周健 李彦鹏 顾乐明 彭超 杨笑天

如何确定合理的建筑形态？这是建筑技术历史上一直被提起的问题。

自从人类开始建造房屋，对合理形态的探索就不曾终止。在力学和计算科学都不发达的时代，工程师就尝试通过实验方法探索力学与形态的关系：1747年乔瓦尼·波黎尼（Giovanni Poleni）将32个不同重量的球悬垂在绳索上，产生与实际拱形比例近似的悬链线，再以之作为参考线，根据“当给定荷载的推力线完全位于拱的剖面上时则拱稳定”的力学理论，成功矫正和修复了圣彼得大教堂（Saint Peter’s Basilica）穹顶[1]（图1）。随着力学和建造科学的发展，工程师通过不断的尝试，改良优化出了结构性能更高的各种结构形式：19世纪中叶正值美国西部大开发，对铁路桥梁的需求急速增加，当时普遍采用木拱桥和增强钢架结合的形式，而经过多次实践后工程师发现，只要把增强钢架做得足够坚固甚至可以省去拱结构，于是各种新式的桁架纷纷出现，梁桁架的时代也从此开始（图2）。当对静力学理论的研究足够深入后，工程师发明了图解静力学，将结构受力与建筑形态联系起来：1889年莫里斯·克什兰（Maurice Koechlin）便利用图解静力学方法，根据不同高度的风荷载设计了埃菲尔铁塔的折线形态（图3）。

随着现代主义建筑的发展，多米诺体系让结构与空间变得各自独立、互不干涉，从而使建筑师能够自由发挥空间畅享。此时结构与建筑形态变成“骨”与“皮”，结构适应于这种潮流发展出了诸多体系清晰、方便计算、可规模化建造的“范式”供建筑选择，如我们今天熟知的框架结构、剪力墙结构、框架核心筒结构等。……