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1、word 当代建筑表皮的结构艺术表现研究doc当代建筑表皮的结构艺术表现研究第26卷第1期山东建筑大学生兰旦文章编号:16737644(2011)O1003509Vo1.26No.1Feb.20l1当代建筑表皮的结构艺术表现研究张建华,孙颖(山东建筑大学建筑城规学院,山东济南250101)摘要:随着经济发展与技术进步,在当今多元文化带来的建筑创作空前繁荣的社会环境里,建筑表皮日渐成为当代建筑设计之中结构艺术表现的一种新趋势.本文根据表皮与建筑结构之间依存互动的关系,将当代建筑表皮的艺术表现方式分为基于建筑结构形制母体的表皮构成,基于建筑结构形式之视觉层次营造的表皮构成以及基于建筑结构形式美感特

2、征表现的表皮构成三种.并借鉴建筑构成学等学科的相关理论方法,结合有关实例的分类解析,归纳出了结构艺术表现前提下建筑表皮设计的若干方法.关键词:建筑设计及其理论;建筑表皮;结构艺术表现;设计方法中图分类号:TU一8文献标识码:AThestudyonthebuildingskinsexpressingstructureartinthecontemporaryeraZHANGJianhua,SUNYing(SchoolofArchitectureandUrbanPlanning,ShandongJianzhuUniversity,Jinan250101,China)Abstract:Withther

3、apiddevelopmentofeconomyandtheprogressoftechnology,inthecontemporaryera,buildingskinsdesigngraduallyturnsintooneofthetrendsofexpressingstructureartintheprosperousarchitecturecreationbroughtbyvariouscivilization.Accordingtothemutualrelationshipsbetweenskinandstructureofarchitecture,thearticledividest

4、hepatternsofbuildingskindisplayingstructureartintothreeparts,includingdesignpatternsbasedonthebasicshapesofstructure,designpatternsbasedonthevisualgradationofstructureanddesignpatternsbasedontheestheticorientationofstructure.Withthemethodsofsomeothersubjectslikeconstitution.thestudysumsupseveralmeth

5、.odsonhowtodesignbuildingskinsbyanalysingsomearchitectueinstances.Keywords:architecturedesignandtheory;buildingskins;theartexpressionofstructure;designmethod0引言结构是每栋建筑得以存在的必要条件,对结构的研究更能让人明白建筑相对其它艺术的特殊性所在.然而奇怪的是,国内有不少建筑师对结构不够重视,认为结构属于结构工程师的研究范畴,这就导致了当代大部分建筑的结构仅发挥了其客观的承重功能,而其在建筑空问形体美感表达中的作用与价值未能得到充分挖掘

6、.这可能也是建筑中大量采用其它辅助艺术元素进行形体美感表达刻画的原因所在.为了弥补这种偏颇缺憾,并引起建筑师对这个收稿日期:2011一O123作者简介:张建华(1954一),男,山东烟台人,教授,副博士,研究方向:公共建筑设计与城市景观特色.E.mail:zhjh问题的注意,文章选择了当前颇为流行的建筑表皮的建筑结构艺术表现为研究对象,希望能从表皮与结构间相互关系的层面来寻求建筑艺术美感形式表达方法的突破.1当代建筑设计之中的结构艺术表现新趋势“结构是传递荷载,支撑建筑的骨骼,也是作为社会物质产品构成建筑合用空间与视觉空间的骨架,其在建筑中的地位和作用,并不因为建筑的发展变化而有所削弱或偏离.

