王興鴻，戴航/WANG Xinghong, DAI Hang

多米諾結(jié)構(gòu)體系的當(dāng)代改造策略

王興鴻，戴航/WANG Xinghong, DAI Hang

柯布西耶于1922年設(shè)計(jì)的多米諾結(jié)構(gòu)，是現(xiàn)代建筑的基本結(jié)構(gòu)體系。本文分析了多個(gè)在傳統(tǒng)多米諾結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上加以改造的當(dāng)代建筑的結(jié)構(gòu)體系，并試圖對結(jié)構(gòu)體系的未來發(fā)展加以展望。

多米諾體系，結(jié)構(gòu)，形態(tài) ，改造

1 柯布西耶的多米諾結(jié)構(gòu)體系（圖片來源：Yasemin ?skenderoglu，A Thesis Submitted to the Grduate School of Natural and Applied Sciences[D]，Middle East Technical University，2009）

1 傳統(tǒng)多米諾體系（Domino System）

在工業(yè)革命時(shí)代背景之下的1922年，勒·柯布西耶采用鋼筋混凝土柱-板體系（Column-Slab System）為結(jié)構(gòu)系統(tǒng)（圖1），將墻體從建筑結(jié)構(gòu)體系中釋放出來，打破了古典建筑空間對稱的格局，構(gòu)建了自由的平面形態(tài)，形成了具有自我指涉符號的多米諾體系[1]，圖2是一個(gè)典型的多米諾體系的剖面圖，其結(jié)構(gòu)骨架（Skeleton）由方形的豎向等截面柱、水平肋梁樓板以及豎向連接樓梯構(gòu)成。多米諾體系節(jié)省了結(jié)構(gòu)用材,使得各結(jié)構(gòu)要素得到合理的利用，同時(shí)也奠定了現(xiàn)代建筑發(fā)展的基本結(jié)構(gòu)骨架?？虏嘉饕源藶橐罁?jù)，于1926年提出了新建筑五點(diǎn)，最終完成了多米諾體系的理論體系。多米諾體系的建立對日后建筑理論的發(fā)展及設(shè)計(jì)實(shí)踐影響深遠(yuǎn)。

2 多米諾結(jié)構(gòu)體系的當(dāng)代改造策略

在建筑多元化發(fā)展的當(dāng)下，如何利用結(jié)構(gòu)、材料和建造技術(shù)手段在傳統(tǒng)的基礎(chǔ)上對建筑空間及形態(tài)進(jìn)行改進(jìn)甚至突破，以適應(yīng)現(xiàn)代空間發(fā)展的多樣化要求，成為了建筑師們最為關(guān)注的問題。

2.1 基于材料和建造

二戰(zhàn)結(jié)束之后，材料科學(xué)和制造業(yè)得到了飛速發(fā)展，多米諾體系也得到了相應(yīng)的發(fā)展。當(dāng)時(shí)的建筑師們開始深入探討不同材料和建造方法對建筑設(shè)計(jì)可能的貢獻(xiàn)，尤其是基于標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化的工業(yè)化建造思想的應(yīng)用。

1950、1960 年代，鋼結(jié)構(gòu)多米諾也得到了很大的發(fā)展，最為著名的是瑞士建筑師菲利茨·哈勒（Fritz Haller）提出的結(jié)構(gòu)體系。他在研究了工業(yè)化材料的設(shè)計(jì)和建造方法的基礎(chǔ)上，對柯布西耶以鋼筋混凝土為材料的多米諾結(jié)構(gòu)體系進(jìn)行了改造。他以鋼為結(jié)構(gòu)材料，提出了3種改造體系：適用于私人住宅和辦公樓的“最小體系”（Mini-System）、適用于高層建筑的“中間體系”（Midi-System）、適用于工業(yè)園區(qū)建筑的“最大體系”（Max-System）。此類工業(yè)化背景下多米諾系統(tǒng)的特征是，配置了鋼結(jié)構(gòu)柱，在柱與板之間增加了空腹桁架梁，而梁柱之間則通過螺栓連接，使該體系中的構(gòu)件均可以拆卸和循環(huán)使用，同時(shí)，空腹梁形成的空間可以被設(shè)備管線整合使用。在鋼結(jié)構(gòu)多米諾系統(tǒng)中，由于梁元素的加入，結(jié)構(gòu)力流傳遞路徑更加清晰，結(jié)構(gòu)效能明顯提升；由于標(biāo)準(zhǔn)化的連接節(jié)點(diǎn)和模數(shù)化構(gòu)件的使用，多米諾快速建造施工成為可能。位于巴登的Kantonsschul（圖3）和USM制造工廠（圖4）可以完美地詮釋哈勒的設(shè)計(jì)理論。該體系也是他由建筑師轉(zhuǎn)而成為家具設(shè)計(jì)師后，發(fā)展出哈勒模塊化家具設(shè)計(jì)體系（USM Haller System）的原點(diǎn)。

