一提起梁，大家的第一印象或許就是一條直線，A到B的過程，從祖先的一根過河獨木，到現在的跨海大橋，AB之間的距離越來越大，工程師的一生，或許就是和跨越糾纏的一生。
總的來說，跨越有兩種方法，第一種就是依靠結構的形態去承載，上凸形成壓力結構，下凹形成拉力結構，好比我們做平板支撐時，你的身體就是一根簡支梁，當你懷疑人生時不妨弓弓背或者索性肚皮貼地，此時你便輕鬆許多。
▲ 形態承載
但很多時候，空間、支座條件的限制以及教練的眼神讓我們只能平直的死撐，這時候，對於一根梁來說，下部拉伸，上部壓縮，中部不怎麼拉壓偷懶的材料只會增加結構的負擔，不要也罷。
▲梁的彎曲變形（下拉上壓）
所以跨度越大，越需要把材料集中在外側，中間掏空形成桁架、張弦梁等拉壓組合結構。
▲空間結構（通過拉壓抗彎）
對於中小尺度，為實現跨越，一般採用增加截面高度，改變截面形式的方法，其操作空間相對更大，同時帶來不同的空間體驗。下面小i 嘗試按照不同材料的邏輯和大家簡單聊聊中小尺度（約20m以內）下樑形式的一些可能變化。
混凝土梁
對於平面比較規整的建築，可採用預鑄混凝土梁，細節的處理也會讓人眼前一亮，東京工業大學生命科學研究院就是小 i 比較喜歡的一個例子，整個樓為清水混凝土構造。
▲東工大生命科學研究院
次梁採用預鑄T型簡支梁，兩肋組成一個單元，端部局部放坡增加截面的抗剪能力，與主框架樑脫開營造了一種天然吊頂的既視感。
▲預鑄T形梁
▲角部精緻處理
學校內圖書館地下為書庫和閱覽室，採用預鑄裝配式混凝土梁板，梁高800mm，實現了閱覽室的大空間。
▲預鑄裝配式混凝土梁板吊裝
預鑄梁截面呈特殊的S形狀，開槽與設備管線、照明相結合，實現了室內無吊頂的簡潔效果。
▲預鑄S形混凝土梁的室內效果
所以對於人工費比較高又想追求一些建築效果的，預鑄次結構是個不錯的選擇。但有時候業主有錢任性，怎麼貴怎麼酷炫怎麼來，比如下面這個豪宅。
▲Hemeroscopium House
Hemeroscopium house坐落於馬德里，住宅建築面積400平，於2008年完工，工期僅有7天，主要構件均工廠預鑄現場組裝。
▲工廠製作V形柱
作為住宅，Hemeroscopium House構件尺度相當大（高度約2.5m~3m），從而將層高消化在梁高範圍內，除V型柱和部分桁架為鋼結構外，其餘均為預鑄混凝土構件，截面為工字型以及槽型。
▲建造過程示意
▲頂部花崗岩
此時這些預鑄構件既是梁又是柱，最終竣工時候頂部壓了一個20噸重的花崗岩作為配重，小 i 是難以想像地震來的時候的樣子，默默祝福這位業主吧。
對於現澆混凝土梁來說，常見形態有矩形、倒梯形，梁的高度通常為跨度的1/8~1/12左右，在一些展覽館等高層高空間中，有秩序的大梁結合側窗和天窗，帶來漫反射的光影變化。
▲MUSAC Art Forum in León
矩形梁底凹槽可內嵌一些燈帶，同時視覺上也會感覺梁比較纖細，亦可作為吊頂。
對於變截面梁，結合彎矩的變化，有時候可以嘗試「卡拉特拉瓦式」的風格，整個結構的動感呼之慾出，但這種做法比較適合規則的平面，否則模板工程的量也是巨大的。
▲法國里昂火車站
▲倫敦金絲雀碼頭地下廣場
當梁從單向過渡到交叉網格，可以得到菱格紋或者井字的平面，梁的傳力也從單向到雙向， 梁的尺寸也可以適當的減小。
▲米蘭文化藝術中心
▲Sheats House – John Lautner
鋼樑
相較於混凝土梁，鋼結構梁的尺寸可以說小一圈，常規截面高度為跨度的1/15~1/20左右。
▲鋼結構構件尺寸估計
由於鋼材加工以及成型工藝比較方便，截面形式的選擇也多種多樣，單一的多邊形，組合截面，立面上也可依據彎矩需求改變截面高度。
▲鋼樑橫截面及立面
對於一些雨棚等承受輕質荷載的結構，鋼片梁是個不錯的選擇。
▲Gallery of Leaf-Structured Canopy
SAM Architekten und Partner
