建筑设计的构造与概念

1、www.torch-建筑设计的构造与概念 在被建筑师用于建筑中的石材当中有一种是可以呈现出半透明效果的。这种半透明石材是具有特殊表现力的。不同于其它立面石材，半透明石材背面的光线可以将它们的天然纹理在正面反映出来。为了获得理想的透光率，人们需要将石材切割得很薄。切薄以后半透明石材的强度及抗腐蚀能力都会变弱，石材尺寸也无法做大，所以它们很难被用在室外。为了获得建筑形式的特殊效果，有一位建筑师将这种材料用到了室外，并满铺在建筑整个立面之上。这就是西班牙建筑师 Josep Lluis Mateo在德国北部城市开姆尼茨(Chemnitz)设计建造的德意志联邦银行新区域总部。在这个项目的设计中，除了建筑

2、形体的考量、平面的布置等工作外，建筑师如何克服材料本身的局限，通过大量的细部处理使材料得以在立面上呈现出来是我们最关心的问题。本文试图通过对这些细节设计的分析来揭示：在这座建筑中，建筑师是如何通过各个相关部分的互相协调来展示材料的魅力，他又如何将现有的构造方法进行改进，从而适应材料新的使用方式。材料概念的提出发光的石头这座建筑的一张正立面照片（图1）图1是很吸引人的。在这张夜晚拍摄的照片中，建筑并没有复杂的造型。它中间部分高起，两侧低矮并对称，像一个中文的“凸”字。但是这个平凡体量的正表面是通亮的。这个亮的立面都采用了一种半透明的材料。夜晚室内的灯光透过表面扩散到了室外，使得建筑在夜色中显得格

3、外突出。什么原因让建筑师选择这种形式来表达建筑呢？这首先与建筑所处的场地有关。建筑的基地坐落于德国北部城市开姆尼茨市中心的一片绿地当中。绿地的北侧是这个城市的火车站。从总平面关系图（图2）图2上可以看到，基地的南侧是一条连接该地区的主要道路。与基地隔路相望的是一片住宅区。基地面对的其余三面都是绿地。在城市如此重要的区域能够“阔绰”地独自占有整个绿地的建筑一定是开姆尼茨非常重要的一个公共建筑。怎样才能体现这座建筑应有的城市地位是建筑师思考的入手点。在一张概念拼贴图中可以看到（图3）图3，Mateo将建筑设计成了置于茂林当中的一块石头。石头上的化石纹理象征着历史的积淀。在另一张建筑的模型照片中（图

4、4）图4，建筑师则将这块石头点亮了。Mateo选择用一个发光的石头来回应场地的周边环境。我们可以想象，每当夜幕降临，在漆黑一片的树林中，还有什么能够比这个散发着光芒的石头更能体现一个建筑的重要性呢？由于造价的原因，建筑师无法让整个石头房子都发光。于是，他选择将最重要的一个面用发光的石头展示出来。南立面作为仅有的面向城市的一个面成了设计的重点。在立面中表达材料的手段一、与材料表达相关的平面布置建筑师发表的平面图（图5）图5没有向我们展示具体的平面功能。图纸显示的只是基本的结构。但除了地下层以外，每一层平面的南侧都有一条狭长的空间被细致地刻画过。在这空间中，不仅绘制了楼梯，铺地的分割也明确地表达了

5、出来。这里被设计成一个三层通高的空间。建筑的主入口、到达每一层的主要楼梯都被放置在这里。建筑师的图纸表达说明了南立面在设计中的重要性。这种平面的布置也为南立面表面材料的背面提供了一个有进深感的空间。从这个空间的照片（图6）图6上可以看到：每一层的楼板都没有碰到南立面的表面上，而是给南立面的背后提供了一个空腔。这个空腔就像一个灯箱，既能够在夜里为立面汇聚光线，又保证立面不被结构楼板的阴影打破，使半透明的南立面能够以一个完整的形象呈现出来。二、材料的选择和保护建筑师在思考平面布置的同时也在进行着立面材料的选择和细部的设计。由于建筑设计的概念是“发光的石头”，因此半透明石材成了最好的选择。经过对一些

6、案例的研究以及多种材料的比对，他们最终决定采用一种名为雪花石膏（alabaster）的材料。（图7）图7雪花石膏最大的特征是透光性非常好，它在欧洲的传统建筑中经常被用来制作雕塑或被用作室内装修的材料。这种材料并非严格意义上的石材，而是一种石膏。它的质地较一般使用在建筑外立面上的石材都要柔软，且易受到气候的侵袭。如果要将其使用在建筑外立面上，就要考虑特殊的构造来对其进行保护。通过对构造图纸的还原，我们发现建筑师设计了一个石材复合板来解决这个问题。从板材的剖面上看，建筑师首先选用了厚度为15毫米的雪花石膏板。这个厚度的雪花石膏板可以获得最令人满意的透光率。然后，他们在雪花石膏板的外侧粘贴了一层4毫

7、米的钢化玻璃作为石材与外界空气的隔离层。材料面向室内的一侧也同样被粘贴了一层8毫米的钢化玻璃用以增加强度。但是这样的构造处理尚无法达到冬季非常寒冷的开姆尼茨地区建筑所需的热工性能要求。因此，建筑师将这个夹层构造作为外层，在其背后又增加了一层玻璃，以形成它后面的一个16毫米的空气间层作隔热层。为了增加空气层的保温隔热效果，他们还在其中加注了氩气。这样，整个复合板材的厚度达到了51毫米。（图8）图8从板材的立面图（图9）图9上我们还注意到一个细节：每一块复合板都是由四块雪花石膏板拼接而成。这是建筑师出于形式考虑有意为之还是另有原因呢？这需要从石材的加工工艺上来解释。石材的板材由块材切割而成，这里使

