浅谈高层建筑造型中的结构艺术

朱治远

高层建筑在风荷载和地震力的严重作用下,其造型受到了极为苛刻的限制,它的任何一种造型语言都与结构体系、结构逻辑、结构构件密不可分。简洁明晰的外部形态、精确的平面形式和比例合适的尺度关系都要符合高层建筑对结构连续性的要求,同时结构体系要符合结构传力的内在逻辑。高层建筑立体造型的明确、直观、突出的几何美学,必须是在科学、严谨的结构体系控制下来实现。现代高层建筑造型中,通常会使用符合力学原理的结构体系、结构构件自身的形式美元素,来表现建筑的整体艺术。一般而言,结构体系和结构构件所能创造的美学形式可以归纳为:连续性与渐变性、形式感与力量感等。这些结构美学属性所对应的是建筑造型艺术的比例美和标识性。下面就对它们的关系进行简单阐述。

1 结构的连续性、渐变性与高层建筑的比例美

高层建筑结构形式美的连续性是指结构构件各部分之间连接的整体性,而构件断面形状无突变的连续过渡,则是其渐变性。结构的连续性与渐变性是受自然界中力学作用的结果。结构的连续性和渐变性不仅可以提高结构的整体刚度,还有利于受力构件中弯矩的合理分配,从而提高其承载能力。不少高层建筑也展示出精确比例的几何美,这种比例美不仅表现在考究的几何形体、精致的线条和构件的准确交接,也表现为建筑外部空间结构构件准确的连接。就高层建筑的比例美而言,则是连续、渐变的结构体所形成的建筑形体的视觉美感。

由于结构的连续性和渐变性往往与结构给人的稳定、轻巧、流畅等感受联系在一起,因而这也是现代高层建筑造型中可以充分利用和发挥的形式美的因素。在许多情况下,结构的连续性和渐变性往往可以创造或加强结构形体中的曲线美。

结构的渐变性与连续性反映的是结构受力的内在逻辑要求,通常会用在从下到上逐渐变细的高层形式中。通过精致的构件、准确的几何形体进行连接,呈现出高层建筑一个重要美学特征——精确的比例美。总之,它们的外在表现与内在结构逻辑达到了和谐统一。西萨·佩里设计的马来西亚吉隆坡石油双塔和SOM建筑设计事务所设计的上海金茂大厦两个作品,线条精制而纤细,交接高度准确,表现了几何精确美感,精确也表现在各个几何形体的相互连接的准确性和丰富性之中,就好比“生活现象是单纯的,内容却是丰富和复杂的”一样。马来西亚石油双塔的楼面构成以及其优雅的剪影给它们带来了独特的轮廓。其平面两个扭转并重的正方形,用较小的圆形填补空缺,这种造型灵感来源于伊斯兰,但同时又用现代的结构体系和结构构件来表达。金茂大厦的设计者更是将中国古代宝塔的建筑语汇巧妙应用,利用现代的钢结构构件表现塔式建筑的层层退进和节节攀高。其金属般形象随着阳光在其线条清晰的立面上转移而变幻,晚间塔楼及其顶冠灯火辉煌,成为上海浦东陆家嘴金融中心一盏耀眼的明灯。

2 结构的形式感、力量感与高层建筑的标识性

形式感属美学研究的范畴,它在建筑艺术中也是客观存在的。形式感是指艺术领域中形式因素本身对人的精神所产生的某种感染力。高层建筑结构中的各种形式因素,如结构构件的线条、结构形成的空间界面、空间体量、结构材料的质地及其色彩等等,在一定条件下都可以产生一定的形式感。对高层建筑空间造型的结构而言,所谓“充满生命活力的形体所具有的生长和运动状态在人们头脑中的反映”“对外力的抵抗感”可理解为“力量感”,而“运动的可能性”也就是“流动感”“跳跃感”“腾越感”等等。