7、”_l在当代建筑领域,可谓艺术思潮五彩缤纷,感性与理性交织共生,艺术形式空前繁荣.作为建筑空间形成的核心技术支撑结构本体与建筑表皮的关系也开始呈现出向多元化发展的趋势,具体表现于结构在展现其自身逻辑形态的同时也不可忽视建筑表皮对自身产生的关联影响.建筑表皮为了”秀”出自身的精彩或者将结构“吞掉”,或者围绕结构展开自身的形式艺术表现,而使其成为结构逻辑形象特征的有机延伸,这种建筑表皮艺术形式的理陛化倾向随之自然成为建筑结构艺术表现研究之新的切人点.2当代建筑表皮的结构艺术表现方式分析在当今建筑领域,随着社会经济的发展,文化意识个性的觉醒,材料技术的进步以及计算机技术在设计过程中的广泛应用,”表皮

8、+结构”这一建筑类型的艺术表现形式得到极大丰富,在具体的建筑设计之中主要体现在表皮艺术处理与建筑结构形态之间的形式关联与有机互动方面.分析下来,我们可以按照表皮形式设计与建筑结构契合点的差异,将当代建筑表皮的结构艺术表现方式分解为”基于建筑结构母体的表皮设计”,”基于建筑结构视觉表现层次的表皮设计”和”基于建筑结构美学指向的表皮设计”三种类型加以研究理解.2.1基于建筑结构形制母体的表皮艺术构成方式结构设计无疑是理性的,结构的形式创新一般都要建立在受力合理的前提之上,同时兼顾施工的经济,简捷.我们可方便地在当代建筑结构体系中找出其规律性的元素,即不同结构类型的构件形式2011与构件构成方式所呈

9、现的结构母体.经分析发现,此种表现形式下的表皮设计过程可抽象为上述的结构母体为基本形的构成方式.进而从建筑构成学的相关理论与方法出发,研究不同结构母体下的表皮形式构成方式.2.1.1以结构构件元素为母体的表皮艺术构成当代建筑结构不断向工业化,标准化,构件化的方向发展,促使自身体系多以构件建构的形式出现.因此如何以结构构件自身形式为母体进行建筑表皮设计是结构表现中不容忽视的问题.借鉴构成学的理论方法,通过对相关案例的分析总结,我们可以将此种思路下表皮形式设计归纳如下:(1)结构构件元素的重复构成“平面构成中的重复概念是指同一形态连续,有规律地反复出现,它在应用时应保持形状,色彩,肌理的相同.重复

10、的视觉效果使其形象秩序化,整齐化,和谐,富于节奏感.”l2重复构成在众多表皮形式中使用频率较高的一种方式,它有利于强化建筑结构的整齐,壮观之美.在具体设计之中,表皮常将结构构件形式或与其形似的视觉元素作为基本形,在结构基本单元内重复排列,从而产生强烈的形式美感.以RichardRogers设计的Et本岐埠制药研究所为例,模数化的三角形钢管桁架翻出屋面,其下弦呈直线,上弦呈曲线,形成变截面梁.屋面表皮单元在垂直于变截面梁的方向亦采用弧线的形式,在形态上相呼应,以其重复母体的交错排列,增强了建筑结构的节奏韵律美感(图1).图1日本岐埠制药研究所实验景图(2)结构构件元素的渐变构成“渐变是基本形循序

11、渐进的变化过程中呈现出阶段性秩序的构成形式,反映的是运动变化的规律.”2在设计过程中,选取某种结构构件形式为表皮基本形元素,按其形状,大小,色彩等关系对这种基本形元素做渐次变化的排列以形成自身整体形态特征.以济南鲁邦大厦设计为例,设计者选取竖向结构柱作为形态基本形元素,在简洁的轮廓形体基础上,表皮处理以断面尺寸与形状的变化在竖直方向对基本形做渐次变化排列,从而在形成纯净高雅的整体美感的同时,增强了结构形式表现的趣味性.(图2,3)(3)结构构件元素的特异构成“在一种较为有规律的形态中进行小部分的变异,以突破某种较为规范的单调的构成形式即为特异.特异构成的因素有形状,大小,位置,方向及色彩等.”