木材作為結(jié)構(gòu)材料在多米諾系統(tǒng)改造中也取得了很大的突破，尤其是膠合木技術(shù)的發(fā)展，使得木材作為結(jié)構(gòu)材料被廣泛運(yùn)用于建筑中。羅杰斯設(shè)計(jì)的英國摩斯伯恩社區(qū)學(xué)校采用整體式木框架結(jié)構(gòu)建造完成，所有構(gòu)件簡潔純粹，結(jié)構(gòu)構(gòu)件的連接采用了鋼構(gòu)節(jié)點(diǎn)（圖5、6）。該設(shè)計(jì)對連續(xù)梁的抗彎性能進(jìn)行了優(yōu)化：主跨梁頭出挑，簡支梁跨度減小使彎矩減小，立面呈現(xiàn)出優(yōu)美的韻律感。由ABCG建筑師事務(wù)所設(shè)計(jì)的瑞士幼兒園及多功能廳采用膠合木技術(shù)，節(jié)點(diǎn)連接采用更加纖薄的鋼片，在實(shí)現(xiàn)對多米諾結(jié)構(gòu)材料改造的同時(shí)，為兒童的學(xué)習(xí)提供了一個(gè)親切舒適的連續(xù)空間（圖7、8）。

2.2 基于效能優(yōu)化

單一的多米諾結(jié)構(gòu)體系顯然已不能滿足現(xiàn)代建筑的設(shè)計(jì)和表達(dá)，對傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)體系的優(yōu)化自然成為構(gòu)建多元化建筑形態(tài)的必要手段。建筑師和結(jié)構(gòu)師們在設(shè)計(jì)實(shí)踐中采取了多種措施以實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)效能的優(yōu)化，總體的優(yōu)化策略遵循在用材最少的情況下達(dá)到最合理的形式這一原則。多米諾結(jié)構(gòu)體系的優(yōu)化策略之一是改善柱板體系的受力，一方面，有效抵抗柱板部位的沖切剪應(yīng)力，另一方面，改善板的受力，提升結(jié)構(gòu)效能，使板的用材減少、自重減輕。圖9中，柱頭的擴(kuò)大處理或頂板局部加厚（a、b）、框架體系支撐應(yīng)用（c、d、e）、主次梁和井式梁支撐應(yīng)用（e、f），都是基于上述的優(yōu)化考慮[2]。

奈爾維（Pier Luigi Nervi）的混凝土作品中，二維交織的網(wǎng)格狀結(jié)構(gòu)體系符合板結(jié)構(gòu)應(yīng)力分布形態(tài)，用結(jié)構(gòu)形態(tài)的表達(dá)反映結(jié)構(gòu)力流傳遞的圖解，優(yōu)化了結(jié)構(gòu)體系，同時(shí)獲得了獨(dú)特的建筑形態(tài)（圖10、11）。另外，霍普金斯（Michael Hopkins）設(shè)計(jì)的劍橋設(shè)計(jì)中心的一層樓板形態(tài)也是源于同樣的技術(shù)策略（圖12）。

2.3 構(gòu)件重構(gòu)

此種策略運(yùn)用現(xiàn)代結(jié)構(gòu)技術(shù)和建造工藝，通過對多米諾系統(tǒng)中的“柱”與“板”在結(jié)構(gòu)構(gòu)件的材料、組織方式及結(jié)構(gòu)抗力性能等方面進(jìn)行了改造，建立建筑形態(tài)、空間模式和結(jié)構(gòu)體系的新特征。

