崔恺任庆英 任庆英:建筑创作与结构创新
各位建筑师、各位结构工程师、各位同行朋友,大家上午好。今天这个会议感觉不太一样,因为我参加全国结构的会议比较多,今天第一次参加绝大多数都是建筑师的会议,而且是处于国内建筑设计领域高端层次的建筑师。同时把我放在这么一个位置来做报告,也感到有点紧张,因为毕竟还是第一次面对这么多的建筑师,到底谈些什么?我觉得这个会议题目非常好:"结构成就建筑之美"。
我从参加工作到现在三十多年,实际上一直本着这么一个理念去做事,可以说我做的所有的项目跟建筑师的配合还都是非常的默契。是不是完全达到了成就建筑之美,自己不敢说,但是起码每个项目都可圈可点,都可以找出很多得意的地方。
我今天就从一个结构工程师的角度谈一谈对建筑和结构这两个专业到底怎么去理解,这完全是个人观点,不一定完全能够代表整个结构专业,但是我觉得从自身经历来讲还是有比较深的体会。
首先谈一下建筑创作与结构创新的关系。建筑创作和结构创新是离不开的,有的人说建筑创作使得结构本身的概念、力学的性能没有得到非常好的发挥,所以很多情况下一个建筑的方案放到了受指责的位置,我觉得这是不正确的。
就建筑创作来讲,如果没有结构的创新在里边实际上是不完整的,两者是互相依存和互相促进的关系。建筑创作跟结构创新实际上会存在于每一个工程当中,不管这个工程是简单还是复杂、是比较高等还是低等的,实际上建筑跟结构都是可以做出比较出彩的东西。
一个优秀的设计作品一定会体现出建筑创作和结构创新的完美结合,如果这一点没有体现出来的话,我觉得就称不起是一个优秀的设计。从我们国内以及国际评出的优秀设计来讲,我觉得应该说都能体现这一点。
对于一个项目过分地强调建筑的创作,或者过分强调结构的创新,实际上在工程设计当中是一个大忌。另外结构创新应该是建筑创作的强大技术支撑,如果说一个好的建筑创意没有结构方面的很合理的、很积极的态度来支持、完善和配合的话,那么这个创作的实现实际上会受到很大的制约。
我觉得结构的创新无非体现在这么几个方面:一个是适应日益丰富的建筑创作,研究和创新结构体系,这是非常重要的。可以说从我参加工作到现在三十多年的时间结构体系也发生了很大的变化,以前在上学的时候实际上没有学到那么多的体系,这些体系是怎么来的?是通过我们建筑创作提出了一些新的需求,所以结构一定要跟上这个步伐,然后要创新一些新的结构体系,所以使得我们现在很多的建筑实际上还是在不断地往前进步。
另外,将结构概念体现于建筑方案创作之中,实现结构设计与建筑形式的完美结合。
一个好的设计实际上并不是说建筑师冥思苦想想尽办法创造出一个东西来,可以说起码国内教育制度造成了建筑师对结构的概念的理解或者深入程度还是有很多的欠缺之处,这是正常的,就像我们对建筑的理解一样不会那么完整。
所以在整个的建筑创作过程当中,实际上我非常希望结构应该可以有所介入,那么在这一点上,近些年体会更加的强烈。我是跟崔总(崔愷)以及李兴刚副总,还有汪恒执行总建筑师等都做过很多的配合,跟他们配合过程当中体会非常深,他们在建筑方案的创作阶段实际上就会提出很多很多的问题,对于这些问题,结构应当介入当中主动给他们出主意想办法,他的想法怎么合理地实现,这个是结构工程师的职责。
把结构的概念体现于建筑方案创作当中,我觉得这是一个非常好的结合。只有这样才能做到结构设计跟建筑形式的完美结合,利用结构的技术使建筑更美观、更安全、更经济。在充分满足建筑功能和形体要求的前提下,对结构进行方案比较、优化,选择最合理、最经济、最适于施工的结构方案。
从这个来看,实际上结构跟建筑还有很多考虑的方面不太一样的地方,因为建筑的方案创作阶段往往是比较注重体型、功能的布局等等,但是结构看到建筑方案的时候,第一感觉是对于结构的合理性,第二是要判断其施工的可行性以及复杂性,然后还有它的经济性。
所以这些方面综合起来考虑,对一个建筑方案的评判实际上观点肯定有不一样的地方。再一方面就是关于施工,建筑创作结构体系没有相适应的施工技术也是不能完成的,现在之所以我们国家建筑发展这么快也得益于我们施工技术的提高。在二十年前很多的建筑是施工不了的,但是现在都没有问题了。
结构创新不能单独谈创新,在建筑方案创意阶段结构设计人员应该投入关注,这是最主动的。另外根据建筑创意方案给予主动配合,为建筑师从结构如何满足建筑形式出主意想办法,确定与建筑形式完美结合的结构体系和结构形式。