12、l2在表皮设计过程中,以建筑结构构件元素为基本形,在基本形重复,渐变排列的基础上进行变异,即大部分基本形都保持一定的规律,个别部分打破其规律与秩序,以这种特异突变的形态元素形成建筑整体的视觉中心.这种模式下的表皮构成方式又可以分为以下三种:37编排特异特异部分的基本形违反整体编排规律造成的一种新规律.它可以是形的方向,位置或位缺的变化.形状特异特异部分的基本形的形态特征发生变异就是形状特异.色彩特异在基本形排列的大小,形状,位置都一样的基础上,以色彩的变化来形成色彩突变的视觉效果.前纽约世贸中心大楼的表皮设计便是特异构成方法的典型代表,其将结构柱形态视作基本形,首先通过其重复排列形成基本规律,

13、然后在局部通过编排特异与形状特异两种手法寻求构成变化.具体表现为表皮处理结合结构转换层的设置,在基本形的编排上通过位缺的方式改变其规律,并通过基本形的扭曲变异使上下部分的过渡自然流畅,巧妙地强化了建筑结构的艺术感染力(图4)J.图2济南鲁邦大厦表皮设计手法示意图图3济南鲁邦大厦建筑效果图图4前世贸中心大楼实景图2.1.2以结构建构形式单元为母体的表皮艺术构成“结构是建筑的语法,结构规律就好比是诗歌的格律,音乐的和弦,它是人类对自然美的提炼和再创造.”结构构件都是按照特定的结构规律组织在一起的,特定的结构规律便是这种结构的建构形式.为了便于讨论,这里将结构建构形式母体抽象为结构构件围合而成的单元

14、块面.在此基础上,借鉴构成学的理论方法对相关案例进行归纳解析,这种建筑表皮艺术形式处理可以归纳为以下几类:(1)建筑结构单元块面为母体的近似构成“近似是形体间少量的差异与微小的变化,近似构成通过既有区分又充满联系的形与形之间变化来达到寓变化于统一的效果.”_2在设计中以上述结构构件围合而成的单元块面为基本形,表皮形式是其利用自身材质或色彩属性对基本形做相加处理而求得的,这种表皮组成块面问既有区分又有联系,通过构成的近似构成效果来展示结构建构形式美感(图5).山图5近似构成示意图例如济南成城大厦的表皮设计,以梁柱围合而设计为例,流线型主楼表皮结合网状的钢结构体系,成的矩形结构单元为基本母体,组成

15、建筑表皮的各将建筑表皮自然形成菱形单元形态元素,并在此基个块面由此基本母体相加而成,但在面积大小和排础上结合自身椭圆的形体特征和幕墙材质,将菱形列方式方面存在差异,由此形成的近似构成效果来单元进行色彩分组,从而形成多条宽窄相间,盘旋上彰显其结构建构形式的艺术处理后加以展现(图升的条带,营造出一种节奏感极强的近似构成效果,6).有力的增强了结构建构形式的艺术表现力(图值得注意的是,这种近似变化并不是简单机械7)J.的图形元素排列.以瑞士RE公司总部大楼的表皮图6济南成城大厦效果图图7瑞士RE公司总部大楼实景图(2)建筑结构单元块面为母体的对比构成对比构成中常用的设计方法有大小对比,位置对比,方向

16、对比,色彩对比等,其在设计过程中具体表现为:以结构构件围合的单元面为基本形,表皮通过对结构基本形缩放,旋转,偏移处理来进行自身形式建构,并通过与实际结构体系的叠加来增强结构建构形式的视觉冲击力.例如在济南同圆设计院办公楼的表皮设计中便体现了方向对比与色彩对比两种构成手法,以梁柱围合而成的矩形面为基本形,建筑表皮将其旋转90.后进行自身形式建构,并且在相互叠加后利用色彩对比对二者加以区分,以此来增强结构建构形式的视觉冲击力(图8,9).图8济南同圆办公楼外观(3)建筑结构单元块面为母体的立体肌理构成构成学理论之中具有”利用透视学中的视点,表皮的结构艺术表现研究39结构构成形式表廖构成形式巷加后l