2.3.1 管狀柱+蜂窩板

由伊東豐雄設(shè)計(jì)的仙臺媒體中心是運(yùn)用此種改造策略最成功的案例之一，是日本乃至世界建筑的一個(gè)里程碑。

伊東是以在水中漂浮搖曳呈現(xiàn)出動態(tài)的、極具自然之美的水草形態(tài)為出發(fā)點(diǎn)，希望實(shí)現(xiàn)“浮動的海草般的立柱”，并且探尋出媒體中心在新的時(shí)代背景和新的技術(shù)條件下建筑形態(tài)的表達(dá)和不同的空間體驗(yàn)。伊東和結(jié)構(gòu)師佐佐木穆朗在綜合考慮柱子形態(tài)及受力之后，最終確定了該建筑的結(jié)構(gòu)體系[3]（圖13、14）。

若將媒體中心看作一個(gè)重構(gòu)體系，那么，這個(gè)體系的重構(gòu)原形就是柯布西耶的多米諾體系。該體系對傳統(tǒng)多米諾體系中的“柱”和“板”分別進(jìn)行了替代和改造，媒體中心的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中采用了SMT原理：從板（樓板）、管（柱）、表層（立面）3個(gè)要素開始，整體建筑結(jié)構(gòu)只由板和管狀柱構(gòu)成[4]。

對柱的改造方面：媒體中心結(jié)構(gòu)由截面大小不一、有機(jī)分布的13根非線性管狀柱支撐起7個(gè)水平開放的無障礙空間層，通過不同位置和不同截面13根柱的配置，滿足整體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性；根據(jù)柱的受力狀況和抗力機(jī)制，綜合豎向力和側(cè)向力的抗力需求，調(diào)整管狀柱內(nèi)部構(gòu)件的密度和組織方式，確保結(jié)構(gòu)的效能 （圖15）。這些管狀柱是由一系列豎向、斜向的“鋼管柱”和橫向的“環(huán)”構(gòu)成的“柱”系統(tǒng)，這里“柱”的概念已經(jīng)被建筑師空間化了：在這些管狀柱的空間中，容納了建筑所需的輔助管線設(shè)備及建筑的垂直交通系統(tǒng)，完全將結(jié)構(gòu)與建筑、空間進(jìn)行整合設(shè)計(jì)，在達(dá)到結(jié)構(gòu)高效要求的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)了建筑最大化的開放性、通透性和無障礙化（圖16）。

新體系中的非線性管狀柱打破了單調(diào)的空間模式，形態(tài)各異和賦有動感的13根柱子猶如水面中激蕩的波紋，使得柱子之間的場所也充滿流動性。仙臺媒體中心在確保結(jié)構(gòu)效能的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)了結(jié)構(gòu)與建筑空間的完美結(jié)合。

對板的改造方面：蜂窩狀樓板作為整體結(jié)構(gòu)中減震的另一個(gè)要素，在設(shè)計(jì)中也進(jìn)行了精心處理：樓板類似于多米諾體系中的鋼筋混凝土肋梁樓板，但為了減輕樓板的自重、減小其截面厚度，采用了鋼結(jié)構(gòu)系統(tǒng)（圖17），上下兩片鋼板夾著鋼肋的“三明治”樓板，以達(dá)到更小的厚度和更大的跨度，最終采用400mm厚的蜂窩狀樓板解決；另一方面，為增強(qiáng)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和剛度，在板與柱的連接位置，依據(jù)樓板開洞后應(yīng)力分布狀況，進(jìn)行了輻射式拓?fù)渥冃危虼藰前宄尸F(xiàn)出3種區(qū)域：管狀柱貫通孔洞區(qū)，板與柱力流轉(zhuǎn)換區(qū)，承受板面荷載區(qū)。此種中間夾鋼肋的樓板可以理解為立體的工字鋼體系或者是立體桁架體系，上下板面分別承擔(dān)拉與壓的不同作用，

極大地提高了結(jié)構(gòu)的效能（圖18）。

5、6 英國摩斯伯恩社區(qū)學(xué)校（圖片來源：戴航，高燕. 梁構(gòu)·建筑[M].北京：科學(xué)出版社，2008）

9 傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)體系的優(yōu)化（a.柱頭擴(kuò)大；b.頂板局部加厚；c.單向框架；d.雙向框架；e.主次梁體系；f.井式梁體系）

