【AT导读】“对话：建筑与结构”专题前次讨论了大天鹅科普馆中非常规细柱的结构设计过程，本期将聚焦深圳茅洲河燕几之翼儿童乐园。通过建筑师章明、秦曙，与结构工程师张准、王瑞的对谈，试图呈现和探究一种充分互动的工作模式——建筑与结构的一体化设计。同时，也希望通过这样的方式呈现出常常被忽视的结构的场所性，以及其对环境、空间和人体感受造成的影响。章明
同济大学建筑与城市规划学院景观系主任、博士生导师，同济大学建筑设计研究院（集团）有限公司原作设计工作室主持建筑师，国家一级注册建筑师。秦曙
同济大学建筑设计研究院（集团）有限公司原作设计工作室副主任建筑师，国家一级注册建筑师。张准
同济大学建筑设计研究院（集团）有限公司高级工程师，和作结构建筑研究所联合创始人，国家一级注册结构工程师，国家一级注册土木工程师（岩土）。王瑞
同济大学建筑设计研究院（集团）有限公司结构工程师。NO.1
▶ 章明 & 秦曙：
燕几之翼位于深圳市茅洲河畔。茅洲河是深圳最长的河流，也被称作深圳的母亲河。自20世纪90年代以来，由于社会高速发展，大量工厂企业的入驻使水环境逐年恶化，以致水体黑臭问题严重。随着环保意识的觉醒，在不懈努力下，茅洲河终于摆脱了黑臭，迎来了水清岸绿之景。而城市的建设理念也从曾经的效率至上，步入了为美好生活而建设的时代。
作为茅洲河碧道工程中独具特色的儿童游乐主题驿站，我们希望它成为环境修复后连接自然与城市生活的窗口，所以从一开始就希望建筑是从场地上生长出来的，成为环境的一部分。我们没有受限于在平面场地之上放置游乐器械的传统儿童乐园模式，而是重塑地形，赋予其与活动及功能相融合的“厚度”，并为陪同的家长及游玩的市民提供休憩和餐饮空间。同时为适应深圳炎热且日照充沛的自然气候，设置全方位遮荫空间。我们将建筑想象成张开翅膀的大地，遮挡孩子们头顶强烈的阳光，使他们在尽情游玩的同时，不受日晒的困扰，形成一座集玩乐、餐饮、休憩、观景于一体的复合型滨水驿站。NO.2
燕几之解——结构与建构
燕几代指七巧板。作为几千年来中国孩子人手一份的传统儿童智力玩具，其历史可追溯至宋朝的拼装家具，后演变为“燕几图”。我们希望儿童游乐主题驿站能成为深受人们喜爱的“大玩具”，便从七巧板中汲取灵感，采用互相拼合的多边形作为基本构型。
▲屋面俯视图 ©章鱼见筑
项目所在场地由河堤到河岸有2.6m高差，“七巧板”基本构型的操作实现了场地的再造，在解决高差衔接问题的同时，鼓励儿童去拥抱、探索大地，塑造鼓励攀爬、触摸、玩耍的立体活动场所。同时“七巧板”的形态也形成了清晰的、面向装配式需求的结构形式，有效实现了建筑的原初构想，形成了由场地生长而来，又轻盈地在树林中蔓延翻飞的形象。
建筑设计以七巧板为灵感对楼板进行了划分，一来希望实现类似的分块拼接，并以木结构的观感进行表达，二来基于三角形的梁布置可以使楼面具有更好的平面内刚度。这一构思为结构设计带来了机会与挑战。由于三角形布置的主梁网格已经具有足够的刚度，面板的刚度变得相对次要，可将上述主次关系在受力与材料上区别对待，因此构建了一种带有分块装配概念的钢木组合楼板系统。
每块三角形楼板的周边为异形槽钢，内部填充胶合木梁并采用CLT板封闭上下表面。组合楼板以400mm厚度实现最大约11m的跨越能力。该楼面系统自重较轻，也为纤细的摇摆柱创造了便利条件。这一系统中仅在通往屋面的两个楼梯区域，因其抗侧重要性而采用了钢楼板。楼板系统规划完成后便迎来了最终的结构设计挑战。三角形楼板使部分柱顶出现十根钢梁汇集的情况，如处理不当则之前的若干巧思都将因笨拙的节点外观而付之一炬。▲剖面图 ©原作设计工作室
▶ 章明 & 秦曙：
为确保原初“七巧板”形态喻意的可读，同时也考虑到形态转折和施工容差的需要，设计在一开始就将每块多边形板的下边缘较上边缘缩进300mm，从而使各板块的边缘形成一个斜面。这样的形态处理形成了角部柱点处的斜向空间，为柱顶节点的设计既带来了挑战，也带来了创新的机会。▲角部柱点处的斜向空间 ©章鱼见筑
▶ 张准 & 王瑞：
从结构受力而言，摇摆柱的柱顶铰接，理论上不传递弯矩，对于减小节点尺寸大为有益。楼面梁各区块楼板也可在角部采用铰接，但是竖向剪力及各区块间的水平传力至关重要。兼顾上述力学特点、节点标准化和整体安装便利性，设计了蘑菇帽节点。该节点的核心构件为一个机加工锥形蘑菇头，摇摆柱顶嵌入蘑菇头底部的沉槽，限制了水平位移，顶部向下旋入螺栓避免竖向拉脱。楼面梁采用端部铰接构型，因此三角楼板的边梁在角部合并为单竖板，并在缩减高度后与蘑菇头焊接（弯矩释放）；单竖板顶部在节点周边附加水平板补强，提高整体水平传力能力，避免竖板屈曲（轴力传递）；而锥形节点使得竖板与其连接的焊缝具有更可靠的抗剪能力（剪力传递）。
