任慶英：建筑創(chuàng)作與結(jié)構(gòu)創(chuàng)新

作者：　來源：　發(fā)布時間：2013年08月28日

各位建筑師、各位結(jié)構(gòu)工程師、各位同行朋友，大家上午好。今天這個會議感覺不太一樣，因為我參加全國結(jié)構(gòu)的會議比較多，今天第一次參加絕大多數(shù)都是建筑師的會議，而且是處于國內(nèi)建筑設(shè)計領(lǐng)域高端層次的建筑師。同時把我放在這么一個位置來做報告，也感到有點緊張，因為畢竟還是第一次面對這么多的建筑師，到底談些什么？我覺得這個會議題目非常好：“結(jié)構(gòu)成就建筑之美”。我從參加工作到現(xiàn)在三十多年，實際上一直本著這么一個理念去做事，可以說我做的所有的項目跟建筑師的配合還都是非常的默契。是不是完全達到了成就建筑之美，自己不敢說，但是起碼每個項目都可圈可點，都可以找出很多得意的地方。

　　我今天就從一個結(jié)構(gòu)工程師的角度談一談對建筑和結(jié)構(gòu)這兩個專業(yè)到底怎么去理解，這完全是個人觀點，不一定完全能夠代表整個結(jié)構(gòu)專業(yè)，但是我覺得從自身經(jīng)歷來講還是有比較深的體會。

　　首先談一下建筑創(chuàng)作與結(jié)構(gòu)創(chuàng)新的關(guān)系。建筑創(chuàng)作和結(jié)構(gòu)創(chuàng)新是離不開的，有的人說建筑創(chuàng)作使得結(jié)構(gòu)本身的概念、力學(xué)的性能沒有得到非常好的發(fā)揮，所以很多情況下一個建筑的方案放到了受指責(zé)的位置，我覺得這是不正確的。就建筑創(chuàng)作來講，如果沒有結(jié)構(gòu)的創(chuàng)新在里邊實際上是不完整的，兩者是互相依存和互相促進的關(guān)系。建筑創(chuàng)作跟結(jié)構(gòu)創(chuàng)新實際上會存在于每一個工程當(dāng)中，不管這個工程是簡單還是復(fù)雜、是比較高等還是低等的，實際上建筑跟結(jié)構(gòu)都是可以做出比較出彩的東西。一個優(yōu)秀的設(shè)計作品一定會體現(xiàn)出建筑創(chuàng)作和結(jié)構(gòu)創(chuàng)新的完美結(jié)合，如果這一點沒有體現(xiàn)出來的話，我覺得就稱不起是一個優(yōu)秀的設(shè)計。從我們國內(nèi)以及國際評出的優(yōu)秀設(shè)計來講，我覺得應(yīng)該說都能體現(xiàn)這一點。對于一個項目過分地強調(diào)建筑的創(chuàng)作，或者過分強調(diào)結(jié)構(gòu)的創(chuàng)新，實際上在工程設(shè)計當(dāng)中是一個大忌。另外結(jié)構(gòu)創(chuàng)新應(yīng)該是建筑創(chuàng)作的強大技術(shù)支撐，如果說一個好的建筑創(chuàng)意沒有結(jié)構(gòu)方面的很合理的、很積極的態(tài)度來支持、完善和配合的話，那么這個創(chuàng)作的實現(xiàn)實際上會受到很大的制約。

