4.3 抽象的结构
1995年，由建筑师谷口吉生8和结构设计师新谷真人设计的“葛西临海公园展望广场休憩馆”被认为是之后日本当代轻薄建筑形态的先驱之作。这是位于公园最临海位置的一座高11m，长76m，进深6.6m的长方体玻璃体量。观海平台由内部的钢筋混凝土走廊、楼梯和坡道以及外周玻璃构成。其中，内部的钢筋混凝土部分承担了水平荷载，同时为了能够尽可能地将海景收入其间，建筑师与结构设计师将建筑外周的玻璃幕墙限制在只需承受竖向荷载的前提下，确保了建筑最大可能的透明性。原本只作为自承重支撑的玻璃幕墙框架被作为承受竖向荷载的结构柱。截面50×120mm的耐候钢板（FR钢板）形成11m高，6.6m跨的框架结构，长边方向每隔825mm一品框架在高度方向沿着每隔2.2m处通过的横框被连接在一起。为了保持外周框架的稳定性，在易发生框架构件屈曲的部位，还设置与内侧钢筋混凝土相连接的横向系杆支撑。并且，支撑的位置也充分考虑到内部行走以及观海视线的要求，反复斟酌后才得以确定。轻盈透明的建筑形态得益于结构与围护这两种不同加工精度部件的集约化。外周框架的钢管焊接所导致的收缩变形控制是确保精度的关键所在（图4.9）。所谓的透明与轻薄是无法离开高技术的保证的前提的。但是，当代的高度技术能力已然不再是先前炫技般的“高技派”，而是呈现为更加隐匿的“半透明”。这或许正是当代技术表现不同于过往之处。新谷真人在谈到这个建筑的结构设计时说道 ：
图4.9 葛西临海公园展望广场休憩馆
包裹休憩馆的“玻璃盒子”实现了“结构与建筑的融合”，成为当代“透明建筑”的先驱。为了使简洁明快的建筑表现成为可能，就必须将部件或结合部的形状无一例外地集成化，这依赖于高精度的建造。也为此需要在设计中不断地对结构力学进行研究。结构系统的创新以及钢骨制作技术被集约在一起。这是我自身作品中最重要也是最喜欢的建筑。9
当结构被细分，被装饰化时，另一种截然相反的，试图将结构从视觉中消去的结构抽象化的出现，放眼于当代这个充满多元的，甚至是充斥抽象的时代之中，显然就不足为怪了。如果说，装饰的结构所具有的透明性代表着曾经的机器文明向当代复杂化与精密化的蜕变的话，那么抽象的结构无疑就是信息技术隔绝现实的、不可视的代言了。不可视意味着必须将作为技术的表现从可视的视觉中移除。对于建筑而言，支撑形态的结构存在就属于这一类被排除的对象。材料、连接以及暗示力流传递的“结构类型”都将成为抽象不可视的“战利品”。剩下的是几近于“场所”状态的那一层暧昧的边界。内外趋同的均质性正在使得确立建筑存在的最后的堡垒都变得遥遥欲坠。在20世纪后半叶，一方面在等级化社会迅速崩塌而被压缩至平坦之际，另一方面由技术主导的形态也亦步亦趋地向着扁平化发展。观念在抽象与具象，制度与实体两个截然不同的次元之中发生着同样的效应。当象征着重力的体量被平面所消解时，作为技术化身的结构也必须对平面做出妥协。其结果就是，非视觉的技术成为当代的技术规范。它不是工业哥特化的“高技派”骨骼外露式的透明性，而是抽象外表之下所积聚的技术力。
正因为抽象对具象体量的消解，导致了结构无法继续通过既有的“结构类型”的导入，来介入建筑的形态表现。因此，抽象的结构必须通过回避体积、材料以及“结构类型”而另辟蹊径。在事实上无可回避重力作用的前提下，用消解重力作用的形式来表现结构，其本身就已经是超越了既有的结构表现范畴的。它除了必须倚重的当代高科技之外，必然也需要在看似穷尽的结构技术中找到新的可能性。正如新谷真人所言 ：
我们翻译时的工具，除了工学的原理和结构的技术之外别无他法。10
不同时代的人们尽管对结构表现的方式千差万别，但是其背后的本质是不可能有根本上的区别的。因此，摈除材料的抽象的结构，其根本的原理在于利用了构件“形变”上的抵抗效应，其方法包括几何位置和预变形两种。
4.3.1 几何位置
结构构件为了满足抽象表现的要求，在被线或面地变形成细或薄之后，显然已经无法按照通常的“结构类型”来满足对荷载的抵抗要求了。事实上，物质对于重力的抵抗除了依靠自身在极限破坏强度范围内的材料应力之外，还可以依靠的是在空间上的以几何形状的变化来提升自身刚度与支承能力。对于前者而言，越多的材料可以抵抗更大的外加荷载，同时也意味着构件自身质量的变化，比如需要在长度和宽度以及体积上、重量上的增加。而几何形状的变化则是在保持材料物质质量（尺寸）不变的前提下，通过空间上的变形来提升荷载抵抗能力。材料或形态变化的抵抗是不改变受力性质的材料抵抗 ；几何变化的抵抗是改变受力性质的位置抵抗（图4.10）。
