摘要：本文从近年来建筑设计中的一个特殊分支——历史建筑再利用的角度，讨论了钢结构在建筑学中的应用。首先，介绍了建筑理论史上改造思想的发展，阐述了钢结构能够成为建筑改造中重要手段的原因。其次，依次剖析了建筑改造的各个理论分支，结合具体案例阐释了为何钢结构能够在实践中实现历史建筑再生的意旨。再次，从结构方式角度说明并梳理了几个重要案例的结构实现方案。最后，对钢结构在历史建筑再利用方面的广阔前景作了展望。

关键词：历史建筑再利用；钢结构；结构表现

1.1 历史建筑再利用思想的发展

建筑改造包括建筑改建与扩建。在建筑改造的过程中，建筑师的任务是利用原有建筑（材料、结构等），通过改变、加建等手段，创造出适应新情境所需的空间。

21世纪的今天，历史建筑再利用已成为建筑学中极其重要、值得独立讨论的分支。然而，在历史的语境下旧建筑保护与利用的思潮经历了漫长的演变过程。

19世纪，作为哥特复兴运动的产物，有关于历史建筑再利用的思想萌芽最初表现为针对遗产建筑的保护与修缮。材料高度保真构件的加入主要是为了修补建筑残损的风貌或是帮助保持结构的有效性。

1964年，《保护文物建筑及历史地段的国际宪章》（威尼斯宪章）被修订。作为体现古迹保护基本精神的宪章，首次提出了新材料可以在不改变建筑风貌的情况下被使用。这可以视作是旧建筑利用与保护思想的基石[1]。

在此之后，历史建筑工作实践领域最优秀的先驱者之一卡洛·斯卡帕在旧建筑的修缮与保护过程中开始使用崭新的材料。此举意图在于尝试将现代技术的逻辑与历史文化的逻辑衔接起来，让历史与现实在冲突中产生一种充满张力的场所美感。

尽管在当时被视作异类，但斯卡帕等人的工作确实扩大了“历史建筑”这一词汇的内涵。除去那些被奉为圭臬（比喻事物的准则）的经典作品，大量普通历史建筑，即那些仅仅作为人们日常性行为发生场所的普通用房开始进入保护者们的视野。发表于1976年的《内罗毕建议》明确地将再生与利用作为保护的内涵之一。

至此，建筑的保护与利用不再孑然对立。文物修复专家、建筑师、结构工程师，就像对待所有追求整体性与表现性的建筑项目那样，共同参与到这种半开放的设计命题中来。

1.2 我国历史建筑再利用的现状

我国历史建筑再利用起步较晚，但已经成为了当下城市建设的当务之急。目前我国历史建筑的面积达到了15.31万㎡并且仍在以600~700km2/年的速度增长。但在我国的历史建筑再利用过程中仍然存在种种乱象，譬如改造后历史身份消失，改造中整体效能下降，技术应用不合理、更新思想不恰当，违章改建等。

其实，不仅仅是历史建筑，现存的建筑，无论其是具有历史价值、艺术价值、社会价值或经济价值，都可以视作为再利用的对象。如果能完善建筑再利用技术、推广建筑再利用理念，无疑对社会、经济的可持续发展都具有优良效益。

1.3 钢结构与历史建筑改造

钢结构与历史建筑改造有着密不可分的关系并且在这一新兴领域中具有无可代替的优势。站在建筑改造的立场上来看，钢结构轻盈、表现力强、适应性强，才能在众多改造材料与手段中脱颖而出，成为了历史建筑再利用中最常见、易得的材料。简而言之，钢结构能够满足普遍意义上优秀建筑的三大标准：“适用、坚固、美观”。至于钢结构如何从建筑空间的表现和结构性能两个角度同时达到改造要求，可以结合具体案例进行分析。

21世纪的建筑学是建构的建筑学，建构不再仅仅指向单纯的空间或表皮，而是通过建造中的逻辑将建筑结构、空间结构等部分有机地结合在一起。同样，在历史建筑改造与扩建的过程中，合适的结构方案能够使新、旧建筑在建构的层面上交流、对话，对21世纪建筑学也有着重大的意义。

运用钢结构对历史建筑进行修缮、加建、改造的策略可以追溯到17世纪。1667~1670年间，卡罗迪·佩罗在对卢浮宫的扁平柱顶过梁和穹顶做的加固修缮就使用了锻铁构件（见图1）。另一位建筑师苏夫洛在巴黎先贤祠的重建工程中采用了铸铁构件对于入口处的山花进行加固。