对于一个城市而言,高层建筑赋予了它可识别性的美学价值。如威廉L·佩雷拉联合设计事务所设计的旧金山市泛美有限公司总部大厦(Transamerica Corporate Headquarters)(见图1),和约翰逊设计的美国休斯顿市民族银行(Nationals Bank Center)(见图2),都具有十分抢眼的雕塑切割形体的可识别性特征,它们都融入了现代城市景观中,因其自身的可识别性使得城市形象也具有独特性和标识性,并建构了具有现代意义和可识别性的城市空间体系。而高层建筑的标志美是通过建筑独具一格的形体造型和精美的结构构件来表现的。建筑师需要遵守结构概念设计的技术原则,选择恰当的结构体系、结构材料与结构构件,按照建筑塑性艺术的方法,创作出象征城市品格的标识性建筑。

高层建筑的结构不仅形成建筑的骨骼,其自身所具有的形式感与力量感也可以向人们传达城市文化的信息,形成具有内涵丰富的外部空间与造型艺术。如中国台湾著名建筑大师李祖原设计的台北101大楼(见图3),它就是以内斜望塔的意念为建筑造型构思出发点,创作出向上开展花蕊般的造型,象征中华文化“节节高升”的意向及蓬勃发展的经济,成为都市新地标。

高层建筑的顶冠是整栋建筑中最为璀璨和夺目的部分,是城市天际轮廓的重要组成,它的造型将影响到高层建筑整体的美学形态和城市天际线。高层建筑的顶冠造型是高层主体的终结点,它要与建筑主体呼应并突显建筑整体造型的别具匠心,并要把优化城市轮廓线作为己任。威廉·凡·亚兰于1930年设计的克莱斯勒大厦被认为是纽约市装饰派艺术雍容华贵最了不起的代表。在该建筑屋顶采用了古典弧形的构图手法,在 72层处共使用20 961 t的钢结构弧形拱卷,6层不锈钢弧形拱从下往上递层缩小,每层弧形拱上均有三角形的窗户开启,最后以不锈钢尖塔收尾。

SOM建筑事务所设计的东南亚金融中心大厦,整个方形的建筑由一个组合筒体框架承载。在它面朝比斯开湾东南角的顶部是用以小方块的形状结构体块逐渐向上收缩,有着强烈的形式感,这样的顶冠构筑了一种类似层层叠落瀑布的意境,它的造型语汇为比斯开湾的上空增添了一道亮丽的风景线。

美国Gensler建筑事务所设计的“上海中心”将以632 m的高度刷新中国高层建筑的新纪录(见图4),整个项目从设计施工到投入使用将完全贯彻绿色理念。“上海中心”采用螺旋形上升外形,将节省大量的建筑材料。其柔和的轮廓和扭转120°的外形达到了理想风动效果,减少了风对建筑造成的摇摆。经过专业机构建模测算,这种设计的风阻比同样体量矩形建筑的风阻减少24%。同时,现代玻璃幕墙技术已经使智能遮阳和保温(彩釉玻璃)成为可能,“上海中心”将采用最先进的幕墙技术减少热交换造成的能量损失。轻盈的玻璃幕墙以螺旋上升的形态包裹着整栋建筑,极具张力。

3 结语

在结构技术、材料技术、施工技术等迅猛发展的今天,高层建筑的造型艺术也在不断地推陈出新。它的趋势和原则与结构技术的演进和发展有着密不可分的关系。在高层造型艺术设计中,如何充分利用结构形式中对建筑塑型有利的方面,从建筑造型的整体感和逻辑性出发,重塑高层建筑的比例美和标识性,是我们建筑师所要追寻的目标。同时,在创作的过程中我们要切忌繁琐的雕琢和堆砌,而是要以简求繁,立新于创。

[1]美国高层建筑与城市环境协会.高层建筑设计[M].罗福午,英若聪,张似藏,等,译.北京:中国建筑工业出版社,2005.

[2]伊凡·扎克涅克,[美]马修·史密斯,朵洛丽斯·莱斯.世界最高建筑100例[M].周文正,译.北京:中国建筑工业出版社,2003.

[3]布正伟.结构构思论——现代建筑创作结构运用的思路和技巧[M].北京:机械工业出版社,2006.

[4][英]马修·韦尔斯.摩天大楼结构与设计[M].杨 娜,易 成,邢佶慧,译.北京:中国建筑工业出版社,2002.