10、11 奈爾維的預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)體系（圖片來源：[意]P.L.奈爾維. 建筑的技術(shù)與藝術(shù)[M]. 黃運(yùn)升譯. 北京：中國建筑工業(yè)出版社，1981）

12 劍橋研究中心（圖片來源：G. A. R. Parke, C. M. Howard. Space Structures 4[M]. Reston, Virginia. Amer Society of Civil Engineers, 1993）

3 巴登的Kantonsschul

4 USM制造工廠

2 多米諾結(jié)構(gòu)體系剖面分析（a、b 垂直剖面分析；c 屋面樓板剖面分析）

7、8 幼兒園及多功能廳（圖片來源：Stefania Briccola. Giovani architetti comaschi a Lugano[M]. Italy，2012）

13 仙臺媒體中心結(jié)構(gòu)體系（圖片來源：參考文獻(xiàn)[3]）14 仙臺媒體中心構(gòu)思草圖（圖片來源：參考文獻(xiàn)[9]）15 仙臺媒體中心柱系統(tǒng)（圖片來源：參考文獻(xiàn)[3]）16 仙臺媒體中心空間中的柱（圖片來源：參考文獻(xiàn)[9]）17 仙臺媒體中心蜂窩狀樓板結(jié)構(gòu)平面（圖片來源：參考文獻(xiàn)[3]）18 仙臺媒體中心空間蜂窩狀樓板結(jié)構(gòu)分區(qū)19 KAIT工房室內(nèi)柱子（圖片來源：參考文獻(xiàn)[5]）20 KAIT工房整體結(jié)構(gòu)模型21 施工中的KAIT工房格子狀樓板22 兩種不同作用柱的截面幾何形狀23 兩種柱在不同作用力之下的變形（a.彎矩應(yīng)力分布；b.豎向力作用下的應(yīng)力分布圖；c.地震力作用下的彎矩分布圖)(20-23圖片來源：參考文獻(xiàn)[7])24 雞蛋展覽館結(jié)構(gòu)體系25 建造中的雞蛋展覽館（24、25圖片來源：http：//www.proholz.at/ zuschnitt/40/immer-unter-spannung/）26 樂觀建筑學(xué)院內(nèi)景27 樂觀建筑學(xué)院結(jié)構(gòu)體系28 樂觀建筑學(xué)院正交柱網(wǎng)的重構(gòu)（26-28圖片來源：參考文獻(xiàn)[8]）29 多摩藝術(shù)大學(xué)圖書館外景30 多摩藝術(shù)大學(xué)圖書館結(jié)構(gòu)體系（29、30圖片來源：參考文獻(xiàn)[9]）31 多摩藝術(shù)大學(xué)圖書館非規(guī)則型柱網(wǎng)的組織32 溫弗雷德對傳統(tǒng)多米諾體系的改造概念草圖33 溫弗雷德對傳統(tǒng)多米諾體系改造后的結(jié)構(gòu)體系（32、33圖片來源：Wilfredo Méndez Vázque：Principios de una Cultura Bio-técnica，2010，http：//arquillano.com/2011/02/21/principios-deuna-cultura-bio-tecnica/）

在2011年的海嘯中，仙臺媒體中心這一“改造后的多米諾體系”主結(jié)構(gòu)完好無損，充分證明了自身結(jié)構(gòu)體系高效的抗力性能和極佳的穩(wěn)定性能。

2.3.2 拉壓組合柱+預(yù)應(yīng)力板

日本神奈川工科大學(xué)KAIT工房是石上純也2009年主持完成的。整體建筑使用305根尺度纖細(xì)的“柱”支撐起45m見方、4.2m～4.8m高的空間體量[5]，建筑通過突破傳統(tǒng)審美與常規(guī)尺寸的極細(xì)的“柱”，實(shí)現(xiàn)其追求的輕盈通透和空間的曖昧效果。

為了達(dá)到空間和形體上的要求，石上純也與結(jié)構(gòu)師小西泰孝對每一個(gè)柱子的位置、尺寸與方向進(jìn)行了長達(dá)3年的分析研究，其結(jié)構(gòu)體系的原形，依然是柯布西耶的多米諾柱-板體系，其技術(shù)策略是利用現(xiàn)代結(jié)構(gòu)技術(shù)和施工工藝，對“柱”與“板”進(jìn)行了改造，形成了新的抗力體系（圖19）。

