这种做法打破了桁架 的单调感，增加了造型的轻盈感（图 4)。在这栋建筑中， 建筑师没有简单地运用掩盖结构的内外装修手法，而是 将结构与造型统一考虑，使结构构件在发挥结构作用的 同时，也以其优雅的造型和

10、钢铁材料的现代质感，成为 建筑表现的主要元素。 20世纪 90年代开始，结构造型设计的思想在日本 建筑界受到更为广泛的重视。 1994年 9月，建筑杂志 以专集的形式进行了题为 “ 技术与形式 ” 的讨论，同年 11月，建筑与社会杂志也发行了专辑，题为 “ 结构 美一一建筑中的美 ” ，对结构造型表现进行了深入的讨 论。在技术上，耐火钢和耐火涂 料的发展使钢结构的防 火问题得到了一定程度的解决，这使得钢结构可以抛开 臃肿的防火覆盖层，将结构造型自由地展示出来。同时， 随着玻璃建筑的发展，建筑完全地透明化，透明的建筑 迫使结构在充当支撑体的同时，也不得不将自身的造型 变为展示体，这也在某种程度上

11、自然地促进了结构造型 表现的发展。在当代众多的钢铁建筑中我们可以看到， 钢铁结构从单纯的 “ 结构支撑 ” 转变为 “ 结构表现 ” ，结 构被视觉化，进而成为建筑表现的主题。在建筑理论上， 结构造型设计也不再停滞于技术工学的范畴，其自身已 开始向建筑空间论发展，技术所拥有的 理性和次序形成 新的美学观，受到建筑界广泛瞩目。 东京国际会展中心的启示 在关于结构造型表现的讨论中，我们必须认识到， 单纯的结构表现并不能自然升华为美学，对于用来进行 造型表现的结构部分，从整体结构到局部构件都必须经 过造型设计，使之既符合力学原理，又拥有优雅的造型， 才能真正成为一个结构造型设计作品。从这一点上来讲，

12、 1996年落成的东京国际会展中心（东京国际 7才一 A )是当代钢铁结构造型表现的代表之作。该建筑在实 施设计时期，正逢后现代建筑思潮席卷世界，各种装饰 主义思想不断出现，左右着建筑设计的理念。在这种情 况下，建筑师拉菲尔 威诺利 (Rafael Vinoly)和结构工 程师渡边邦夫并没有随风而动。他们坚持自己的理念， 认为空间设计应该建于技术工学的基础之上，将技术工 学的成果，应用于空间造型之中，设计出具有理性的次 序感同时又是造型丰富的空间。这种思想在中央梭形玻 璃大厅中表现得尤为突出（图 5、 6)。让我们具体地看 一下该大厅的结构设计思路：这是一个全长 207 m、 中 央宽度 32

13、 m、高度约 50 m的玻璃空间，为了最大限度 地制造玻璃墙面的透明度，建筑设计改 变了方案设计时 的结构方式，把屋顶的结构承重体系由原来设于玻璃幕 墙中的框架体系改为由大厅内两根主力支柱支撑，柱内 填充混凝土来增强刚性。在会议楼的四层和七层设有楼 面将支柱与会议楼相连，把支柱产生的水平力传向会议 楼，并保证支柱的竖向稳定性。在会议楼的五、六层和 屋顶标高处，环绕玻璃体还设有两处水平的桁架梁，用 以增加整个大厅的结构强度，其中五、六层处的水平桁 架也作为回游廊，兼有交通作用。同时，回游廊在空中 横跨大厅，与会议楼相连，成为水平连接构件。从这些 结构设计方案中我们可以体会到，这是一个充满艰辛 的

14、 结构设计过程，在许多方面具有挑战性，但成果也是令 人振奋的，建成后的空间具有独特的造型并充满动感， 体现出整体结构框架与空间造型的结合。对于具体构件 的造型设计，建筑师也进行了严密的推敲在大厅中部， 两根高达 52m的支柱的造型设计忠实地再现了柱体的结 构应力分布，并由此产生富有变化的梭形形象（图 7); 建筑的屋顶结构根据受力原则设计成下悬拱形（图 8)， 这种下悬拱的构件造型既符合结构逻辑，又具有强烈的 形体效果。再细观细部构件的设计，均是在符合力学逻 辑的基础上，对构件进行必要的造型设计，使之肩负结 构 与空间造型的双重作用。从这些设计中我们可以看出， 结构造型设计并不等同于单纯的结构

15、设计，设计时必须 既尊重结构的力学逻辑，又要对构件进行造型处理，才 能真正使结构体系具有美学的含义。 东京国际会展中心一经落成，便在建筑界引起轰动， 图 5 6中心大厅剖面 7大厅支柱立面及断面图 8中心大厅屋顶桁架 9龟冈市生涯学习中心室内 10筑波市民活动中心 11二层平台空间 M9 除了前所未有的巨大而独特的空间造型之外，建筑师所 具有的对结构的深刻理解力和对结构造型表现的执着追 求，使得结构造型成为一种艺术，令空间具有感染力。在 重视技术的这个工业国家，这种以技术原则为基准的理 性 的造型表现方式更加符合国民的审美情趣，因而在建 筑界喝彩声不断。其优秀的结构体系、严密的技术造型 成为结