8、用的雪花石膏板已经被切割到了15毫米厚。这么薄的板材所能达到的平面尺寸就不能很大。但是，如果依据石膏板的尺寸来确定立面材料的分缝，并加装固定构件，将使构件的需求量大增，从而影响立面效果。因此，建筑师将四块小块材料拼成一个大块的材料。由于雪花石膏板是被内外两层玻璃夹着并粘在上面的，四块材料自然就形成了一块大的材料，也就不需要额外的构件来固定石材了。三、材料的固定钢爪系统当雪花石膏板的构造确定以后，建筑师接下来考虑的是如何将这些平面尺寸为1072毫米1875毫米，51毫米厚的板材固定在立面上。Mateo及其团队在出版物中向我们展示了一个钢爪系统来解决这个问题。我们很容易发现这套系统其实与钢爪玻璃幕

9、墙的样子很像，也是通过一个有着四个抓点的“爪子”将四块板材的角固定在一起（图10）。图10但是，通过这个“爪子”更深入的分析我们发现：由于在这个建筑中要固定的不仅仅是玻璃，而是石材玻璃复合板，所以建筑师在传统的“爪子”上还动了许多“手脚”。从抓点的剖轴测图（图11）图11上我们看到，这个抓点没有像通常玻璃幕墙那样穿透整个石材复合板，而是结束在了雪花石膏板的背后。抓点的主要部分是固定在中空玻璃上的。从抓点内伸出一个锥形的钢销，这个钢销与另一个锥形的垫片一起将紧贴石材的这层玻璃拉住。因为是锥形的，所以钢销的外延与玻璃表面齐平，对雪花石膏板没有丝毫影响。钢销的另一头穿过两层玻璃被固定在一个螺母上，与

10、中间空气层内的衬垫以及最内侧的抓点共同夹紧了玻璃。由于雪花石膏板和外层的钢化玻璃都是粘在中空玻璃上的，因此这个抓点在不破坏石材的情况下就完成了对复合板的固定。这个钢爪的另一个不同之处是，在四个抓点交接的位置还有一个十字型的固定销（图12）。图12由于每块复合板中都填充了氩气，因此在每块板的边缘都设置了一个刚性的密封条，这个密封条既能起到密闭空气的作用，同时也可以将立面的每一块板材都联系成一个网络。十字固定销就是连接这些密封条的节点。这样，一片片雪花石膏复合板就由钢爪和密封条两套系统共同固定在了一起。 四、立面构件的隐匿或许建筑师认为建筑构件的出现会影响半透明石材的表达，我们发现他们在有意地隐藏

11、这些构件。从前文对钢爪的分析中可以看到建筑师将钢销藏在了石材的背后；而在如何固定钢爪的问题上，他们则采用了减小构件尺寸的方式。（图13）图13钢爪的背后固定在一根根竖向的钢管上，建筑师将其半径控制在约70毫米的尺寸上。对于一个三层高的建筑来说，如果采用受压方式，这个尺寸的构件是会失稳的。因此，他们选择了受拉的方式。钢管底部被固定在首层的钢筋混凝土楼板上，顶部被一个弹簧状的装置牵拉着。这个装置被固定在顶部的口字型钢梁上，其牵拉强度可由电脑控制，以适应不同温度下材料的形变。整个半透明石材立面的构造系统就这样逐渐明晰起来了：立面的主要结构由受拉的细钢管来承担，在钢管上固定着一个一个钢爪，这些钢爪通过

12、抓点和十字型固定销在不穿透石材的情况下将雪花石膏复合板结合在了一起。（图14）图14材料在立面上的呈现在最终建成的照片（图15）中，图15我们几乎无法察觉到立面材料背后的构件，一片一片的雪花石膏板就像漂浮在空中一样，跟随光线渗透出来的雪花状纹理与建筑周围冰天雪地的环境融为一体。在每一个方格内的四片雪花石膏板都采用在切割时相邻的几片材料，看起来好像是翻开着的一张张曾经对折起来的花纹纸，弱化了它们之间的分隔。建筑师通过细部的一步步推进，将虚幻的概念落实到了真实的建造当中，也把半透明石材的特性赋予了建筑。建筑因此而变得时隐时现：白天，建筑默默地匍匐在丛林边，用雪花般的纹理将自己埋藏于雪地之中；到了晚

13、上，建筑则从场地中慢慢浮现出来，用柔和的光线晕染着四周。结语半透明石材的表达魔力与使用难度并存。通过对德意志联邦银行新区域总部这个项目的分析，我们可以感受到Mateo和他的团队并没有被这种使用难度吓倒，而是将整个半透明立面作为设计的重点，成就了建筑最精彩的部分。从建筑师对立面的处理中我们隐约可以发现一些应对半透明材料的基本策略：首先，建筑师对光的使用有很强的意愿。他们在设计概念生成时就提到了光线。因为半透明石材的魅力必须通过光线才能传达出来，也正是光线帮助建筑师在夜色中为城市塑造了一个清晰的地标。其次，为了不对光线有所遮挡，建筑师尽量将材料的结构隐匿。在南立面的细部设计中，作为材料固定构件的钢爪抓点并没有穿过石材，并且为了减少竖向受力构件的尺寸，采用受拉的力学形式。此外，在处理材料尺寸较小的问题上，建筑师采用了将小尺寸石