这对于结构工程师来讲非常必要,也希望建筑师能够放下一些顾虑,很多建筑师会担心在创意一个方案的时候结构的一些介入影响创作,或者是形成一种制约。当然这类事情也发生过,问题主要可能还是在于结构工程师,在于结构工程师的能力、他对建筑方案理解的深度,所以如果说这一点做到之后结构工程师主动地投入进去,我觉得只能对建筑方案的创作有提升作用。
结合所掌握的地质条件、材料供应、施工技术和业主对工期的要求,进行设计与施工的一体规划。
这一点结构考虑的比较多,建筑方案出来之后实际上往往对于它的可实施性究竟有多大缺乏预估,尤其是国外设计师对国内抗震概念的欠缺,他们的方案创意方面在国内的技术能力、环境需求以及国内超限审查的要求等等方面受到很多制约,如果方案阶段不考虑这些问题的话,将来方案可实施性就很弱。
经过结构多方案分析比较,选择业主、建筑师、机电工程师都能满意的结构方案。我称其为主动创新,结构工程师一定是主动去做的。
还有一方面是被动创新,有很多建筑设计出来之后一看就是非常的艰难,但是结构师不能做吗,也不是,结构师可以说没有什么不能做,只是一个代价问题、时间问题,但是现在有很多项目这两点实际上都是框定的,又不想多花钱,工期还要拼命缩短,这种情况下就使得很多事情没有办法实施。
所以一个很怪异的方案出来以后,结构硬做的话必然会出现很大的代价,出现很多的不合理。比如说中央电视台的议论是比较多的,但是里边没有结构创新吗?这绝对不是,全国很多结构专家也贡献了很多智慧才把它建起来,它的不合理就在于整个是反力学的,它的不稳定性增加了很多质疑的声音。
但是确确实实,不管是建筑还是结构还是机电都贡献了非常大的智慧才能把它建起来。我把这种情况叫做被动创新,方案已经定了,领导人已经批了,就得做,这就会出现很大的代价,它的代价基本上是三个鸟巢,可见建筑方案的合理性是至关重要的。
被动创新也是创新,由于建筑方案的不合理要花费比较大的代价。被动创新往往对建筑形式的影响是比较大的,甚至会发生由于结构限制不得不做相应调整,这方面的例子也很多,就不一一例举了。
第二部分 设计实例介绍
下面谈一下三个项目:海南国际会展中心、南京青奥中心、天津大学新校区综合体育馆,他们有一些特色。海南国际会展中心这个项目上一届会议上李总做过详细介绍,所以我只是从结构工程师的角度谈一些结构的看法。它体量很大,长方向将近300多米,短方向200多米。
屋面是双向交错的波浪形,比较规律,形成的难度也比较大。这个项目在整个创意阶段发生了一些问题,开始甲方给了我们一个地质参考报告,大概10米左右有一层基岩,所以我跟李总说这方案跨度多大随意,地基条件很好。
这个项目是全国省会城市里边最后一个会展中心,所以当时李总压力比较大,最后他设计出来这么一个屋面的形式。当时我觉得这是没有问题的,可以做出来,但是55米的跨度、11米区隔的波浪形不成壳,就得需要很大的尺度结构做出来。
但是后来报告出来一看这层基岩很薄,到我们这个场地甚至有的地方都缺失了,这么一个地基形式非常可怕,如果柱的压力很大承载在一个很薄的基岩上,基岩一旦开裂那就毁了。
所以出现这种情况之后,我就跟李总以及业主开了一次会,我说这个情况非常严峻,我建议把柱网减小,这对建筑的危害太大,从55米往下减,他们问我减到多少?我说22米。这并不是没有依据的,因为海口这个地方要做展览实际上都得空运或者海运,不能有太长的构件,所以宽度22米绝对满足任何的展览,即使不展览的时候使用,各种民用的功能都是可以满足的。
另外22米有一个什么好处?我说如果改成22米的话可以做成圆钢管单层网壳,结构几乎不占高度。
因为屋面是从波峰到波谷有一个4米的差,中线上两米、下两米,如果结构再占高度的话,就不可以做成很轻巧的结构。同时把基础的压力也减下来了,最后几根钢管桩撑到薄的基岩上就解决问题了。
55米的方案上面是波浪形的屋面,底下不得不做成网格形的梁,使得屋面非常重。钢结构如果形成波浪的话,网架的厚度再加上波浪这是没有办法的。改成22米之后就发生了非常大的变化。因为海口风力非常大,如果采用很轻的结构,那么实际上是要花费代价去压的,如果做一个相对重一点的屋面是合理的。
当时我们做成了叠合板,底下是4公分厚的混凝土曲面壳板,然后把它跟我们底下巨型钢结构壳对接,但是因为施工问题、复杂性问题最后发生了变化,底下混凝土板变成钢板,使得上面的叠合就去掉了,最后是钢性屋面上做防水。屋面上面有天窗,阳光照进来是光柱,随着阳光的移动光柱也在移动,效果非常好。