　　我覺得結(jié)構(gòu)的創(chuàng)新無非體現(xiàn)在這么幾個方面：一個是適應(yīng)日益豐富的建筑創(chuàng)作，研究和創(chuàng)新結(jié)構(gòu)體系，這是非常重要的。可以說從我參加工作到現(xiàn)在三十多年的時間結(jié)構(gòu)體系也發(fā)生了很大的變化，以前在上學(xué)的時候?qū)嶋H上沒有學(xué)到那么多的體系，這些體系是怎么來的？是通過我們建筑創(chuàng)作提出了一些新的需求，所以結(jié)構(gòu)一定要跟上這個步伐，然后要創(chuàng)新一些新的結(jié)構(gòu)體系，所以使得我們現(xiàn)在很多的建筑實際上還是在不斷地往前進步。另外，將結(jié)構(gòu)概念體現(xiàn)于建筑方案創(chuàng)作之中，實現(xiàn)結(jié)構(gòu)設(shè)計與建筑形式的完美結(jié)合。一個好的設(shè)計實際上并不是說建筑師冥思苦想想盡辦法創(chuàng)造出一個東西來，可以說起碼國內(nèi)教育制度造成了建筑師對結(jié)構(gòu)的概念的理解或者深入程度還是有很多的欠缺之處，這是正常的，就像我們對建筑的理解一樣不會那么完整。所以在整個的建筑創(chuàng)作過程當(dāng)中，實際上我非常希望結(jié)構(gòu)應(yīng)該可以有所介入，那么在這一點上，近些年體會更加的強烈。我是跟崔總（崔愷）以及李興剛副總，還有汪恒執(zhí)行總建筑師等都做過很多的配合，跟他們配合過程當(dāng)中體會非常深，他們在建筑方案的創(chuàng)作階段實際上就會提出很多很多的問題，對于這些問題，結(jié)構(gòu)應(yīng)當(dāng)介入當(dāng)中主動給他們出主意想辦法，他的想法怎么合理地實現(xiàn)，這個是結(jié)構(gòu)工程師的職責(zé)。把結(jié)構(gòu)的概念體現(xiàn)于建筑方案創(chuàng)作當(dāng)中，我覺得這是一個非常好的結(jié)合。只有這樣才能做到結(jié)構(gòu)設(shè)計跟建筑形式的完美結(jié)合，利用結(jié)構(gòu)的技術(shù)使建筑更美觀、更安全、更經(jīng)濟。在充分滿足建筑功能和形體要求的前提下，對結(jié)構(gòu)進行方案比較、優(yōu)化，選擇最合理、最經(jīng)濟、最適于施工的結(jié)構(gòu)方案。從這個來看，實際上結(jié)構(gòu)跟建筑還有很多考慮的方面不太一樣的地方，因為建筑的方案創(chuàng)作階段往往是比較注重體型、功能的布局等等，但是結(jié)構(gòu)看到建筑方案的時候，第一感覺是對于結(jié)構(gòu)的合理性，第二是要判斷其施工的可行性以及復(fù)雜性，然后還有它的經(jīng)濟性。所以這些方面綜合起來考慮，對一個建筑方案的評判實際上觀點肯定有不一樣的地方。再一方面就是關(guān)于施工，建筑創(chuàng)作結(jié)構(gòu)體系沒有相適應(yīng)的施工技術(shù)也是不能完成的，現(xiàn)在之所以我們國家建筑發(fā)展這么快也得益于我們施工技術(shù)的提高。在二十年前很多的建筑是施工不了的，但是現(xiàn)在都沒有問題了。