其实，这两种抵抗荷载的结构方式都是我们所熟知的。材料抵抗的案例包括通过增加梁的截面高度可以获得更大的跨度 ；增加柱的截面积可以抵抗更大的竖向荷载等。位置抵抗通过改变直线梁成为三角形、多边形以及拱形，将弯矩转化为轴力的受力性质的改变，通过空间几何的特性可以发挥材料更大的抵抗荷载的能力 ；同样地在面材上，平板的受力性能在变成为折板、筒拱、穹隆甚至曲壳之后，在板的截面厚度没有显著变化的情况下通过将弯矩转化为面内应力，可以获得完全不同的覆盖范围。不过，位置抵抗的种种几何特性仍然局限于通过架构来选择“结构的类型”，它们多与跨度相关。事实上，从力学原理上而言，位置抵抗并非只有跨度上弯矩与轴力之间的转换。从单纯的荷载抵抗上来说，受压杆件的屈曲是导致承重构件不得不改变截面来维持长细比的主要原因。位置抵抗通过几何形状的特征，也同样可以获得不改变构件截面来提高荷载强度的效果。例如独立柱在长细比无法满足受压荷载条件时，可以通过增加柱子的数量，并通过柱子相互之间的空间分布来形成几何效应增加受压能力。又如，平面上的直线墙体可以通过几何线性的变化成为折墙、弧墙，来提高承载能力。这些都表明了位置抵抗在提升结构抵抗上的作用。依据形态在空间表现位置上的不同，我们可以将位置抵抗分为线、面、体三种类型。
对于柱子而言，限制其材料抵抗能力之一的是屈曲影响下的长细比。在空间高度一定的情况下，不考虑水平向的作用时，对柱子截面尺寸作用的就是基于屈曲的长细比。另一方面，在水平荷载作用下，柱子会因为承受水平方面的荷载而产生弯矩，这时柱子也不得不通过增加截面尺寸来满足要求。试想，假如这些限制柱子材料抵抗能力的长细比与水平荷载一旦能够从柱子的结构承载功能中被排除的话，那么是否也就意味着柱子的截面就有可能变得更加自由了呢？
图4.10 材料抵抗与几何抵抗
SANNA11与佐佐木睦朗一系列极端抽象作品的建筑形态，其中纤细的柱子都是基于将这些长细比和水平荷载从柱子的结构功能中排除来获得实现的。首先是长细比，其对柱子产生的屈曲与所施加的压缩荷载大小相关。即柱子在受到较大的竖向荷载时，屈曲会导致柱子先于极限强度遭受破坏。因此只要控制施加于柱子的竖向荷载大小，就有可能使柱子从屈曲的长细比限制中解脱出来。控制竖向荷载的方法显然就是尽量减小柱子所负担的楼屋面荷载，并通过增加柱子数量，依据竖向荷载的分布来合理地配置柱子的位置。其次是水平荷载，通过设置具有较强抗侧作用的构件，可以有效地降低柱子所受的水平荷载作用（表4.2）。除此之外，得益于造船技术的当代高科技的引入和运用，更加轻薄的楼板及屋面加工建造技术，高强钢管加工以及抑收缩型无缝焊接和计算机复杂结构解析技术等的应用，也是更加纤细的柱子得以实现的重要基础（表4.3）。
几何位置方法中“线” “面” “体”在空间构成及结构生成上的差异是由其荷载抵抗类型上的差别造成的。作为“线”的柱子其本身只以竖向荷载抵抗为目的，且轻量化是其实现抽象表现的前提。相对而言，“面”和“体”不仅需要具有竖向支撑的能力，同时它们还必须具有承受水平荷载的能力。因此，“面”和“体”的墙面、空间与“线”的柱子在抽象的结构表现上以及分布位置上呈现出不同也就是理所当然的了。
表4.2 增加柱长细比的方法
表4.3 妹岛和世与SANAA作品中结构柱及其长细比比较
图4.11 正预变形与反预变形
4.3.2 预变形
一般而言，作为设计目标的形态是一种理想形。而作为设计的形态与实际的使用形态之间并不是完全一致的。这是因为使用形态会受到各种活荷载与静荷载的作用而产生变形。例如水平构件的梁和楼板以及屋面架构等在垂直荷载的作用下会产生下凹的弯曲变形。墙柱等竖向构件也会在水平荷载作用下受弯变形。设计形态与使用形态之间的这种差异性，显然是与抽象性相违背的。抽象的结构对于使用变形也更加地敏感，这是预变形方法在抽象的结构中出现的契机。如何克服实际使用中由于荷载造成的变形是抽象的结构所面临的一个问题。另一方面，设计的形态与实际形态之间的区别在于前者是对象，即通常认为的结构类型是不考虑荷载作用的，而只在涉及强度、稳定性等数值解析上纳入荷载的作用。这种型式上与解析上荷载有无的区别正是导致设计形态与实际形态之间不相一致的原因。预变形就是将形态在视觉上与解析上同步纳入荷载作用后，使设计形态达到使用形态的方法。它包括给设计形态加入荷载后产生变形的预先变化来获得结构稳定的正预变形方法，以及为了使荷载加入后的 形态成为绝对抽象性的表现，而将形态预先以相反的方向变形的反预变形方法。前者是基于重力的抽象表现，而后者是消解重力的抽象表现（图4.11）。
所谓正预变形方法就是将结构形态受荷之后产生的变形以预先施加的方式施于形态，从而使形态在获得变形的稳定状态之后，将重力的变形直接以形态的视觉化给予表现。重力表现莫过于在跨度方向上水平构件的下凹，此时悬垂线在重力作用下的下凹将跨中的弯矩转化为张拉力，在这种形态呈现为稳定的转台之后，结构的稳定性也将随之确立。
如果说正预变形方法是将结构在被使用后将要发生的变形预先施加给形态而使重力视觉化的话，那么反预变形方法则正好与之相反。后者是为了获得理想的抽象结构形态，而将使用后的变形量预先反向施加给形态，从而使形态在受荷载变形后产生与预变形量的相抵消，来获得理想的预设的抽象结构形态。因此，反预变形方法必须事先对各种实际荷载的施加方式进行全面的预判与计算。它与作为对象形态的正预变形方法不同，是加入使用者状态之后的关系形态。