對板的改造方面：樓板采用鋼肋梁體系，在設(shè)計(jì)試驗(yàn)中，小西泰孝利用了預(yù)應(yīng)力技術(shù)：先將壓力構(gòu)件就位去承受屋頂?shù)闹亓?，然后?990m2的板面模擬施加可能的雪荷載，當(dāng)屋頂受力變形降到某個(gè)高度時(shí)，才將拉力構(gòu)件從梁架往下與地面連結(jié)（如圖20），當(dāng)模擬施加荷載去除后，結(jié)構(gòu)形成了預(yù)應(yīng)力（拉）和壓組合的高效體系。整棟建筑的每個(gè)結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)順應(yīng)著結(jié)構(gòu)工程師的邏輯，微量變形達(dá)到其所預(yù)定的尺寸，甚至屋頂?shù)男顾露榷家呀?jīng)考慮在內(nèi)[5]。此種改造方式明顯區(qū)別于傳統(tǒng)的多米諾體系，它在實(shí)現(xiàn)建筑形態(tài)和空間效果的同時(shí)，引入了張力體系，改變了板的受力狀態(tài)，減小了板面斷面尺寸和結(jié)構(gòu)自重，提高了結(jié)構(gòu)體系的抗力性能（圖21）。

對柱的改造方面：因?yàn)橛辛松鲜鲱A(yù)應(yīng)力板的試驗(yàn)和改造策略，新結(jié)構(gòu)體系中的“柱”自然而然表現(xiàn)為受壓柱和受拉桿兩種形態(tài)（圖22）。經(jīng)過仔細(xì)研究，項(xiàng)目突破了傳統(tǒng)矩陣式的柱布局模式，采用非勻質(zhì)化的布局，用42根柱子作為支撐垂直荷載的壓力柱、263根柱子作為平衡結(jié)構(gòu)體系的拉力桿，共同完成了整個(gè)結(jié)構(gòu)體系。柱子都是矩形截面形態(tài)，最薄的拉力構(gòu)件是16mm×145mm，最厚的壓力構(gòu)件是63mm×90mm[6]。

工坊整體結(jié)構(gòu)采用預(yù)應(yīng)力板+拉壓組合柱的模式對多米諾體系進(jìn)行了改造，使結(jié)構(gòu)的抗力性能得到極大提高：受豎向荷載時(shí)，受力主要通過板和受壓構(gòu)件傳遞；在水平力作用時(shí)，板與受拉構(gòu)件起主導(dǎo)抵抗作用，滿足結(jié)構(gòu)的抗側(cè)剛度要求（圖23）[7]。最終結(jié)果達(dá)成了結(jié)構(gòu)形態(tài)與建筑空間的深度整合。

另外，位于汶登鎮(zhèn)（Winden am See，奧地利布爾根蘭州）的雞蛋展覽館（Das Eiermuseum）也是基于這種改造策略。該展館是由建筑師烏爾麗克·沙爾特納（Ulrike Schartner）和亞歷山大·漢納（Alexander Hagner）為雞蛋收藏藝術(shù)家昆斯特·艾爾（Künstler Eier）設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)旨在為收藏品提供最佳的觀賞角度的同時(shí)，釋放底層的建筑空間，將建筑完全地融入周邊環(huán)境之中?；谥甯脑旆椒ǎ豪脙筛軌轰撝瓦吘壪吕€(wěn)定索形成建筑結(jié)構(gòu)豎向和水平受力體系（圖24）；一層樓

面采用鋼構(gòu)井字梁式樓板結(jié)構(gòu)，其中井字梁在檐部向上折曲支撐上部結(jié)構(gòu)體系，并給一層空間提供較寬闊的視野，建筑底層兩根鋼柱刻意向不同角度傾斜，也不同程度增加了建筑視覺上的動感。在施工中，首先建起兩根鋼柱，然后在矩形平面4個(gè)角點(diǎn)豎起4根臨時(shí)支柱，再將樓面結(jié)構(gòu)就位，建造膠合木結(jié)構(gòu)檐部和屋頂，之后加入底層穩(wěn)定索線系統(tǒng)，最后撤除角點(diǎn)4個(gè)臨時(shí)支柱（圖25）。這種結(jié)構(gòu)體系在穩(wěn)定性和剛度方面都能達(dá)到甚至超越普通結(jié)構(gòu)的性能，達(dá)到功能、空間和結(jié)構(gòu)的統(tǒng)一，可以說，改造是非常高效的。