結(jié)構(gòu)創(chuàng)新不能單獨談創(chuàng)新，在建筑方案創(chuàng)意階段結(jié)構(gòu)設(shè)計人員應(yīng)該投入關(guān)注，這是最主動的。另外根據(jù)建筑創(chuàng)意方案給予主動配合，為建筑師從結(jié)構(gòu)如何滿足建筑形式出主意想辦法，確定與建筑形式完美結(jié)合的結(jié)構(gòu)體系和結(jié)構(gòu)形式。這對于結(jié)構(gòu)工程師來講非常必要，也希望建筑師能夠放下一些顧慮，很多建筑師會擔(dān)心在創(chuàng)意一個方案的時候結(jié)構(gòu)的一些介入影響創(chuàng)作，或者是形成一種制約。當(dāng)然這類事情也發(fā)生過，問題主要可能還是在于結(jié)構(gòu)工程師，在于結(jié)構(gòu)工程師的能力、他對建筑方案理解的深度，所以如果說這一點做到之后結(jié)構(gòu)工程師主動地投入進去，我覺得只能對建筑方案的創(chuàng)作有提升作用。結(jié)合所掌握的地質(zhì)條件、材料供應(yīng)、施工技術(shù)和業(yè)主對工期的要求，進行設(shè)計與施工的一體規(guī)劃。這一點結(jié)構(gòu)考慮的比較多，建筑方案出來之后實際上往往對于它的可實施性究竟有多大缺乏預(yù)估，尤其是國外設(shè)計師對國內(nèi)抗震概念的欠缺，他們的方案創(chuàng)意方面在國內(nèi)的技術(shù)能力、環(huán)境需求以及國內(nèi)超限審查的要求等等方面受到很多制約，如果方案階段不考慮這些問題的話，將來方案可實施性就很弱。經(jīng)過結(jié)構(gòu)多方案分析比較，選擇業(yè)主、建筑師、機電工程師都能滿意的結(jié)構(gòu)方案。我稱其為主動創(chuàng)新，結(jié)構(gòu)工程師一定是主動去做的。

還有一方面是被動創(chuàng)新，有很多建筑設(shè)計出來之后一看就是非常的艱難，但是結(jié)構(gòu)師不能做嗎，也不是，結(jié)構(gòu)師可以說沒有什么不能做，只是一個代價問題、時間問題，但是現(xiàn)在有很多項目這兩點實際上都是框定的，又不想多花錢，工期還要拼命縮短，這種情況下就使得很多事情沒有辦法實施。所以一個很怪異的方案出來以后，結(jié)構(gòu)硬做的話必然會出現(xiàn)很大的代價，出現(xiàn)很多的不合理。比如說中央電視臺的議論是比較多的，但是里邊沒有結(jié)構(gòu)創(chuàng)新嗎？這絕對不是，全國很多結(jié)構(gòu)專家也貢獻了很多智慧才把它建起來，它的不合理就在于整個是反力學(xué)的，它的不穩(wěn)定性增加了很多質(zhì)疑的聲音。但是確確實實，不管是建筑還是結(jié)構(gòu)還是機電都貢獻了非常大的智慧才能把它建起來。我把這種情況叫做被動創(chuàng)新，方案已經(jīng)定了，領(lǐng)導(dǎo)人已經(jīng)批了，就得做，這就會出現(xiàn)很大的代價，它的代價基本上是三個鳥巢，可見建筑方案的合理性是至關(guān)重要的。被動創(chuàng)新也是創(chuàng)新，由于建筑方案的不合理要花費比較大的代價。被動創(chuàng)新往往對建筑形式的影響是比較大的，甚至?xí)l(fā)生由于結(jié)構(gòu)限制不得不做相應(yīng)調(diào)整，這方面的例子也很多，就不一一例舉了。