图1 1667~1670年卢浮宫“佩罗”柱廊工程开始使用锻铁结构作为辅助加固手段。

18世纪中叶以来，随着对于材料破坏机理的研究的逐渐深入，以及近代力学对于材料受力特点把握的完善，钢结构在历史建筑再利用中所能够发挥的潜力进一步被人们所认识。相比较传统砖石结构的抗拉性能弱、结构弹性弱、自重大等缺点，以及相对于木结构易腐蚀、耐久性差等问题，钢结构所具有的自重轻、弹性好、抗拉强度大等特点恰能在这样的基础上和原材料形成互补，充分发挥材料受力性能，增强建筑结构的耐久性，达到延长建筑使用寿命的目的。

此外，历史建筑的特殊性质对于材料的施工操作也提出了要求。为了避免破坏原场地及立面材料，施工过程应尽量将对现场环境的影响减至最小，能够更自由地配合原有建筑的形态。钢结构在生产方式上本身具有轻型化、装配化、适配化的特质，加上在荷载传递上对于原建筑的影响较小，满足了历史建筑改造的普遍要求。

2.1 建构方式的延续——钢结构在东方的地域性表达

在建筑修复理论成型之初，“风格性修复”曾一度是学界的中流砥柱。勒·杜克提出的“风格性修复”旨在强调追求建筑形式的统一和建筑风格的完整性。因此，风格性修复要求运用原先历史时期的技术手段进行修复并追求新旧材料在物理特征和力学属性上的完全一致。

在中国南方的砖木混合民居建筑中，木结构组成的框架体系无疑是其中最具代表性的一种。木结构几乎天然地表达了地域性，而钢结构与木结构的某些相似之处，又使钢结构成为了濒危木结构的替代品，传承了地域精神（见图2~图3）。

事实上，钢结构能够延续地域性建筑，在建筑理论史上亦有其依据。著名的建筑理论学家森佩尔在他的“材料置换理论”中提出：人类文化的发展有时会出现材料的置换，即在守护传统文化符号的前提下，另一种材料可用于诠释先前材料的建筑原型，钢结构与木结构有着相似之处，两者都表现出轻盈的杆件状结构，强调结构的裸露与真实，强调杆件与受力情况的一致性[2]。

本文挑选了一个在当今中国看来十分常见做法案例中的典型——位于贵州遵义的民宿改造，设计由建筑师傅英赋完成。这幢小房子原先的功能为“烤烟房”（见图4），是当地传统产业的一种。将这幢传统工业建筑修改为民宿，意义在于保护传统建筑形式与当地的产业记忆。钢结构在建造逻辑上贴合了原先的木结构屋面，结构形式上也与原材料形成了紧密的联系。虽然现代感很强，但丝毫没有打破传统建筑的风格。

项目的策略是通过钢框架的植入加固原有的结构，承受新加入活动的荷载。在建筑内部嵌入钢框架（见图5）可以分离围合结构和承重结构，形成双层嵌套。原先的石棉瓦屋面被替换成钢框架的透明屋面（见图6）。整个钢框架与外墙的原有木梁搭配，代替了那些腐朽的木制构件，重新形成完整的框架体系（见图7）。

在这样的项目中，钢结构的设计并没有表现出过于高超的技巧，而仅仅是模仿传统坡屋面的结构，平实地与自然对话。

2.2 科学性修复——钢结构的自我表达

图7 建筑改造方案示意图

随着修复工作的开展与实践，乔瓦尼诺在1930年前后提出了科学性修复并引入了“形象解析”（Anastylosis）的概念。这一概念是指对于历史建筑现存的破碎部分，可以引入对于整体修复影响较小的中性材料。这种“中性”指的主要是构造与结构上的中性，而对风格或建筑氛围并无限制。至此，大量钢材、玻璃被引入建筑物的更新之中。这些附加物与原有的破碎遗址共同组成整体，通过新旧拼贴的手法展现出一种特殊的建筑魅力。