▲雨棚製作過程
對原有鋼樑進行幾何切割，錯位銲接後便形成了蜂窩梁，不同的切割方法帶來不一樣的韻律，還是原來的材料，局部掏空中部效率低的材料，轉化為截面高度，既提高了抗彎能力又方便了機電管線的穿過。但由於削弱了腹板，其穩定性值得關注。
▲蜂窩梁製作及樣式
▲芝加哥機場
金貝爾美術新館中，將鋼樑一分二，中間採用系桿連接，與柱子的關係也不同於常規的平接，格構化的構建思路使整個建築看上去十分的輕質。
▲金貝爾新館
結合結構的受力特性，鋼樑截面高度的變化以及外露的節點，一般人看到都會感受到結構之美。
▲諾丁漢大學游泳館
▲鋼結構節點
木樑
梁起源於木，古時候人們採用原木，現在大多都是集成木材，原木乾燥後的收縮率約為3%，現代木結構大多採用現代工藝加工的規格材和工程木材料，比如膠合木，CLT交錯層積材等。這些材料的強度、耐久性、穩定性、環保性、經濟性都要遠遠好於一般木材。
▲集成材料與原木對比
木樑的形式大多為單梁或者雙梁並聯的組合形式，可在雙梁之間設置一些燈槽等裝置，平面上也可採用不同形式的編織方案。
▲Neudorf sports hall
妹島和世做的鬼石多目演藝廳採用當地的杉木，吊頂包平，只露出270的高度，看上去木樑只是裝飾，其實截面由端部到跨中不斷加大，符合簡支梁的彎矩變化。
▲鬼石多目演藝廳
▲木樑斷面
由於木材不能像鋼結構那樣銲接或者混凝土那樣整體澆築在一起，所以節點基本都為鉸接，令人心動的一個當代木結構要數位於蘇黎世的Tamedia辦公大樓（Tamedia Office Building, Zurich /2013），節點不依靠金屬部件，而完全用木栓來銜接木樑和其他木結構。
▲Tamedia辦公大樓
為了建造Tamedia大樓，結構工程師首先對房屋架構中所要使用的木材進行了必要厚度的計算。然後在此基礎之上又多加了4釐米，以備萬一發生火災時，來保護木材內層。
▲鋼木節點
現在大部分木結構節點多採用鋼木節點，利用鋼的可塑性與強度，在木結構的節點處起到點睛之筆。
玻璃梁
一說到玻璃，我們第一反應就是「脆」，沒有延性，對邊界條件比較敏感。先看一組玻璃和鋼材的數據比較，基本的力學性能都打了三折。所以目前來說玻璃這種材料是不大適合做結構的，但，誰讓他好看呢，所以用到玻璃都是靜定結構，設計也增大安全冗餘度。
為了追求極致的通透，在小尺度的地方可以嘗試使用下玻璃梁，一般幕牆結構中會比較常見。
▲玻璃肋梁
▲Pola 美術館
東京有樂町地鐵站出口，有一個10米長的玻璃建造的懸臂雨篷，由建築師Rafael Vinoly設計，於1996年完成。
▲東京有樂町地鐵站懸臂雨篷
結構為四列平行相扣的膠合強化玻璃片組成懸臂樑。設計風載重為每平方米5kN與最高標準的地震作用。厚度19mm的玻璃平板開72mm直徑之孔洞，玻璃板之間搭接、粘合。每個玻璃桿件節點可承載12kN剪力。
寫在最後：在日常工作中小 i 也經常和院內建築師進行一些項目方案的前期配合，除了快速響應方案，我們也不斷收集案例，推薦自己心中那份小小的「執念」，對於大跨的部分，往往可以順利的定好方向，越是中小尺度的地方，越是反覆推敲，難以定論，也印證那句話，「最簡單的，就是最好的，也是最難的」 。
「對於高技派的鋼架、鋼索之類的有限建築語彙的熱衷。或者只滿足於橫平豎直樑柱體系都是值得質疑的。我們所探尋的結構，既非強加的形態，亦非笨拙的骨架。」——Cecil Balmond
大家共勉！
參考資料
1.《建築結構的奧秘》.川口衛
2. https://www.archdaily.com
3.Structure As Architecture.Andrew Charleson.
4. informal.Cecil Balmond
5. 維基百科
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