第二部分 設(shè)計實例介紹

下面談一下三個項目：海南國際會展中心、南京青奧中心、天津大學(xué)新校區(qū)綜合體育館，他們有一些特色。海南國際會展中心這個項目上一屆會議上李總做過詳細介紹，所以我只是從結(jié)構(gòu)工程師的角度談一些結(jié)構(gòu)的看法。它體量很大，長方向?qū)⒔?00多米，短方向200多米。屋面是雙向交錯的波浪形，比較規(guī)律，形成的難度也比較大。這個項目在整個創(chuàng)意階段發(fā)生了一些問題，開始甲方給了我們一個地質(zhì)參考報告，大概10米左右有一層基巖，所以我跟李總說這方案跨度多大隨意，地基條件很好。這個項目是全國省會城市里邊最后一個會展中心，所以當(dāng)時李總壓力比較大，最后他設(shè)計出來這么一個屋面的形式。當(dāng)時我覺得這是沒有問題的，可以做出來，但是55米的跨度、11米區(qū)隔的波浪形不成殼，就得需要很大的尺度結(jié)構(gòu)做出來。但是后來報告出來一看這層基巖很薄，到我們這個場地甚至有的地方都缺失了，這么一個地基形式非常可怕，如果柱的壓力很大承載在一個很薄的基巖上，基巖一旦開裂那就毀了。所以出現(xiàn)這種情況之后，我就跟李總以及業(yè)主開了一次會，我說這個情況非常嚴峻，我建議把柱網(wǎng)減小，這對建筑的危害太大，從55米往下減，他們問我減到多少？我說22米。這并不是沒有依據(jù)的，因為海口這個地方要做展覽實際上都得空運或者海運，不能有太長的構(gòu)件，所以寬度22米絕對滿足任何的展覽，即使不展覽的時候使用，各種民用的功能都是可以滿足的。另外22米有一個什么好處？我說如果改成22米的話可以做成圓鋼管單層網(wǎng)殼，結(jié)構(gòu)幾乎不占高度。因為屋面是從波峰到波谷有一個4米的差，中線上兩米、下兩米，如果結(jié)構(gòu)再占高度的話，就不可以做成很輕巧的結(jié)構(gòu)。同時把基礎(chǔ)的壓力也減下來了，最后幾根鋼管樁撐到薄的基巖上就解決問題了。55米的方案上面是波浪形的屋面，底下不得不做成網(wǎng)格形的梁，使得屋面非常重。鋼結(jié)構(gòu)如果形成波浪的話，網(wǎng)架的厚度再加上波浪這是沒有辦法的。改成22米之后就發(fā)生了非常大的變化。因為?？陲L(fēng)力非常大，如果采用很輕的結(jié)構(gòu)，那么實際上是要花費代價去壓的，如果做一個相對重一點的屋面是合理的。當(dāng)時我們做成了疊合板，底下是4公分厚的混凝土曲面殼板，然后把它跟我們底下巨型鋼結(jié)構(gòu)殼對接，但是因為施工問題、復(fù)雜性問題最后發(fā)生了變化，底下混凝土板變成鋼板，使得上面的疊合就去掉了，最后是鋼性屋面上做防水。屋面上面有天窗，陽光照進來是光柱，隨著陽光的移動光柱也在移動，效果非常好。

建筑面積：77130m²，檐口高度:15.64m，風(fēng)荷載：W₀=0.75kN/m³(50年),W₀=0.90kN/m³(100年),設(shè)防烈度：8度（0.30g）,設(shè)計地震分組：第一組,建筑場地類別：II類,抗震設(shè)防類別：乙類。

總平面圖

屋蓋采用22m跨鋼網(wǎng)殼+周邊網(wǎng)架+預(yù)制疊合板，其優(yōu)點是：周邊網(wǎng)架的存在對網(wǎng)殼形成有效的約束；完善的分析和試驗保證結(jié)構(gòu)的安全；網(wǎng)殼曲面與建筑屋面造型完美結(jié)合；大大降低了結(jié)構(gòu)自重，減少了基礎(chǔ)造價；結(jié)構(gòu)所占高度?。皇┕に俣瓤?。后因工期尤為緊張，且施工單位對曲面形預(yù)制疊合板不甚熟悉，最后經(jīng)甲方同意，將預(yù)制疊合板改成6～10mm厚鋼板。

