“欲戴其冠，必承其重”。如果说，屋面是建筑之冠，采光顶就是皇冠上的珠宝，是决定建筑视觉通透性的重要元素。

——RFR 于辉

在采光顶面积大的屋面之中，结构美学和视觉的愉悦性是重要的一个点。要实现视觉通透性的结构创新要从三个方面考虑。

在受限于采光顶只能做平顶的情况下，如何能有比较通透的结构形式？

平面梁格这种结构体系主要利用了结构形式跟随的几何弯矩形状，形成钢结构渐变式构件，实现通透感。此类做法在公共文化建筑上应用较多，但是对加工建造和精度的控制相对要求比较高。

© 图片来自网络

空间网壳是利用网壳非平面的几何形状形成的，几何刚度最大程度上把网壳构件从受弯转化成轴向受力，从而尽可能减小构件尺寸，以实现构件杆系的轻盈性。

代表项目：卢森堡NueMunster Abbey项目、伦敦大英博物馆、新加坡樟宜机场、英国布里斯托尔Cabot 环形广场。

© 图片来自网络

通常来讲，单纯的索结构作为屋顶结构，并不是特别合适，所以催生了一大批混合结构，例如巴黎卢浮宫金字塔、卢森堡现代艺术博物馆等，将受拉杆件和受压杆件在空间上进行编织，形成独特的结构美学。

在设计端结合采光顶本身的几何形式，通过拉压构件的分离，实现独特的结构美学。

巴黎卢浮宫金字塔 © 图片来自网络

柏林中央合作银行项目创新性的采用手指状拉索以稳定壳面结构，再加上端部预应力拉索来代替常规桁架作为其边界条件。

柏林中央合作银行 | 工程师 SBP  © 图片来自网络

汉堡历史博物馆项目，通过清晰的传力途径，采用拉索去稳定只处于受压状态的构件，最大程度实现通透感。

汉堡历史博物馆 工程师 SBP  © 图片来自网站

法国斯特拉斯堡火车站项目是我亲自参与，背后是100多年历史的石材建筑，为了扩容有更大的接待厅，在前面加建了160米长的“玻璃泡泡”。

因为不能把一个新建结构撑在原有石材结构上，因此做了拱形钢立柱独立承力，同时为了稳定拱形结构，采用了手指状索系结构，在满足抗震要求的同时，实现了非常好的结构通透性。

斯特拉斯堡火车站 © 图片来自网站

找形是偏学术的话题，实际上就是把结构体系中的受弯应变能最大程度转化为拉压应变能。

© 图片来自网站

建筑结构大师Frei Otto曾在斯图加特的轻型结构学院，从最低结构量进行了研究，引入了相对长细比，承载能力，可定量的评定不同结构体系之间的轻盈性。

© 图片来自网站

最早，人们采用倒置悬挂模型方法找形，材料满足胡克定律且只承受轴力。

但当找形不仅限于一维的仅可受拉绳索，而变为可双向受力的曲面，力的传递有了多种方向的可能性，而且材料的面内刚度也使力流有了更多重渠道传递至其边界，即材料的特性也需要被考虑在内，这些研究鞭策了我们在二三十年后做的结构和创意。

© 图片来自网站

以奥雷舍人设计的深圳中兴通讯总部项目的采光顶部分为例，分析对比了几种不同的网格形态。

© 奥雷舍人

使用Evolute工具，对离散网格面进行找形（MESH RELEXATION)和细分(SUBDIVISION)，可以用权重系数的方式平衡各种特性：

1、曲面平顺度

2、等边三角形或四边形

3、四边平面（Planar quad)或翘曲

4、六边形无扭转节点（利用ball packing）

© 图片来自网站

三角形网格在很多情况下，被认为是默认的选择，因为每片玻璃都是平板，但是三角形的网格加工制造会有六个杆件、有六个不同的方向等问题。

我认为四边形网格将是未来设计的潮流趋势，四边形的网格，对结构的挑战要求比较大，但是结点加工制造比较容易的。

© 图片来自网站

圆环面原理是可以用来降低四边形网格玻璃加工制作难度的一种解决方案。圆环断面具有简单曲面、规格统一、结构高效的优势。

© 图片来自网站

Parque Toreo Centre项目采光顶比较复杂，通过结构需要的非常大的三角形，解决的眩光的问题，同时美学的兼容性也是比较好的。

© 图片来自网络

巴黎圣拉扎尔地铁站，是我们做的一个小尺度项目，相对结构非常的纤细，通过焊接的节点实现不同的角度的变化。

© 图片来自网站

一个节点解决了一个特定场景下结构传力和连接几何的问题，而标准件是在特定的语境下存在的。在卢森堡的项目中，结构件有双向拉杆结构，拉杆的端头不是标准的，可以解决旋转和伸缩。

© RFR 

随着3D打印时代到来，更具个性化的节点在采光顶结构中是可以实现的，随着材料、制作工艺、设计方式的进步，节点设计一定会越来越不拘泥于仅仅满足结构和调节要求，而可以进一步衍生成为几何与美学相结合的产物。

以上内容来自于2021α世界建筑设计与技术革新大会-《建筑之“冠”—采光顶、金属屋面技术论坛》论坛——于辉先生演讲实录。

了解于辉先生更多观点，扫码查看直播回放

建筑新材料·新品推荐

更多建筑新材料推荐，关注WINDOOR新品推荐平台

α 建筑设计与技术·北极星奖

奖项发起于2014年，以“唯有创新永恒不变”为理念，聚焦全建筑领域最前沿新建筑、新设计、新产品、新技术、新趋势。在中国唯一获得国际权威组织——AIA美国建筑师协会认证、并在全球同步推广的年度盛事。是专注于推动建筑领域创新的公益奖项和专业性的奖项。

2022α世界建筑设计与技术革新大会暨展览会

2021年，我们联合建筑师、艺术家、材料商，运用新材料、新技术、新设计、新工艺共同策展。2022年，我们将继续探索，邀请2021-2022年度有具影响力，有创新，有趣，热门的项目展示、交流！100+甲方、建筑师、幕墙设计师齐聚分享,让大家看到更多新项目、新设计、新技术、新材料。