自從建築師和結構師分工明确之後，選擇建築的形态和結構類型的主動權基本都在建築師手中，尤其是民用建築中，框架結構占據了絕對的主導作用。但是也有一些結構類型卻能被結構玩出了一朵花，比如說，互承結構。

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什麼是互承結構？

互承結構這個概念首先被英國建築師格拉漢姆·布朗提出，先後得到了諾丁漢大學約翰奇爾頓和謝菲爾德大學奧嘉波波維克等學者的認同。

其論述的互承結構為一種三維格架結構，由一圈相互支撐的構件構成，這些構件圍着内圓切線布置，每個構件的一端都順次搭在下一個構件上，另一端則搭在柱頭或者承重牆上．如果構件兩端都搭在相同類型的構件上，那麼一定數量的這種結構以相同的方式連接後就成了＂多重互承結構＂。

圖1. 幾種互承結構構件的搭接方式

互承結構的構造特點：

１．構件均短于總跨度，且互相支承。

２．不存在兩根構件公用同一端點的現象，從而避免形成鉸接節點。

３．所有構件在結構和幾何上的重要性均相同。

圖2. 典型杆系互承結構

因為互承結構是一種以杆件相互搭接為特征的杆系結構形式，避免了多個杆件交彙于一點，從而簡化了節點的構造。再加上互承結構通過杆件之間的相互支撐解決了彎矩傳遞的問題，并且利用小尺寸的構件實現了大跨度的結構，因此特别适用于木結構等結構。從構件角度來看，互承結構為使用直構件提供了實現彎曲三維複雜形式的可能。同時，這種結構對節點技術的要求很低，使其可以短時間内完成搭建和拆卸。這些優點使得互承結構成為多種應用的可能解決方案，從短跨度頂篷到幾何形狀複雜的結構形式，再到快速建造的緊急情況，一應俱全。

圖3. 同濟大學創意設計學院大廳展出的互承結構

不僅如此，因為其結構構件布置富有韻律美感切有很強的數學性，可以生成無數種規則的幾何形态或者自由随機的形态，所以也備受建築師青睐。

圖4. 互承結構可生成的幾種結構形态

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互承結構的前世今生

從古至今，放眼中外，已經有很多建築師和結構師對其進行了研究和實踐。但是由于這種結構的幾何構形複雜，找形困難，且形狀不可任意實現，因而随着鋼筋混凝土結構和鋼結構的發展而逐漸被人們忽視。近年來，随着分析技術和建造技術的發展，互承結構又逐漸受到了一些歐洲和日本的學者注意。現在伴随着分析軟件的興起，不僅在找形理論方面有了長足的長進，而且能用軟件進行分析和優化，最終建造出一些具有現代特點的互承結構形式。

圖5. 同濟大學展出的互承結構

對互承結構體系影響最大的人之一就是文藝複興巨匠達芬奇。他較為全面的研究了互承結構并設計裡多種可能的形态，巧合的是，有一種形态與中國的虹橋結構極為相似。達芬奇甚至還設想了這些結構在實際工程中的應用，比如他繪制的類似虹橋的結構是為了解決臨時軍事橋梁的架設問題。

圖6. 張擇端畫中的虹橋結構

日本一著名建築師石井和紘多年來緻力于日本傳統建築文化的挖掘和創新，他那後現代味道十足的“54”系列建築對當時的日本建築界影響重大。他設計的幾座互承結構建築中，熊本縣清和文樂館的表演廳屋頂最為精巧。石井和紘的互承結構概念主要來源于兒童遊戲，他說：“小的時候，我常常将三支球棒樹立起來玩耍。”他還從一種叫騎馬戰的遊戲中找到靈感，并将其應用到了表演廳屋頂結構中。而在他設計的清和村物産館和直島綜合福利社遊泳館中則使用了類似虹橋的編木結構。

圖7. 熊本縣清和文樂館的表演廳屋頂

圖8. 清和村物産館頂

著名的結構設計師塞西爾·巴爾蒙德也将互承結構運用的風生水起。在2005年的倫敦蛇形畫廊臨時展館以及美國密蘇裡州聖路易斯市的森林公園展廊中，互承結構被他運用出了新的面貌。

圖9. 2005年的倫敦蛇形畫廊臨時展館

其他的具有代表性的互承結構還有日本六甲垂枝天文台鋼互承結構以及２０１０年第十二屆威尼斯建築雙年展上普利茲克建築獎獲得者、也是中國美術學院建築藝術院院長王澎教授設計的“衰變的穹頂”。

圖10. 日本六甲垂枝天文台

圖11. 日本六甲垂枝天文台鋼互承結構

圖12. 王澎教授及其團隊與“衰變的穹頂”合影

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互承結構的研究現狀

前面提到，互承結構作為前沿課題，有越來越多的學者對其進行研究，相關的工作主要是互承結構的找形方法和結構形态的優化。

對于結構找形，通過對與基本互承單元的研究，認為杆件長度、搭接長度、坡角等是影響簡單互承結構形狀的主要參數。即通過調整這些參數可以彙總啊到符合建築形态要求的結構整體形狀。目前主要有物理過程模拟和結構優化兩種方法。大部分的學者都采用後者方法來解決找形問題。比如說通過基于遺傳算法通過反複叠代找到滿足結構構型條件的最優解；通過遺傳算法找到拓撲構型後采用梯度法加快收斂速度；針對構件相同的互承結構，提出循環搭接找形法等等。還有學者通過對比群體随機搜索方法中的遺傳算法和單點搜索優化方法中的拟牛頓法，認為後者具有更高的計算效率。目前結構找形的難題是雖然這些算法适用性強也可以智能搜索，但是效率不高、收斂性不好、容易陷入局部最優解。

圖13. 互承結構的基本單元

在形态優化方面，目前公認的是杆件搭接系數、旋轉角度和網格疏密程度是影響互承結構形狀的主要參數，在結構設計中可以通過調節這些參數使結構形态更好的符合建築造型并獲得更豐富的結構形态。

與簡單框架結構相比，互承結構對于材料的用量更多，受力分析也更加複雜，也許會成為其推廣的一大障礙。但是小編相信随着木結構的再次發展和分析軟件以及算法的研究不斷深入，互承結構會有很大的機會走入人們的生活。

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