位于西班牙的古老城堡Garcimuñoz Castle （见图8~11）就是运用钢结构对古建筑进行科学性修复的典型。该古堡的原结构是典型的砖石砌筑结构，若再要按照原结构进行修复已经难以整理出条理。因此，在修复上建筑师大胆地使用了强有力的介入手法——使用了包括网架、平台钢结构、桁架等多种钢结构来加固原结构并创造出新的空间。

图8 西班牙Garcimuñoz Castle改造项目全景

建筑师使用了镀锌钢材和彩色玻璃作为改造的主要材料，无一不在营造着空间活泼、现代的气息。

伴随着新的结构，一系列的新功能也被植入

到这个场所之中——露天电影院、影视音像图书馆、咖啡厅、餐厅、酒吧等。

当地法规规定，这样的改造必须为临时建筑，在未来可以被继续改造或替换。因此，建筑师索性全部使用钢结构，在建筑内部上演了一场“钢结构的盛宴”。在这个建筑中，圆钢、工字型钢、桁架、树形支撑、平台钢架……这些手法以西班牙特有的后现代主义手法结合在一起。历史建筑营造了整体性极强的氛围，而这些碎片般的新手法点缀其中。同时，多变的钢结构自身恰恰是为了适应历史建筑各处不同的缺损与结构缺陷——并且由此而需要不断变换其受力方式。功能的复杂性通过结构的复杂性表现出来，但结构的复杂性又是对于原建筑的保护和烘托。

在当下，这种修复手法正在逐渐变得流行。比起单纯地模仿传统地域中的建构方式，展示钢结构自身的建构逻辑和美学亦不失为一种有力的手段。

图11 钢结构扶手节点

2.3 最小干预原则——钢结构的“结构性”

发表于1976年的“内毕罗建议”扩大了“历史建筑”一词的内涵，也进一步拓展了历史建筑修复的思想策略。这项提议最终被表述为“最小干预原则”，即尽可能少地干扰建筑本体，保持建筑历史面貌以实现历史信息的表达。随即而来的一系列技术策略，其中最重要的包括附加构件的隐入、独立技术体系的插入，独立技术体系往往为轻型结构以减少与原体系的关联或弱化对原体系的影响。

位于上海民生码头的筒仓改建就是这样的一个实例（见图12）。为了向混凝土主体的筒仓（现为展览空间）植入一个新的功能空间，建筑师选择了使用轻型钢结构进行外挂的策略——而外挂的钢结构廊桥也作为一个独立的部分进行展示（见图13）。

同样，同济设计院的改造项目中也采用了类似的设计思想[3]。由巴士站改造而来的同济设计院，在功能设计过程中需要顶层加盖。原建筑结构为3层钢筋混凝土框架结构，主要柱网尺寸为15mx15m和7.5mx15m。加建部分为两层，由于原结构的承载力不足，必须采用自重较轻的钢结构（如图14所示）。

然而，这样的搭接虽然解决了荷载与历史建筑保护问题，上下部不同结构带来的不同刚度，对于结构的抗震设计也提出了挑战。最终，结构工程师采用了粘滞阻尼器来抵抗不规则的结构扭转和下部混凝土框架的刚度不足。

同济设计院改建和民生码头筒仓改建方案的相似之处在于：钢结构不再单纯作为旧建筑的修补或支撑，而以自己的建构语言参与到历史建筑的“再利用”中来。通过新结构的植入充分利用原有建筑物的荷载或空间余量，钢结构开始在建筑改造过程中展示出更积极的姿态。

同时，这种做法还有更深一层的涵意——保持历史建筑的可识别性。材料、结构的新与旧，保护了历史，像化石断层一样清晰地展现在人们眼前。

图14 同济设计院改造示意图

2.4 结构的替换——以技术策略为主导

对于一些原先体系已遭受严重破坏的建筑，建筑师需要和结构工程师一起采用更加高效的技术措施予以修复。新构件的加入改变了原技术体系的受力，转移了缺陷，新旧体系得以成为一个整体。

受地震影响或时间过长面临坍圮（tān pǐ，崖岸或建筑物或堆起的东西倒塌，从基部崩坏）危险的建筑中，这种做法尤其常见。在汶川地震中受损的四川慧剑社区中心就使用了钢结构对原结构进行替换并重新修整了内部空间（见图15~16）。