2.4 基于平面柱網(wǎng)

柱網(wǎng)是建筑中柱的排列形成的網(wǎng)格，同時(shí)也是建筑空間劃分和結(jié)構(gòu)配置的重要載體。此種改造策略從平面出發(fā)，打破傳統(tǒng)多米諾體系的平面組織方式，對柱網(wǎng)系統(tǒng)的組織方式進(jìn)行重構(gòu)，在滿足結(jié)構(gòu)功能的基礎(chǔ)上，構(gòu)建更加靈活且具有特質(zhì)的建筑空間。

2.4.1 規(guī)則型柱網(wǎng)的重構(gòu)

傳統(tǒng)多米諾體系中的柱網(wǎng)是以正交型柱網(wǎng)為基礎(chǔ)、以鋼筋混凝土材料的支撐和跨越能力為依據(jù)形成建筑空間要求的網(wǎng)格。而現(xiàn)代建筑要求更加豐富的功能和更加靈活的空間布局，因此，在設(shè)計(jì)中對柱網(wǎng)進(jìn)行重構(gòu)是重要的改造手段和策略。

樂觀建筑學(xué)院（Institute of Optimistic）是由WAI建筑事務(wù)所設(shè)計(jì)的一個(gè)先鋒派空間設(shè)計(jì)和教學(xué)機(jī)構(gòu)的研究項(xiàng)目（圖26）。該項(xiàng)目以中國傳統(tǒng)燈籠為理念，以傳統(tǒng)多米諾體系為起點(diǎn)，對傳統(tǒng)建筑體系進(jìn)行拓展，使柯布西耶現(xiàn)代建筑五點(diǎn)特征在這里得到了全新闡釋——連續(xù)平面、自由剖面、自由結(jié)構(gòu)、自由空間、墻作為窗（圖27）。尤其是在結(jié)構(gòu)體系方面，為適應(yīng)現(xiàn)代多元化建筑復(fù)雜的功能、靈活的空間要求，它對傳統(tǒng)建筑的正交型柱網(wǎng)進(jìn)行了重構(gòu)。首先，確定建筑傳統(tǒng)的柱網(wǎng)體系，然后根據(jù)具體功能所要求的空間大小，刪去柱網(wǎng)中不符合要求的柱，根據(jù)結(jié)構(gòu)的要求，再對局部看臺結(jié)構(gòu)重構(gòu)（增加斜撐、補(bǔ)強(qiáng)節(jié)點(diǎn)），形成滿足空間和功能的新的結(jié)構(gòu)體系（圖28）。樂觀建筑學(xué)院對柱網(wǎng)的重構(gòu)創(chuàng)造了優(yōu)化的空間，突破了傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的限制，釋放了空間，同時(shí)承載了連續(xù)平面和自由空間[8]。

2.4.2 非規(guī)則型柱網(wǎng)的應(yīng)用

由伊東豐雄事務(wù)所設(shè)計(jì)的多摩藝術(shù)大學(xué)圖書館即是應(yīng)用此種非規(guī)則型柱網(wǎng)的成功案例（圖29）。為了與傾斜的基地環(huán)境和周邊的公園、建筑保持一定的協(xié)調(diào)和延續(xù)，使視線和行為可以自由地貫穿，同時(shí)在建筑底層提供一條穿越校園的通道。設(shè)計(jì)師在結(jié)構(gòu)上采用了新型的設(shè)計(jì)理念來實(shí)現(xiàn)自由的建筑空間，以取得建筑、環(huán)境、地形之間相得益彰的關(guān)系[9]（圖30）。其中，非規(guī)則型柱網(wǎng)的使用，配合僅有200mm厚度的型鋼混凝土骨架體系，產(chǎn)生了更加輕盈柔美的空間體驗(yàn)、更具靈活性和趣味性的建筑空間（圖31）。

承載于非規(guī)則布置柱網(wǎng)之上的拱形框架體系將空間柔和地劃分為不同大小、不同形狀的學(xué)習(xí)和閱覽空間，因此圖書館內(nèi)的不同空間既保持著獨(dú)特的個(gè)性，同時(shí)又在視覺上、空間上保持著結(jié)構(gòu)的連續(xù)性。穿梭于這些經(jīng)過精心設(shè)計(jì)的拱形結(jié)構(gòu)之間，可以感受到時(shí)間與空間的變換與交織。

