NOTEBOOK | 建筑新生必看的一堂课：如何将空间与结构结合？
Cover：Hangar D' Aviation, Pier Luigi Nervi
NOTEBOOK | 一节课掌握建筑学核心内容空间与结构的关系
讲 者：苏黎世联邦理工大学——Yoda Zheng
关键字：空间组织、建造体系、空间与结构的发展
记录者：周蝶
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空间与结构是建筑学的核心内容，他们之间的逻辑不仅决定了材料构造体系，而且还影响到建筑的城市关系。在设计的过程中，是空间激发了结构？还是结构限定了空间？本讲将以空间组织为主线，结构逻辑为辅线，探讨空间类型与结构类型之间的关系。
“ 空间的实体化”
如果将空间实体化，空间就会变得可操作。空间操作的两个基本方法，即减法（将体块切割挖去）和加法（体块的堆叠组合）。无论使用哪种方式，它们最后都会形成正性与负性（实体与虚空），内部空间与外部空间两套空间体系。
“ 空间边界”
空间边界有强划分和弱划分，在建筑中也会产生截然不同的两种效果：静态的和动态的。静态空间有很明确的边界划分，人们在其中感觉到庇护；动态空间的模糊边界使空间变得有活力，人们可以在其中自由地游走。
“ 结构”
结构体系主要分为两种：实体结构和杆系结构。实体结构所用材料有砖、混凝土、泥土、夯土等；而杆系结构所用材料主要为木头、钢、钢索等轻质结构。其实质区别是他们受力体系的不同：实体结构为抗压体系 ，而杆系结构为抗弯体系。
实体结构与杆系结构中的材料可以通过表现手法达到与材料本身属性相反的效果。
实体结构可以将空间进行强划分（左），也可以将空间进行弱划分（右）。
右：两组拱的方向限定使空间向四个方向打开
杆系结构附加了一层空间边界以后可以变得稳定。61吨沉重的石板屋顶也可以轻巧地坐落在在细长的白色钢柱森林中，其中的隐喻如石上纯也所描述：“我想象过一只鸟在多雨的天空中飞翔，这些柱子就像雨水的条纹。”板岩屋顶如同黑色巨鸟的翅膀，又像漂浮的乌云。实体结构中的石材与杆系结构中的钢材相结合，达到了细腻柔和的效果。内部空间在往四周延伸的同时有着逐渐消隐的边界，洞穴状空间提供给游览者沉思的庇护所，同时又如身处连绵起伏的山峦之中。
左：杆系结构附加一层空间边界后也可以变得稳定
右：Serpentine Pavilion/ Junya Ishigami
柯布西耶用实体结构材料中的混凝土达到了杆系结构的效果，通透轻盈。杆系结构材料中的木头通过实体结构的建造方式也可以形成实体结构的力学体系。
“ 空间与结构如何成为整体”
原始房屋使用最单一的材料建造：木材或泥土，形成最初的空间原型。经过发展以后，人们开始使用砖和泥土进行建造，形成稳定的边界，不被气候与环境所干扰，其中最原始的结构体系为拱券、圆拱。拱券到肋的结构体系转化，使更多光线进入建筑内部，从而对不承重的部分进行消减。而在现代建筑中，对更大空间的需求使实体结构大幅消减，这是由于空间变大后，实体结构跨度过大无法承受自重，需要减轻结构自重，由此形成了混凝土编织、拉索等结构。
右：拉索形成的抗弯体系
“ 空间平面发展”
从规整的圆形平面，方形平面，到往长度方向发展。在这样的方形空间中，长度可以无限延长，但在跨度上有限制。
罗马老圣彼得教堂
桁架的发展：取消原有的水平拉杆，在原有的三角形桁架体系中叠加一个穹顶 ，增大空间容量。右图引入天光，改变人们对空间容量的感受，使空间变得更加宏伟明亮。
左 ：法国圣菲利普教堂
右：乌托邦建筑师Etienne-Louis Boullée的图书馆设计
以上案例墙体结构与屋顶结构是分离的，下图中则完全运用结构的高度来形成空间。桁架体系和拱顶的结合使得空间与结构非常吻合，形成整体没有冗余。右图再对结构进行消减，使建筑的一半完全通透，屋顶结构不再是一榀一榀的桁架，而是编织成整体的穹顶或成为整体的壳体，从而形成无限大的空间和开口。
“ 空间的组团”
组合后产生空间结构，此空间结构产生的空间体系有着完全不同的逻辑。
空间序列
不同空间对应人们不同的需求，在空间体系中找到适当的结构是更高的要求。
不同尺度空间形成空间序列
Burgerweeshuis Orphanage/ Aldo Van Eyck