修复过程首先将屋顶与砖墙分离，沿建筑纵墙、横墙选取关键支撑点，向墙体内、外下挖6m左右直到持力层，灌注混凝土形成灌注柱（见图17）。建筑内部采用了筒形核体，使16根钢柱的结构基础脱离原有墙体4m以上，形成4组筒形核体。各层外挑平台渐次错开，形成各种功能空间（见图18）。其后，在两端搭接工字型钢桥，桥上立钢柱支撑原有的屋架结构重量，将原先脆弱的承重墙体变成围护体系，使之满足现有抗震规范设计的需要。

图19 天空图书馆

修复后的建筑不仅以钢结构作为主体结构，也形成了许多极富表现力的空间，如建筑顶部在钢桁架包围下形成的天空图书馆（见图19）。

早在多年前，阿尔瓦罗·西扎在对意大利Salemi城的教堂保护中就使用了钢桁架对拱券进行加固。这种做法的特殊之处在于，桁架不充当拱券内任意一个受力构件，而是提供一个新的桁架结构，将拱券悬吊在半空中。

21世纪，对于历史建筑该如何保护的态度仍然存在分歧。一些人以“原真性”为核心，事无巨细地保留一切历史信息；而另一种声音则强调“修复性保护”。

和其他所有新加入的材料一样，钢结构在历史建筑修复过程中同样面临着一种道德上的争议——即应该选择“消隐”，抑或“彰显”？这两种态度事实上暗示了钢结构在这一领域中继续发展的两种可能的方向——成为主角，还是配角？

在中国或是全球的历史建筑修复实践中，过去更多的做法仍然倾向于消隐。譬如在中国大量木结构（也包括砖石结构）的古塔、古寺中，运用扁钢对原结构进行修复和加固的做法已经十分成熟。扁钢由于其体积小、延性好、强度高，能够进行榫卯节点、杆件的修复，但在这一过程中，人们仍然小心翼翼地尝试，将钢结构的部分尽力隐去[4]。

建筑改造项目往往可能走向两种极端状态：一种是盲目地崇拜传统，将“修旧如旧”进行得过分彻底；另一种的形式则显得过分夸张，对比过于强烈，使历史建筑失去了原有的氛围。而钢结构作为新的结构，在它的表达语言中似乎披着一种地域性表达的色彩，又不失自身的形式语言，成为了规避极端状态的较佳选择。

然而，在这种情况下，钢结构是否真的能够既适应建筑的历史氛围，又从容地执“一己之辞”进行表达呢？以笔者的观点来看，现在钢结构在历史建筑修复这一领域的应用仍然存在着较大的发展空间。从20世纪到21世纪，随着钢结构的飞速发展，钢结构的语言表达也愈发丰富——出现了各类钢结构的体育场、车站巨构建筑，也出现了诸如蓬皮杜艺术中心或是密斯·凡德罗作品这样的钢结构建筑形态。更加富有表现力的，诸如日本代代木体育场（见图20）或葡萄牙里斯本车站（见图21），悬膜结构、树状结构、曲面桁架、参数化设计，各类高新手法不断地加入到了钢结构的发展之中。但我们不难发现，尽管独立的钢结构建筑语言表达在不断丰富，运用于古建筑改造的钢结构语言却仍然显得相对原始——大多以简单的三角形桁架、钢架或一些简单的网架构成。这样的做法固然充分发挥了钢结构的受力性能，但未能充分地表达钢结构的建筑语言[5]。

此外，钢结构天生带有一种结构理性主义的倾向，即建筑形式忠实地反映受力形式。这种思想恰恰和历史建筑的原真性保留存在某种精神上的暗合。同济大学建筑学院的著名教授冯纪忠先生曾提出过“与古为新”的建筑价值观，也许历史本就循环往复，钢结构既能代表历史建筑的精神，也该在必要时自信地成为“主角”。

从诞生发展至今，钢结构历来被人们认为具有轻薄、轻盈、通透、漂浮的特点。而在历史建筑修复这一领域中，除了结构自身的优势，钢结构具有更深层的精神表达能力，提供了一条连接历史与未来的途径。倘若能充分发挥钢结构的性能，势必能保护建筑的历史价值，完成具备功能转化、效能提升、能力整合和优化的综合性改造。首当其冲是要保持尊重历史和历史修复的正确价值观，而后运用现代技术，在强调人文化、生态化、综合化的基础上，谋求新、旧建筑的共同生长。自现代以来出现的各种尝试，正昭示了未来钢结构在历史建筑再利用中的广阔的发展前景。