2.5 結(jié)構(gòu)仿生再造

自1960年第一屆仿生學(xué)會議開始，“仿生學(xué)”（Bionics）一詞便逐漸進(jìn)入了人們的視野，開始在建筑學(xué)中大顯身手，在現(xiàn)今多元化的建筑界占據(jù)了一席之地[10]。仿生建筑，就是借助于自然界中物質(zhì)的形態(tài)、行為等構(gòu)成和邏輯，結(jié)合生態(tài)學(xué)、形態(tài)學(xué)、建筑學(xué)和技術(shù)科學(xué)等相關(guān)領(lǐng)域的知識，獲得相對優(yōu)化的形態(tài)或結(jié)構(gòu)的建筑類型。類似的，結(jié)構(gòu)仿生便是汲取自然界中事物的形態(tài)或構(gòu)成邏輯作為建筑中的結(jié)構(gòu)體系，提高結(jié)構(gòu)體系的抗力性能和穩(wěn)定性。

在對于傳統(tǒng)多米諾體系的改造方面，波多黎各大學(xué)溫弗雷德·巴斯克斯·門德斯（Wilfredo Mendez Vazquez）的設(shè)計(jì)研究小組應(yīng)用結(jié)構(gòu)仿生方法在2010年取得了突破性進(jìn)展（圖32）。他們通過對人體骨骼和肌肉的組成和結(jié)構(gòu)進(jìn)行的研究，以結(jié)構(gòu)仿生的方法將其抽象出來作為建筑的結(jié)構(gòu)體系，使傳統(tǒng)多米諾結(jié)構(gòu)體系在結(jié)構(gòu)材料的使用量和結(jié)構(gòu)體系的抗力性能等方面得到了很好的改善（圖33）。研究中，門德斯基于人體骨骼自重輕和結(jié)構(gòu)能力強(qiáng)的特點(diǎn)，利用計(jì)算機(jī)將骨骼和肌肉的生物形態(tài)學(xué)參數(shù)（如幾何形狀、比例、結(jié)構(gòu)等）轉(zhuǎn)譯為建筑中以鋼筋混凝土為材料的結(jié)構(gòu)構(gòu)件，并模仿骨骼中空的特點(diǎn)，利用結(jié)構(gòu)柱幾何中心區(qū)域受彎極小的力學(xué)原理，將結(jié)構(gòu)構(gòu)件也處理為中空的形態(tài)，同時(shí)使用索線增強(qiáng)結(jié)構(gòu)體系的穩(wěn)定性。

最后，利用Rhino、SAP和ETABS軟件來量化比較仿生前后建筑結(jié)構(gòu)體系與生物結(jié)構(gòu)的材料用量和結(jié)構(gòu)效能。最終試驗(yàn)結(jié)果表明，該仿生結(jié)構(gòu)體系具有更高的結(jié)構(gòu)效能，抗地震性能是傳統(tǒng)多米諾體系的3倍，結(jié)構(gòu)材料用量比傳統(tǒng)多米諾體系節(jié)省30%，CO2放量也減少到原來的7%～10%[11]。

3 結(jié)構(gòu)體系的發(fā)展展望

3.1 材料與結(jié)構(gòu)體系

材料科學(xué)的發(fā)展給結(jié)構(gòu)體系帶來的變化是突破性的，新材料可以創(chuàng)造新結(jié)構(gòu)。同時(shí)注意到不同材料具有自身的材料性能（意志），因此在構(gòu)件尺度、表現(xiàn)方式、連接構(gòu)造等方面都會為建筑帶來不同的空間感受。隨著新材料如高強(qiáng)度材料（碳纖維等）、全透明材料（結(jié)構(gòu)玻璃）、生態(tài)材料以及復(fù)合材料技術(shù)在結(jié)構(gòu)體系中的更多應(yīng)用，必將為建筑空間和形態(tài)帶來革命性的變化。

3.2 力與結(jié)構(gòu)體系

3.2.1 傳力路徑設(shè)計(jì)

