[摘要] 建筑中的柱子兼具有建筑表现和结构受力的作用。细柱作为柱子表现的重要形式之一，追求柱子的精致设计、极致纤细，为建筑师和结构工程师带来了更大的挑战。我们一起来看看细柱的建筑结构表现形式。
一 柱子的表现形式
随着工程材料和技术的发展，建筑不再依赖粗重而密布的石柱支承荷载。经过建筑师和工程师不断地探索、尝试和和创新，柱子的设计形态出现了三种分化。
1、追求柱子断面纤细轻巧的效果，即细柱(细长柱)。细柱结构的关键问题是受压稳定问题，其材料强度不能充分发挥。欧拉稳定临界应力是细柱难以突破的极限。
现代主义建筑大师密斯·凡·德·罗在实现其空间理念"Less is more"的作品中，经常采用的“密斯柱”即是典型的细柱。以巴塞罗那国际博览会德国馆(Barcelona Pavilion,1929)为例，柱子高3.1m，截面为不常见的十字形。
从结构受力方面分析，十字形截面的“回转半径”相对于其它截面的更小，柱子长细比更大，是力学意义上的细柱。
2、追求柱子数量少，将柱子“凝聚”成少而粗的巨柱。巨柱形象厚重，富于气势，其结构一般不存在稳定问题，材料强度得到较充分的发挥。因此，柱身设计更加自由，其截面不局限于方形和圆形，可以塑造出各种特色截面。
以皮埃尔·奈尔维设计的都灵工人文化宫为例，巨大的柱子和放射状钢梁组成一个个撑开的伞。每把“雨伞”是一个独立的单元，撑起十分开阔的内部空间(柱间距38m x38m)，巨柱下段断面为十字形，上段渐变收小为圆形，呈现出一种粗犷、挺拔的形象。
3、将柱子几何“离散”成若干个分枝，拓扑演化形成分叉或编织，统称为“树形柱”或“分叉柱”。树形柱将荷载传递由一点变为多点、支承覆盖范围大，提供了更多的传力路径。树形柱分支能够减小屋盖结构的跨度，有利于形成更大跨度的空间。
以上海浦东机场T2航站楼为例，建筑采用了Y形斜柱支承的张弦梁屋盖结构，创造出轻盈、活泼的超大空间。两级分叉的树形柱有效地减小了屋盖张弦梁的跨度，提升了建筑室内净高。设计师对树形柱构件和节点细节做了精细的处理，建筑-结构一体化设计使得结构成为建筑表达的亮点。
二 细柱的实现方法
对于柱子设计形态的第一种分类—细柱，为了追求柱子的精致设计、极致纤细，建筑师和结构工程师共同迎接挑战。下面简要分析了采用细柱手法的若干经典案例，归纳了实现细柱设计的数种方法。
轻型的荷载
细柱在结构压力作用下容易发生失稳破坏。为了防止失稳，首先需减小柱子的轴压力，即减轻单柱所承受的压力荷载。
妹岛和世+西泽立卫于2009 年设计的蛇形画廊(Serpentine Gallery)，展区由细细的柱子支撑着蜿蜒连续的铝板，铝板反射树木、地面和天空的映像，与周围环境形成呼应。
画廊中细柱仅承受一层轻质屋面(铝板)的重量，其荷载仅大约相当于普通混凝土楼面恒活荷载的1/20，约等于一般建筑轻质屋面恒活荷载的1/5。且蛇形画廊属于临时建筑，在其使用期间遭遇大风和地震的概率极小，设计时几乎不考虑水平作用力，因此其柱子比普通建筑的柱纤细很多。
加密的布置
为了防止细柱失稳，另一种减小柱子轴力的方法是加密柱子布置，进而减轻每根柱所承受的压力荷载。妹岛和世在早期的公园咖啡厅设计中，曾采用1.5米x1.5米的小柱网来实现细柱设计。
在大型建筑中，加密柱子可能导致空间局促且凌乱，因此在设计中并不常见。比较成功的案例有赫尔佐格和德梅隆设计的波尔多大西洋体育场(Stade Matmut-Atlantique)。
波尔多大西洋体育场由纤细而密布的柱子支撑起屋顶。纯白色的密柱如同明亮的光线或水滴渲泄而下，将体育场巨大的矩形体块感消解于无形，营造出一个充满活力的空间。柱子细密的线条同时也促成了建筑开放的立面表现。
在结构设计方面，建筑共有644根圆钢管柱。看台下方的柱子承受较大压力，截面较大;而建筑外围柱子密布，且由于屋盖内侧悬挑，导致外围柱子仅承受拉力或很小的压力，柱子可设计得非常纤细。