展覽中心大廳建筑效果圖

建設(shè)中的展覽中心起伏的屋面

2、南京青奧中心--會議中心

南京青奧中心--會議中心（與英國扎哈ZHA建筑設(shè)計公司合作設(shè)計），這個方案當(dāng)時壓力很大，業(yè)主提出兩年建成，2014年青奧會要亮相。當(dāng)時我們接的時候也就接近兩年的時間了，這么12萬平米異形會議中心，還有兩個超高層酒店，一個314米，一個255米，這個將近50萬平米的建筑，兩年時間建成這簡直是不太可能的事情。但是政府工程必須要實現(xiàn)，所以在整個設(shè)計當(dāng)中跟扎哈需要洽談的方面很多，但是又很難談。它的平面底下是很不規(guī)則的四塊，隨著往上走慢慢合攏，到21~27米之間是整個合攏了，到上面又分開，空間非常復(fù)雜，底下布置又很不規(guī)則，所以這種情況結(jié)構(gòu)怎么辦，英國顧問結(jié)構(gòu)師就出了方案分成了四塊。把一個流動性的體型分成四塊，這從結(jié)構(gòu)來講沒什么不對，但是我一再叮囑問他們是不是跟建筑師配合過、建筑師是不是同意，他們的答復(fù)是同意。我覺得很難理解，所以他們來匯報方案的時候，我也在會上提了我的觀點，我覺得不應(yīng)該分縫，分縫了就把一個超限項目變成了四個。這四個項目要考慮罕遇地震的情況下相向不能碰撞，這個縫要多寬，當(dāng)時我問建筑工程師要多寬，他說結(jié)構(gòu)工程師說要200mm寬，我說600mm也不夠。一個建筑上出現(xiàn)這么多縫怎么處理？后來我提出建議合攏，要不然將來超限審查審不過的，這樣的項目是不適合分的，從結(jié)構(gòu)來講是合理，但是從建筑來講沒法兒實現(xiàn)。另外結(jié)合起來只能比分開更穩(wěn)定，所以后來我就建議要形成一個底下分、上邊合攏，利用21~27米聯(lián)合做出整層轉(zhuǎn)換，形成四條腿板凳純鋼結(jié)構(gòu)，只有樓電梯的地方有垂直構(gòu)件，其他全都沒有。中間幾乎沒有柱子，就利用這么一個板凳結(jié)構(gòu)實現(xiàn)整個建筑功能的轉(zhuǎn)換、體型的完整性。

南京青奧中心--會議中心總建筑面積49萬平方米；作為第二屆世界青年奧林匹克運動會會議中心；會議中心地上六層，建筑高度45米，建筑面積約12萬平方米。建筑體量：170m×170m×45m；功能分區(qū)：會議中心、展覽中心、商業(yè)中心、音樂廳；各分區(qū)特點：會議中心：平面尺寸約100m×66m，0~27m為通高會議大廳，上部為小會議室音樂廳：平面尺寸約60m×70m，0~15m為通高音樂廳，上部為小會議室；展覽中心：平面尺寸約48m×100m，6m，15m為兩個32m×48m多功能廳，上部為餐廳商業(yè)中心：平面尺寸約60m×60m，15m，27m為36m×40m的多功能廳，上部為會議室。

會議中心設(shè)計要點：1.使用建筑復(fù)雜空間，采用“板凳”式結(jié)構(gòu)體系；2.分縫設(shè)計；3.鋼結(jié)構(gòu)與混凝土結(jié)構(gòu)的比較；4.樁基提前出圖。

會議中心效果圖

單體間空間關(guān)系：首層至15m為四個單體，15m至21m以上四個單體由樓板連接為整體。

會議中心最終結(jié)構(gòu)方案：

•鋼結(jié)構(gòu)框架-中心支撐束筒的結(jié)構(gòu)體系：15m以下由四個獨立的單體組成，每個獨立單元有若干鋼結(jié)構(gòu)中心支撐樓梯筒作為主要豎向受力構(gòu)件，和周邊鋼柱共同抵抗水平和豎向荷載作用15m以上連成整體，形成約160mx190m的獨立建筑物，在局部較大空間區(qū)域，利用大空間的頂部設(shè)置矢高為4.5m至6m的整體交叉桁架層，將底部四個單元連為整體27米以上以空間桁架層為支承，由框架結(jié)構(gòu)體系實現(xiàn)建筑功能及平面布置。