17、.IlL一lk;甏:辩:*帮l嚣:毽立一_N*一%1一黜妊t一:.辈.=“.转:=.”.”.=“.!一毽g;帮一i啦;|巷嚣一一嚣可”;#glg=1*.篇穗一麓;.”3j;再*#,l蠡蒸fi盔菇一,噩.莲%;铣黜|嗡-_盛i一“!:辑椎|髋*nfwi:鬻=g=.=#*j毽量一ir图9济南同圆办公楼表皮生成示意图灭点,视平线等原理所求得的平面上的空间形态称例如韩国首尔TRUTEC大楼的表皮处理,设计为空间构成.平面构成中的空间形式,就人的视觉者于矩形基本形之上的玻璃幕墙单元设计上发力,感觉而言,它具有平面性,幻觉性,矛盾性”l2的观将每个基本形单元做进一步的立体化塑造,通过这念,指出的是可以利用

18、一定的艺术手法在二维空间样的建筑表皮艺术处理,有力的增强了建筑形象的之中产生有规律的立体的肌理变化.我们也可以反表现力(图10)J.其道而行之,建筑表皮肌理也可以选取结构单元面天津泰达展示中心的建筑表皮的设计也是基于为基本形,对于每个单元面采用真实或者虚幻的立结构体系的方形基本单元母体,依据透视灭点原理,体变化的方式进行特殊艺术效果的营造,以形态各对在色彩,透明度上存有差异的玻璃材质进行二次异的形式出现,并规则的排列在结构单元块面的规肌理组织,营造出富有变化的空间幻觉,使原本单调制之中,使整个建筑表皮肌理在统一和谐的前提中的结构肌理焕发出新的形式活力(图11).富有情趣变化.图10韩国首尔TR

19、UTEC大楼立面示意图及实景图图11天津泰达展示中心内景2.2基于建筑结构形态之视觉层次营造的表皮构成方式当代建筑的结构体系的确定主要还是应遵从经济合理性的基本原则来展开选型设计,常常由于建筑结构型式的制约,仅靠结构型式的形态自身表现,所形成的建筑外观往往会因为层次变化不足而缺乏应有的艺术表现力.然而随着建筑表皮与建筑结构体系的分离,此类矛盾出现了缓和的迹象.这主要得益于表皮可在不改变建筑结构形态的基础上,通过自身的构成形式的变化来增加结构形态的视觉层次性.2.2.1表皮肌理构成对于结构元素的层次性修饰随着建筑结构材料技术的发展,建筑结构构件间距与单元尺度逐渐增大,其构成形式大多只能远观而不能

20、近视.究其原因就在于结构构成形式层次与细节的缺失.如何能够在保证结构构成形式合理40山东建筑大学2011年性的前提下,增加其视觉表现的层次与细节成为设计者需要思考的问题.当我们把略显乏味的图片输入电脑,通过photoshop软件添加多种肌理效果以增强其艺术表现力的同时,相信其也能够成为建筑结构形态的视觉层次性营造的一种思路,而肌理作为表皮的特征属性之一,使其义不容辞的成为实现此种想法的媒介与工具.我们权且将此种模式下的表皮艺术表现形式分为两种表皮肌理对建筑结构的”透示”与”底示”.(1)表皮肌理对于结构元素的”透示”性修饰所谓表皮肌理”透示”性修饰,主要是指通过建筑表皮肌理组织形式的构成对不尽

21、完美的建筑结构元素进行的艺术加工与修饰.其在自身形态营造中所具备的视觉感染力与建筑结构体系具有一定的关联性,但往往仅是于结构之前增加的一层通透的表皮元素,在对结构进行”前景装饰”展示的同时,调节建筑结构体系的视觉尺度,加强结构元素的层次表现.以济南奥体中心场馆的表皮设计为例,如果将建筑结构体系外附着的表皮层拿掉,内部结构体系虽能体现一定的结构韵律美感,但给人的第一印象却是空洞,单薄的效果.通过外层覆盖建筑表皮的装饰处理,在结构表现得以充实的同时,表皮又通过自身纹理变化进一步丰富了结构元素的艺术呈现形式(图12,13).(2)表皮肌理形态对于结构元素的”底示”性表现表皮肌理的”底示”性构成表现是