16、构造型设计的典范，给当代建筑设计及理论的发 展带来巨大影响。 钢铁结构造型的多元化探索 在结构造型设计中，力学逻辑与造型艺术是两个主 要元素，两者之间也有相互对立的方面，如何在两者之 间寻求平衡点是造型设计的关键，而不同的侧重点又会 产生不同的设计风格。在日本的钢铁建筑结构表现作品 中，也有大量的建筑侧重于对空间或造型艺术的追求。 池原义郎设计的龟冈市生涯学习中心即采用了对钢结构 支柱进行艺术化处理的方式 。在建筑的玻璃大厅中（图 9)，支柱被设计成一种挺拔上升的形态，这源于建筑师 对当地竹林的深刻印象。支柱由五根钢管组成，上部分 开，代替桁架作为屋顶的支撑结构。这种做法产生明快 的结构体系，

17、也吻合了竹子的生长形态。这是一种对具 体事物进行艺术抽象处理，并将其与结构设计相结合的 方法，由于在符合结构逻辑的前提下加入了更多的造型 处理，建筑空间也更具有艺术性。 筑波市民活动中心则是一种追求纯净风格的钢铁建 筑设计。该建筑的主体结构由钢结构辅以钢筋混凝土墙 m 11 t?* 卜 i- 图 8 壁组成，整个建筑从室内到室外均以整洁的造型来表现 钢结构精密的造型效果，并以此来体现一种理性而纯净 的空间形象。从整体造型上我们可以看到，整个建筑统 一在一个巨大的门形空间之中，该门形空间由两侧墙壁 与中间数根圆形钢柱支撑（图 10、 11)。钢柱造型精致 而纤细，配合以入口处宁静的玻璃幕墙，以及

18、具有韵律 感的幕墙划分，形成一种宁静空灵的空间形象。这是一 种建立在现代高精度施工基础上的空间构图艺术，在某 种意义上与建筑大师密斯的追求相吻合。在这栋建筑中， 我们看到的不是张扬的结构表现，更多的是以结构造型 表现为基础的空间造型艺术，门前的几根钢柱，既准确 地反映了结构的状况，又以其纤细挺拔的形象，极好地 烘托了建筑师所要体现的理性和韵律的概念。 这些实例显示出日本当代钢铁建筑中对结构造型设 计的多元化探索，从中我们更可以看出，结构造型设计 是一种结构与艺术的结合，在结构逻辑的真实体现和艺 术表现之间每栋建筑会寻求各自的平衡点，反映出每一 个建筑师对空间设计的理解和思考。同时我们也能发现，

19、 结构造型设计对结构设 计及造型设计都提出了更高的要 求，它要求建筑师必须将两者融于一体，既保持对技术 的尊重，也拥有对空间艺术的追求。 钢铁建筑的节点设计及制作方式 钢结构的施工主要采用工厂加工，现场装配式的方 式，这就出现大量的节点问题。一般情况下，对于各种 型钢之间的连接，主要有铆接和焊接两种节点方式，铆 接施工性能较好，但须在构件上挖出孔洞，从而减少了 构件的断面积，带来螺栓处应力集中等问题，对此，施 工中往往采用热处理或强力螺栓的方式，适当加入预应 力来减少孔洞带来的面积损失的 影响，并缓解螺栓处的 应力集中，这对施工管理提出了严格的要求；焊接可以 得到简洁的节点，荷载传递的效率也高

20、，但焊接作业需 要高度的施工技术，同时在作业前必须准确地将构件放 入相应的位置，这都带来一定的施工难度。因此，现在 对这一问题，在当代的钢结构建筑中，铸钢工艺是渐渐 受到重视的一种节点处理技术。我们知道，铸造是一种 古老的技术，铸铁技术已有相当长的历史，但应用于钢 却只有很短的时间。现代的铸钢制品主要用于船舶、车 辆以及一些机械产品的制造，应用于建筑只是最近的事。 日本的代代木体育馆是世界上首次使用铸钢工艺解决节 点造型的建筑实例。在代代木体育馆的屋顶悬索结构中， 12代代木体育馆入口处节点 13美秀美术馆屋顶构架节点 14东京国际会展中心结构节 点之一 15东京国际会展中心结构节 点之二 的

