伊利诺伊理工学院校友纪念馆
©Mies Van der Rohe：结构的艺术
【AT导读】从2021年7月号开始，《建筑工艺》在作品解析之外，新增“图解工艺”专栏，以精心绘制的细节、简练提炼的注解、思辨的表达逻辑取代冗长的文章、晦涩难懂的论文，将建筑空间、结构、表皮等“工艺”多方位传达给读者，更易于理解和学习。本期《图解工艺》着重从“密斯式转角”的具体细节入手，分析实践中的技术逻辑，从小细节看大局。
Mies 角点问题
文/张毅、杨荣华、李俊男、林英群
01
范斯沃斯住宅的竖框切割
范斯沃斯住宅玻璃幕墙的转角结构（图1）通过在转角处对对称立面端部进行斜角处理，形成45°镜面转角。将原本1+1/4英寸乘3/4英寸矩形截面的竖直实心钢筋沿45°对称轴进行切割，然后焊接在一起。这种根据交叉口需求自由切割下料的方式，略有违背钢铁作为标准建筑材料的固有特性，密斯对待钢铁的方式与他对待木材的方式相同，可见此时他正在基于技术逻辑追求某些目标。
图 1. 范斯沃斯住宅的角落结构
范斯沃斯住宅（1945-1951） 范斯沃斯住宅的转角结构并不是按照钢材的一般逻辑来组织的，这种切割竖筋的方式很勉强，因为按照钢结构的一般逻辑，在转角处用一根方形钢筋就可以完成两个相邻立面的连接，就像密斯在柏林新国家美术馆所做的那样。
范斯沃斯住宅的钢结构体系层次分明，承重的“一次钢结构”由H型钢柱和C型槽钢梁组成，其中H型钢柱只贴附在建筑体量的外表皮上，并无体量交叉点。槽钢梁的平腹板朝外，与H型钢柱翼缘板面对面连接，钢柱表现为墙柱，槽钢梁不显示其缺口，而是作为建筑体量的平整外框；上下槽钢梁之间是用于支撑和分割玻璃幕墙的“二次钢结构”，二次钢结构分为两层，其中一层为“主框架”，用于幕墙的分割和定位，另一层为用于夹紧玻璃的“辅框架”。辅框架在室内侧焊接，在室外侧用螺栓固定，方便玻璃的安装。最终的立面非常简洁，主框架并不比辅框架更突出，而是隐藏在辅框架之间的缝隙中（图 2）。
图2 范斯沃斯住宅立面构成的逻辑
范斯沃斯住宅的立面结构合乎逻辑，但需要注意的是，密斯将幕墙主框架竖框插入到了辅框架之间的凹槽中，这与皇冠住宅等其他例子不同，后者将竖框与结构意图的表达方式恰恰相反，这或许也为范斯沃斯住宅与皇冠住宅在转角处理方式上的差异奠定了基础。
范斯沃斯住宅无转角柱。密斯将柱子置于建筑主体量体的两端，强化了八根H型钢柱在建筑立面的正面表达，但也暴露了前文提到的转角结构的冲突。汤丰龙在其著作《均质秩序与清晰建造——密斯·凡德罗》[1]中对范斯沃斯住宅转角结构的生成方式进行了推测：密斯很可能直接在水平剖面上创造了转角结构。从内框内角引出一条45°法线，直接用镜像构造法计算转角。内部副框自然被重构为截面为方形的竖柱，而主框的竖柱却在转角处，冲突难以调和。密斯最终的选择是让转角结构与立面两侧标准幕墙单元的结构逻辑保持一致——以标准的外框竖框作为端盖。然后将边缘切割并焊接在一起，同时将切割和焊接的节点插入垂直梁之间的内角。
这种通过继承立面逻辑强行生成转角的做法，几乎不可避免地导致连续立面上原本按顺序组织的组件层在转角处遭遇“意外烧毁”。例如，在美国铁路研究实验室协会的设计中（图 3），两面砖墙并没有形成常规的直角转角：密斯在转角砌体中构造了一个“W”形的缺角，将它们保留为单立面墙（而非转角墙）。尽管砖砌体比切割钢筋的侵蚀性更小，但密斯还是将钢板的转角切割成符合砖转角形状的形状。