22、指建筑表皮的形式生成基于建筑结构的型式肌理,即以建筑结构形态肌理为骨架,进行表皮自身形态的建构表现,并通过表皮材质处理变化来丰富原始肌理的艺术表现层次.其与”透示”手法在结构的呈现形式上有所区分,”透示”性构成表皮下的建筑结构形态特征依稀可见,而”底示”性表现下的建筑结构需通过作为”图”的表皮构成形式对其结构肌理进行阐释.在Herzog&deMeuron设计的慕尼黑安联体育场项目中,悬臂式钢梁架构成了屋顶和垂直立面的基本结构,而结构上与基本框架相分离,并作为屋顶和垂直立面的次级支撑结构的是尺寸介于2m7m一5m17m之间的钢梁菱形格栅.建筑表皮在建造过程中则根据钢梁菱形格栅的构成肌理进

23、行戈分,每一菱形为一块独立的ETFE气垫,结构构成形式通过表皮肌理得以展现.饱满的ETFE气垫为原本平面化的结构肌理增添了一份立体感,并且ETFE气垫配合建筑高度的不同做不同的透明度处理,使原本单调的结构肌理富有变化,耐人寻味.在夜间,1058个立面气垫被内部的荧光灯照亮,而专门研制的丙烯酸玻璃覆板充当滤色器创造出单色照明或者双色带及菱形的图案,将表皮的结构装饰特性发挥到极致(图14).图l2济南奥体中心场馆结构示意图图13济南奥体中心场馆实景图l4慕尼黑安联体育场实景图此外,由Balmond与ToyolIto合作设计的伦敦蛇形画廊中也体现了这种表皮处理方式,其结构为由透明玻璃与银白色铝塑板两

24、种材质构成建筑表皮所包裹,但通过仔细观察不难发现,玻璃与铝塑板相互交接形成的纹理恰好是结构建构肌理的真实写照,表皮肌理效果巧妙增加了结构建构形式表现的41趣味性与视觉层次(图15,16).图15伦敦蛇形画廊结构布置图图16伦敦蛇形画廊建筑实景图2.2.2表皮艺术处理对于建筑结构空间的层次性调节在一定情况下,建筑表皮还可以作为建筑结构形成的一次性视觉空间再划分的媒介,起到丰富建筑空问层次的作用.这种艺术处理形式往往是通过建筑表皮自身的几何形态变化来对建筑结构围合的初始空问进行二次划分.根据其对建筑结构空问视觉划分方式的差异,我们可以从以下两种方式进行具体分析.(1)表皮的材料变化对于建筑内部空问

25、层次的修饰此种建筑表皮构成方式通常是运用于连续性轴向内部空间的层次性修饰之中.通过表皮材料变化来结合单元空间和结构肌理进行的整体块面划分,从而对建筑结构形式美感产生的烘托影响.其主要反应于以下两个方面表皮材料块面变化的边界线与结构构件穿插形成对结构构件单体的视觉再划分以及由此形成的结构初始空问层次关系的调整与优化.例如在英国赫尔的KC体育场的设计中,看台的屋顶表皮通过块面材质对比形成的界线与结构构件相互穿插,将呈规则排列的悬挑蜂窝梁结构构件从视觉上进行二次划分.另外,块面界线与结构成一定角度的穿插使得其对每一根梁的二次划分位置存在渐变,从而打破了构件重复出现的单调,增加了覆盖空间的层次变化(图

26、17)33.另外美国某机场的通道空间设计也采用了此种表皮材料变化的方式,利用玻璃与金属表皮材料的块面构成划分,其形成的室内空间背景变化巧妙的丰富了室内空间韵味和建筑结构构件的艺术表现层次(图l8).图l7英国赫尔的KC体育场看台图18美国某机场通道(2)表皮艺术处理对于建筑外部空间层次的强化随着建筑表皮与承重结构的分离,二者的位置关系开始变得更加自由,建筑形象可在”皮包骨”,“骨包皮”之间自由切换,并且表皮层与结构层之间的距离也可自由收放.建筑表皮也可以根据设计者的艺术追求来进行自由的空问形态变化,以卓尔不42山凡的结构艺术表现效果.通常是利用二者之间相对位置的差异形成结构体系的虚实,显隐变换