柱高最大高度约37米，其长径比最大达40，显得格外细长。此外，由于法国当地地震作用小、体育场采用轻质简洁的屋面，每根柱分摊的轴力和弯矩都比较小，使得该建筑方案得以成功实现。
释放弯矩
常规的框架柱截面大小，除了受压杆稳定的影响以外，柱子承受的弯矩也是一个重要影响因素。弯矩一部分由水平力(风和地震作用)引起，另一部分是梁柱刚接节点的平衡弯矩。从这两点出发，减小柱子内的弯矩，是缩小柱子断面的有效手段。
日本东京的冼足连结公寓(G-Flat)实现“细柱”的方法是将集合住宅的“剪力墙”布置在建筑平面的中央，相邻两个单元的剪力墙方向垂直交错布置，以抵抗各方向的水平力。由于剪力墙的刚度远大于钢柱，剪力墙分担了绝大部分的水平力。因此，钢柱几乎只承担轴压力，因此其截面尺寸可大幅缩小。
日本直岛海之车站也采用了类似的剪力墙与细柱组合的结构形式。海之车站是一个建筑面积约600平方米的轮渡站，屋面为压型钢板(1.6mm厚)轻质屋盖。
支承屋盖的钢柱直径仅85mm，柱子长度与直径之比达到60。显然如此纤细的钢管无法抵抗海风和地震引起的水平力。用于抵抗水平力的是8片纤薄的钢板剪力墙。钢板墙表面设计成镜面不锈钢，布置在车站开敞的空间中。镜面映射周边景色，与环境融为一体，不容易被察觉到。
日本金泽海之未来图书馆(Kanazawa Umimirai Library)的细柱则依赖于另一种结构形式。图书馆长宽高为45m×45m×19m，共有3层，被设计者称为“蛋糕盒子”。幕墙是有着6000个小圆孔的GRC板和阳光板，把柔和的自然光引入室内。一种网格状的交叉支撑钢结构藏在幕墙内部，承担了全部水平地震力，其受力特性近似于框架支撑体系中的支撑。
图书馆内部的25根、高达12米的钢柱，仅需承受来自屋顶的重力。为了消除屋面梁传递给柱子的平衡弯矩，柱顶采用了铰接节点释放弯矩作用。
预应力
解决细柱因压力失稳的方法，除了前文提到的减小荷载和加密布置以外，利用预应力技术减小甚至消除轴压力是一种新颖的方法。石上纯也设计的神奈川工科大学KAIT工坊(Kanagawa Institute of Technology Workshop)，令人印象最深的是细密的白色柱子，正是采用了预应力技术。
KAIT工坊最初构想的意象是树林。305根柱像小树一样错综密布在建筑中，编织成一个有密度、非均质的柔和空间。建筑被主要分为14个开放的区块，空间因柱子的分布而生成，相互独立又融为一体。
结构如何实现?一直是人们对KAIT工坊最感兴趣的话题。实际上高度为5m的305根柱子当中，只有42根是承受竖向荷载的受压柱(钢板柱截面为62x90mm)，其余的263根钢板柱是施加了预拉力的吊杆(钢板厚度16~45mm，宽度96~160mm)，仅用于抵抗水平力。受压柱下端与基础刚接，上端与钢梁铰接，以释放节点的弯矩;吊杆钢板的上下两端均为刚接，以最大程度地提供结构抗侧刚度。
KAIT工坊的吊杆不存在失稳的问题，严格意义上也不算是柱子构件。吊杆的钢板朝向随机变化，既可以抵抗来自不同方向的水平力(风和地震作用)，又使人们身在其中看到不同宽窄的构件变化。由于纤细吊杆的数量远大于受压柱的数量，且吊杆沿钢板厚度方向的尺寸极小，因此置身于建筑中给人以柱子纤细至极的视觉效果。
以上介绍了实现细柱的四种方法，在项目实践中可以综合运用上述方法。例如KAIT工坊项目中以施加预应力的方法为主，同时也结合了密布柱列和释放弯矩的方法。
三 结语
追求柱子精致设计、极致纤细的建筑方案中，细柱既是建筑师表现极简、轻巧的元素，也是结构师追求力学极限的探索，需要建筑师和结构师朝向共同的目标，紧密的合作。文中诸多经典案例也从侧面说明，建筑和结构设计相融合的重要性。
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