▲节点模型 ©原作设计工作室
▶ 章明 & 秦曙：
经过反复沟通交流，我们实现了“梭形柱＋柱帽”的创新性想法：锥形柱帽可化解由不同角度延伸过来的钢节点板的角度问题，为控制节点美观程度，最终将柱帽定为230mm×250mm尺度的椭圆锥形。之后在同照明专业的合作中，又强化了节点的功能，锥形柱帽既形成了天然的“灯罩”，又成为了最能展现空间特色的部位。夜晚在灯光照射下，柱帽内嵌的灯光将纤细的梭形柱洗亮，形成极富表征力的建构效果。▶ 张准 & 王瑞：
蘑菇头节点清晰交代了构件与板块的交接关系，加强整体的轻盈感。最终采用统一的160mm梭形柱（长度1.6~6.6m）支撑起屋面。梭形柱与三角形屋面的组合“漂浮”在滨水树林中，使人群在亭架下有一种反重力的错觉，而屋顶两侧翘起的角，仿佛鸟儿掀起的翅膀，实现文化（燕几图）、建构（摇摆柱）与造型的统一。
NO.3
▶ 章明 & 秦曙：
轻盈的漂浮感是从一开始便充分关注的空间效果，也最具挑战。在方案中预设了160mm柱径的梭型柱，结合之前很多项目积累下来的经验，仅受轴向力的钢柱有希望实现这样的尺度，因此如何使柱子仅受轴向力便成为问题的关键。
▶ 张准 & 王瑞：
全摇摆柱框架或极端细长柱的柔性框架，自身并没有足够的抗侧能力，是一种需要谨慎对待其稳定性的力学构型。因此作为建筑系统使用时，一般都需要附加抗侧单元避免结构倾覆，可采用尺寸较大的悬壁柱、拉索、斜撑等线性构件或者附加剪力墙。燕几之翼的设计希望对于摇摆柱的表达更彻底，弱化抗侧构件的存在。由于在这类结构中完全去除抗侧构件并不适宜，因此如何以建筑与结构的结合来消解抗侧系统的存在感，成为一个可从两方面展开的设计议题：对结构而言是结构构型如何拓扑变化适应建筑，对建筑而言是变化后的构型带来了何种机会。常与摇摆柱系统搭配的抗侧单元，将上述基本构型结合场地及建筑功能错位拼接，可形成完整的二维抗侧体系，本项目的结构系统进一步结合建筑功能将其发展到三维空间，大量立柱并不与抗侧单元直接连接，需要通过楼面成为整体。楼面的牢固是确保结构稳定的重要一环。▲抗侧体系的二维图示 ©张准▲结构的三维布置 ©原作设计工作室▲摇摆柱施工过程 ©原作设计工作室▲施工中的柱与屋面 ©原作设计工作室▶ 章明 & 秦曙：
之前完成的几个钢木复合建筑项目，使我们深知对受力体系进行构件职责分配的重要性。因此在形态设计时就将竖向力与水平力进行“主动拆解”：我们有意识地设置了两块居中对称的斜向多边形板，来平衡水平方向的力（兼做上屋面楼梯），东北角公共卫生间的设置和平面布局也提前考虑了作为主要抗侧构件的结构职责。此外，为更好地控制建筑的水平稳定性，妈咪咖啡厅等区域还局部预留了拉索的可能。▲居中对称的斜向多边形板 ©章鱼见筑
▶ 章明 & 秦曙：
在传统的流程化建筑设计中，结构设计常被认为是配合性的，也常在项目的中后期才参与设计工作。其实我们有必要意识到，结构在很大程度上影响着空间的生成和使用者的身体感受。结构并非孤立于建筑之外，而是与建筑所在的场地、景观、使用人群相融合，形成丰富而互相作用的整体。
▲与环境融合的建筑 ©章鱼见筑
我们把燕几之翼的屋面设想为漂浮在树干之间的悬浮场地，并于屋顶上通过取消或斜置构型多边形而形成6个“洞口”，供场地树木在原位上继续生长，最终形成了与树林同构生长的架构。孩子们沿着两处由屋面向下斜置的多边形面形成的楼梯，可爬至屋面景观平台，向江面眺望水清岸绿的碧道之景。在燕几之翼的屋顶之下，轻盈丰富的结构与地形、景观、游乐设施生长在一起，仿佛充满童趣的洞穴，置身其中的孩子们就像多了一双好奇的眼睛，在每一个转弯和角落都能触碰到新的世界。结构似乎也完全消融在了场地之中，成为了大地的一部分。
▲爆炸图 ©原作设计工作室
▲多功能遮蔽式庭院 ©章鱼见筑▲遮蔽式跑道与屋面开洞 ©章鱼见筑建筑设计：同济大学建筑设计研究院（集团）有限公司原作设计工作室 建筑设计团队：余点（实习生）、武筠松、李雪峰、靖振奇（实习生）
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【AT对谈】越来越细的柱子——大天鹅科普馆结构建筑设计回顾
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