21、钢结构施工一般会尽量避免焊接方式，更多地采用强 力螺栓的方式。 对于包裹在耐火覆 盖层内的钢结构来说，上述的方 法已足以满足节点强度的需要，但在强调结构造型表现 的设计中，节点成为造型设计的重要组成部分。对于一 些受力复杂、形体要求高的节点，这种利用型钢进行加 工连接的方式很难创作出简洁并具有造型感的节点。针 悬索杆件之间的部分节点采用了铸钢工艺，制造出圆形 的环状节点，该方法一举解决了节点处复杂的三维方向 的受力，同时在造型上也形成简洁明快的效果（图 12)。 铸钢节点的特点在于它能够立体地解决节点处复杂 的受力问题，并可根据造型要求塑造出具有雕塑感的形 象，这给钢结构的节点造型设计提出了一

22、种新的思路。 以贝聿铭设计的美秀美术馆 (图 13)屋顶构架节点为例， 该节点的设计没有沿用常见的球形节点的做法，而是利 用铸钢工艺对节点作了独特的设计 :在多方向杆件的交 接处，建筑师设计了一个多方向板式铸钢构件，除横向 钢管之外，其余各钢管构件均在节点处收成板式与节点 构件用螺栓进行连接，连接处的螺栓经过设计，顶面与 构件板面相平，从而达到简洁平整的造型效果。在这里 我们试想，如果节点处采用常见的球形节点，庞大的节 点无疑会使构架 造型显得沉重，也无法正确地反映传统 木结构屋架中榫卯节点的简洁。在这里，铸钢工艺的使 用使节点制作变得自由，给结构造型设计提供了有效的 技术基础。 在当今强调结

23、构造型设计的作品中，铸钢工艺得到 了广泛的应用。在幕张展示场中，支柱、桁架、拉索等 相交接处多数受力复杂的节点均采用了铸钢工艺进行制 造。东京国际会展中心也大量使用了铸钢来完成节点设 计。图 14和图 15分别是中心大厅的两个结构节点，从 图中我们可以看出，铸钢在制造和设计上的灵活性，使 得节点部件在有效地传达力的同时，也能利用雕塑式的 造型设计，将力的 流动视觉化、艺术化，与整体结构设 计相结合，形成完整的结构造型设计。 但是，对于铸钢的使用也有需要慎重的方面。由于 铸造过程的特点，铸钢构件在质量保证上存在一些难点， 在铸铁构件广泛使用的 19世纪，就有不少钢铁桥梁因为 质量的缺陷而毁坏。铸

24、钢工艺虽较之以前的铸铁工艺有 了很大的进步，但其历史较短，技术数据仍不全备，因 此，在采用铸钢构件时应对质量问题进行慎重的探讨。 结语一一对结构造型表现的反思 结构造型表现的本质是对合理的结构以及力学逻辑 的真实表达，然而，不可否认的是，在众多表现结构造 型的建筑中，暴露 的结构更多的是一种形象设计，真正 忠实于结构的逻辑性、完全体现了结构合理性的设计并 不多见。即使在成功的结构造型实例中我们也能发现许 多疑问。仍以东京国际会议中心为例，在我们观赏中心 大厅优美的屋顶构架的同时，我们也不免会想到，仅仅 为了轻质的玻璃屋顶，是否真正有必要将这么沉重的构 架高高浮于 50m高空？既然屋架内部没有任

25、何使用功 能，那么这些超大尺度的结构体是否有更多美学夸张的 嫌疑？另外，建成后的屋架内部结构精密、造型优美，却 无法进入观赏，这也未免会让人对其结构造型设计的意 义产生怀疑。由此联想到高技派建筑，顾名思义，高技 派建筑的宗旨应该是表现现代高科技，但我们发现，多 数的高技派建筑并非在建筑技术上有非常出色的成果， 也不见得使用了最新的结构技术，而是更多地是把技术 作为一种形象设计，来追求一种美学表现。日本建筑界 在经历了 20世纪 70 80年代的后现代建筑风潮之后， 在对后现代的反思中出现了大量尊重技术、表现技术的 设计并引发对结构造型美的探讨。然而，值得注意的是， 如果轻易地把结构造型作为一种

26、表现手段，或者不顾结 构的合理性，釆用夸张的结构形式，来求得强烈的形体 效果 的做法，都会让人对其结构造型表现的艺术内涵产 生疑虑。 参考文献： 1. 渡边邦夫，东京国际 7才一 7厶 构造，建筑文化，日本， 1996, 8 2. 稹文彦，对话邑 L ，新建筑，日本， 1998,1 3. 川崎清 D， 日本， 1997,9 4. 匕。口、： 工夕卜包建筑家，新建筑，日本， 1997, 9 5. 池原义郎采访，虚室生白，新建筑，日本， 1999,3 6. 乇夕 *只卜 7 夕 于 工 7查读 t：， 建筑文化，日本，97 年 1月号 7. 建筑空间构造，皆川洋一著，才一厶社出版，日本 8. 建筑讲座 5历史，渡边保忠、加藤角一著，彰国社出版， 日本 9. 日本建筑技术史，村松贞次郎著，地人书馆，曰本 10. 空间构造物语，齐藤公男著，彰国社出版，日本 11. 飞 跃 构 造 f廿彳 ，渡边邦夫著，学艺出版社，口本