對于整個(gè)結(jié)構(gòu)體系而言，力流的組織非常重要。傳統(tǒng)多米諾體系的力流傳遞路徑和方式簡單明了，但還留有很大的優(yōu)化空間，因此，對力流的分析并重新組織分配是結(jié)構(gòu)體系發(fā)展的另一個(gè)方向。力流的傳遞與結(jié)構(gòu)材料的選擇、結(jié)構(gòu)構(gòu)件的形態(tài)、構(gòu)件之間的連接方式、結(jié)構(gòu)的建造方式等因素密切相關(guān)。運(yùn)用這種基于結(jié)構(gòu)的方式可以取得具有力學(xué)邏輯的形態(tài)美。

3.2.2 拉壓系統(tǒng)整合

傳統(tǒng)的多米諾體系中所有結(jié)構(gòu)構(gòu)件都以受壓和受彎為主，其結(jié)構(gòu)效能較低，而結(jié)構(gòu)構(gòu)件都會受到拉力、壓力和彎矩的作用，普通結(jié)構(gòu)構(gòu)件無法達(dá)到拉力和壓力的高效分配和組織，但是通過結(jié)構(gòu)體系中索線的加入，將結(jié)構(gòu)體系中的拉力和壓力有針對性地分配給受壓構(gòu)件和受拉構(gòu)件，使得結(jié)構(gòu)體系更加高效，同時(shí)更加節(jié)省結(jié)構(gòu)材料。

3.3 數(shù)字技術(shù)與結(jié)構(gòu)體系

隨著數(shù)字技術(shù)的不斷發(fā)展，結(jié)構(gòu)中數(shù)字技術(shù)的應(yīng)用也備受設(shè)計(jì)師的關(guān)注。在計(jì)算機(jī)平臺上，通過建立數(shù)學(xué)模型、仿生優(yōu)化和幾何拓?fù)涞痊F(xiàn)代結(jié)構(gòu)找形方法，生成結(jié)構(gòu)體系和形態(tài)，是今后結(jié)構(gòu)體系建立和優(yōu)化的重要方向之一。

4 小結(jié)

在新技術(shù)、新材料的支撐下，當(dāng)下建筑設(shè)計(jì)的新理念和新方法層出不窮，與之相適應(yīng)的結(jié)構(gòu)體系的重構(gòu)和創(chuàng)新策略也不斷地涌現(xiàn)。本文在分析傳統(tǒng)多米諾的基礎(chǔ)上，從結(jié)構(gòu)體系角度出發(fā)，以結(jié)構(gòu)體系的高效和建筑空間的豐富為目標(biāo)，梳理出當(dāng)代建筑基于多米諾體系的結(jié)構(gòu)改造及建筑形態(tài)設(shè)計(jì)的技術(shù)策略。分析表明，經(jīng)典的多米諾系統(tǒng)蘊(yùn)藏著極豐富的內(nèi)涵和能量，采用特定的技術(shù)思考路徑和相應(yīng)的技術(shù)動作，即可激發(fā)其內(nèi)在的生命力，最終貢獻(xiàn)于建筑創(chuàng)新設(shè)計(jì)的目的。因此，研究傳統(tǒng)多米諾體系，對我們還原體系的本構(gòu)，運(yùn)用新材料、新技術(shù)和新思維，探尋建筑設(shè)計(jì)創(chuàng)新渠道，依然有非常好的啟示作用。

[1] 彼得·埃森曼. 現(xiàn)代主義的角度——多米諾住宅和自我指涉符號[J]. 范凌譯. 時(shí)代建筑，2007（6）.

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[8] http：//www.chinese-architects.com/en/ projects/39052_institute_of_optimistic_ architectures/51/featured?lang=zh.

[9] El Croquis 123：TOYO ITO 2005-2009[J]. El Croquis Editorial，2005.

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[11] http：//arquillano.com/2011/02/21/principios-deuna-cultura-bio-tecnica/

Contemporary Transformation Strategies of the Domino Structure

The Domino Structure is the column-slab system designed by Corbusier in 1922, a foundational structural system for modern architecture. This paper analyzes the structural systems of several contemporary buildings. It shows how these systems can be viewed as transformations of the 1922 system at the same time they represent new approaches in the development of structural systems.

Domino System，structure，form，transformation

東南大學(xué)建筑學(xué)院

2013-11-15