图3 美国铁路协会研究实验室角落结构
美国铁路协会（1948-1950）建于伊利诺伊理工学院校园内，这里的墙体并非完全砌筑，而是在内层混凝土墙的支撑下单块砌筑，因此两块砖墙被砌筑成拐角处停止形成W型缺口的方法，原本很简单，但为了让墙体断面看起来像双块砌筑，密斯放弃了“全光滑”的砌筑方法，增加了大量截头砖，以混淆观众。
02
角柱及角钢
单从呈现效果来看，早于美国铁道协会研究实验室落成的校友纪念馆似乎对砖转角的处理更为清晰（图4）。两栋建筑都是在“钢框架+砖砌体墙”的基础上建造而成，不同的是校友纪念馆转角处底部的砖结构并没有出现W型缺角，而是在规则的砖墙转角处呈现出直角的体积。由于美国铁道协会研究实验室的设计较晚，我们有理由相信密斯并不满足于校友纪念馆中简单的处理，他明显执着于在转角处保留立面的原始逻辑，此时他希望转角处成为两个立面的并置，而不是某种“第三者”。
图4 校友纪念馆一角结构
校友纪念馆（1945-1946）建于伊利诺伊理工学院校园内，密斯经典的钢制转角最早在校友纪念馆中实现。
有趣的是，在这两栋建筑中，密斯对上部钢结构的转角处理表现出了看似不同的态度。两排H型钢柱在转角处相接，密斯并没有像在范斯沃斯住宅中那样将其做成直角，而是引入了“第三方”角钢来完成两者之间的连接。从之后的一系列实践结果可以看出，密斯是喜欢这种形式的。
需要指出的是，校友纪念馆、美国铁道协会研究实验室等建筑立面呈现的钢框架并非真正的承重结构，而是一组镶嵌着幕墙单元和砖墙单元的“皮框架”。H型钢柱用于支撑和分割幕墙围护结构，H型钢柱间距为实际柱跨的一半，截面尺寸远小于实际柱径，从而呈现出更轻盈、更修长的结构表现。最重要的一点是，转角处连接两柱的角钢结构并非上述所谓的“第三者”，而是两组立面单元在转角处断开后露出的外露部分。真正的结构柱钢结构砖墙图片，被怀疑是“第三者”的角钢只不过是“贴”在混凝土转角柱外层的一层钢皮而已。
至今密斯从未接受过引入转角处特有的“第三方”构件来完成两个立面过渡的想法，真正在转角处将两个立面连接起来的并不是角钢，而是背后的钢结构角柱。
具有里程碑意义的决策转变出现在密斯设计的皇冠大厦（图5）。皇冠大厦的构成和结构逻辑与范斯沃斯住宅类似：主楼两端悬挑于两边的柱子上，转角处没有结构柱；承重的H型钢柱也像范斯沃斯住宅一样附在立面幕墙上，形成壁柱关系。没有转角柱，密斯就无法效仿上述例子，用转角结构柱来连接两组立面。为此，密斯在相当于幕墙主框架的垂直位置，以与结构柱类似的关系，附接了一系列小尺度的H型钢“肋条”。它们不承受重量，但充当着一个支撑物。由于这些钢肋条的存在，就不需要像范斯沃斯住宅那样磨削幕墙垂直竖框。在转角处相接的两根钢肋条，形成了与校友纪念馆类似的情况。密斯直接设计的角部结构与校友纪念馆类似——只是这一次角钢后面什么都没有。
图5 皇冠大厦转角结构
皇冠楼（Crown Hall，1950-1956）建于伊利诺伊理工学院。皇冠楼是密斯经典做法的缩影，一方面将真实的结构柱附着于建筑外皮，形成与模型相似的“皮骨”关系；另一方面，附着于竖杆上的小型H型钢筋所呈现的结构意向与校友楼、铁道协会实验室类似，皇冠楼也因这两方面而表达出“真实结构”与“意向结构”的结合，成为密斯式转角最经典的例子，因此本文将称之为“皇冠式转角”。