27、,从而丰富结构艺术表现的视觉层次性.在苏黎世高等工业大学建筑系学生工作室的设计中就明显的体现出此种表皮处理方式,建筑表皮做为背景为结构体系所包裹,通过进退变化的表皮界面来改变结构的展示背景,以取得不同的结构艺术表现效果.建筑表皮系统的前后错动使得结构体系时而与建筑表皮融为一体,时而完全裸露在外,并通过落于表皮界面之上光影进行结构形态的勾勒描绘,使原本单调的建筑结构形态变得饶有变化,增加了其视觉表现层次感(图19,2O)J.田图19苏黎世高等工业大学建筑系学生工作室表皮设计手法示意图图20工作室建筑买景图2.3基于建筑结构形式美感特征表现的表皮艺术构成方式随着科学技术的进步,当代建筑结构的艺术形

28、态开始向多元化方向发展,轻重之间展现出纷繁的艺术表现倾向.表皮顺应结构形式美感特征,以进行针对性较强的视觉意象营造也属于当代建筑表皮与结构形态之问一种颇具代表性的互动形式.基于此种互动形式下的表皮构成方式与上述几种有所不同,上述表皮设计手法是从结构形式到表皮形式的推演与转化,始终是从形而下的层面探讨基于结构艺术表现的表皮形式设计.而基于结构形式美感特征表现的表皮艺术构成则是跳出结构的形式层面,从形而上的层面探讨结构形式的美学指向,进而回归到形式层面寻求表皮形式对结构美学指向2011的转译,以唤起建筑结构与表皮形式共鸣.以着名的卢浮宫博物馆扩建工程为例,其地上部分的三个金字塔造型采用金属结构支撑

29、体系,其富有逻辑的形式,精致的节点,纤细精巧的杆件清晰的向我们显现出当代制造技术所具有的高度美学价值(图21,22).图21卢浮宫金字塔外观图22卢浮宫金宇塔结构构造细部而其建筑表皮的形式虽然在视觉层面与建筑结构并不存在较为直接的关联,但其对技术唯美主义也存在着较强的指向性.随着技术的发展,表皮结构逐渐由厚重向轻薄转变,因而空灵,剔透的表皮形式便成为一种当代技术美学有力的代言对象.该案例通过恰到好处的尺度推敲和装饰美感极强的节点设计,实现了各种纤细精巧的线性结构构件的有机结合.有力的突出了特殊建筑环境之中的空透和灵动的美感意象需求,宛如一个做工考究的工艺品,带给观者带来了强烈的现代技术的美感享

30、受.二者在形式美学指向上的共鸣与互动更进一步增强了建筑形式的艺术感染力.另外,东京表参道普拉达旗舰店的建筑表皮设计也在这方面给予我们有益的启示,建筑结构体系表现为由外部钢架以及内部筒体组成的笼状形式,其个性化的结构造型展现方式给人以强烈的印象.而在建筑表皮设计中,玻璃作为主要的表皮材料,通过一定的热加工处理使其具有一定的弧度,因此在增加构造抗震性的同时也增加了表皮形式的雕塑美感(图23).图23东京普拉达旗舰店夜景3建筑表皮的结构艺术表现对于当代建筑设计的作用和意义通过以上建筑表皮艺术形式的具体分析,使我们不难看出结构对于建筑的意义并不仅局限于承受荷载方面,在保持其逻辑理性的同时,于建筑空间与形象塑造之中还可以同时还具有以下的作用价值与实际意义.图24济南黄金地产大厦的表皮艺术效果3.1丰富建筑的艺术形象在建筑设计过程中,建筑形体经