用结构单元组成小型结构体，再将其进一步进行组织。以大的结构单元组织一群小的结构单元进行复制。结构的加法同时形成内部空间与外部空间，内部空间是静态的，外部空间中的空隙也是建筑体最有活力的部分。单一结构变成群体结构，群体结构再作为单元进行组织，最终内部空间与外部空间形成空间的实与虚。
阿姆斯特丹孤儿院
密斯的流动空间，对空间的边界进行消减，再将各个空间连接，最终将边界延长，使得内部空间与外部空间有了联系，空间向四面八方展开。
砖宅，密斯·凡德罗
“ 空间的线性发展”
空间的线性发展是单方向的，具有可持续性，是在古老城市中被广泛运用的一种建造体系，其中空间与空间之间可以进行无限延伸，且可分阶段进行建造。这时应将整个街区看作是一个建筑整体，因为他们运用的是同一种结构逻辑，相互依靠不可分割，形成外部的城市空间和内部的庭院空间。
苏黎世老城
“ 空间的结构发展”
不同建造阶段有着不同功能分区，空间可复制可扩充。这种拱券逻辑对空间的咬合度很高，可以不断地复制，扩充。这也是国内多用梁柱体系的原因。
科尔多瓦大清真寺
以上案例都为空间和结构同向，下图路易斯·康的金贝尔美术馆的空间与结构则有了不同的方向性。对拱结构的升级，拱原来两侧产生的侧推力需要墙体支撑，而康在拱里面预埋了预应力钢筋，所以在浇筑之后，拱的侧推力可以在预应力钢筋作用下被抵消，使得拱筒3可以架在四根柱子上。对空间的组织也不再是沿着拱的方向，在对两边墙体结构进行消减之后，使得空间可以纵向连接，加上拱的横向排列，使得空间具有两个方向性。正如海德格尔对空间的阐释，“有桥的地方就能形成空间。什么是桥？桥就是空间的两个方向，一个是人顺着桥过桥，另一个是桥下河流穿过的方向。当形成两个方向的运动时，就形成了一个空间场所。”
金贝尔美术馆，路易斯·康
空间的垂直叠加同时伴随着结构的垂直叠加，比如路易斯·康的Salk Institute。建筑师在结构高度的部分放置了教师住宅，在可以使用的空间部分设置实验室的大空间，巧妙地利用了结构的高度以及将结构不可被进入的特征转译成居住的私密性，使公共部分的使用不会被结构阻挡，而住宅部分的结构则形成了强有力的围合，使人感觉到被保护。
萨尔克生物研究所，路易斯·康
模糊了层的概念，虽然还是柱板结构，但建筑师将建筑从底部到顶部形成了连续的平面，人们在行走时无法感知自己置于几层，有时建筑师将景观空间植入室内空间，从而进一步消解人们对于垂直空间的感受。
巴黎图书馆竞赛，库哈斯
城市对底层空间的需求反馈在建筑结构的变化上。在此案例中，结构置于中间部位，用作小的展览或办公空间，下方悬吊形成大空间对城市开放，顶部形成大空间用作大型展览馆。
巴西美术馆
城市对空间的需求是由下往上递减的，但这与结构逻辑相违背，所以如何将大空间放在底层是一个挑战。
马赛公寓，柯布西耶
在下图案例中，结构和空间紧密咬合，结构已经成为整体，而空间在结构中进行划分。多层桁架结构能够给空间带来解放，使空间和结构的操作方式跳出结构限定单个空间的逻辑，而形成结构限定多个空间的操作逻辑。
Leutschenbach School, Christian Kerez, 2009
在多户住宅的案例中，建筑师又提出了结构的另外一个挑战：楼板作为结构的一部分，即跳出叠加楼板和墙体对位的结构逻辑，让楼板参与到结构构成中形成上下不对位的，可以朝各个方向自由打开的空间模式。
Forsterstrasse公寓，Christian Kerez
结构可以辅助我们思考空间的构成，使用不同结构体系，运用不同材料让建筑具有不同的效果。个人喜欢空间划分趋向模糊的空间结构，过于明确有序的空间组织有时反而让人觉得无所适从，结构的存在不应让空间边界使人产生割裂感，而是给予人们一定的庇护与引导，将空间各部分有机灵活地连接。
课程回顾
讲者
Yoda Zheng
苏黎世联邦理工大学建筑学硕士学位，东南大学建筑学士
曾经于JOM Architekten和Marcello Nasso Architekt 工作，参与并负责了多个项目竞赛，可行性研究，项目报批，施工图绘制以及策展等多项工作。
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编辑：周雪婧
排版：Designable小助手