在皇冠大厦无柱转角处选择用角钢竖向连接两根H型钢，意味着这种转角处理方式脱离了表皮与结构柱的关系，成为一种可以独立执行的转角形式范式。不仅逻辑清晰、施工方法简洁，角钢凸角与H型钢凹槽结合形成有趣的竖向“线条”，这种由工业标准件组合而成的古典形式，应该正是密斯梦寐以求的。
03
爱奥尼亚和积极性
抛开技术特点不谈，H型钢在形式上具有“单向正面性”的特点，这与古希腊的爱奥尼亚柱式并无二致，所面临的形式问题也如出一辙（图6）。爱奥尼亚柱式柱头有明显的“正面”与“侧面”差异，因此希腊人不会让一座神庙里所有的爱奥尼亚柱都朝向同一个方向——那样会造成神庙的正面与侧面不一致。垂直立面上的柱子只能用柱头从侧面展示。希腊人很自然地让爱奥尼亚柱在每个立面上都朝向外面，这样建筑的每个立面都有统一的正面。然而，角柱头应该朝向哪个方向呢？为此，雅典人创造了一种特殊的角柱式样，将两个互相垂直的爱奥尼亚柱头“融合”在一起，使角处的旋涡指向外45度——这样的柱头可以同时在角部使用。向两面倾斜45°的涡旋，虽然在两面都变成了“噪音”，但却是面对困境时巧妙的权宜之计。
图6 爱奥尼亚柱+爱奥尼亚转角柱+H型钢+皇冠式转角
对于密斯来说，H 形钢柱就是爱奥尼亚柱式。
密斯手中的H型钢柱是爱奥尼柱式，相比于侧面略显枯燥的爱奥尼柱头，H型钢侧面腹板与两片翼缘板围成的凹槽更富有表现力。建筑采用双向竖向H型钢与角钢组成转角“柱”，甚至构成逻辑也与爱奥尼角柱头相似，角钢作为真正的标准件，比起非标准的45°向外卷边更加明显，显得更加自然轻松。
密斯的“转角问题”其实并不是一个孤立的形式或结构问题，而归根结底是一个“正面性”问题。一方面，作为转折点，转角的形式特征和结构逻辑往往与正面不同；但另一方面，转角又是两个立面的终点，其参与“正面性”的呈现势必与其作为转折点的身份相冲突。可以说，密斯所面临的转角问题，是他在尝试用“单正面性”设计时，为了用具有“正面性”的构件来创造“双正面性”的转角形式的执念而诞生的。
其实，这样的转角难题并不是密斯所要面对的。在他早期注重流动空间的作品中，立面通常不是表现的重点。比如在巴塞罗那德国馆中，墙体组织呈现出凡·杜斯堡式的构图关系，墙体与围护多为“T”字形交叉关系，甚至很少有钢架幕墙。在一些砖砌住宅如朗格别墅中，建筑的外部是内部空间单元自由组合而形成的体积。这样的“体积构图”2并不具备所谓的“正面性”。因此，建筑转角只是普通的直角交叉，从未出现过类似上述的转角纠缠（图8）。
图7 巴塞罗那德国展馆布局示意图
巴塞罗那馆（1928-1929）是1928年巴塞罗那世博会的德国馆，德国馆没有形成封闭的体积，其玻璃幕墙作为单片墙体来划分空间，幕墙之间的交叉处呈“T”字形，形成风格派风格的构图，因此没有典型的正角结构。
图8：Villa Lange 外部体量示意图
朗格住宅（1927-1930）的体量是通过内部空间的组合而得到的，没有典型意义上的“立面”，转角只需要表达体量关系，不需要立面形式，因此其转角砖砌结构也就不足为奇了。
当转角连接的两个立面呈现出明确的主次关系（即只有一个立面可以称为“正面”）时，这种“单向正面”的转角并不难处理。在两个不同立面的交汇处，转角并不需要表达出自己属于哪个立面；相反，当这个转角能够充分刻画出两个不同立面之间的差异（典型的如材质差异）时，在效果上总是很容易取得成功。在矿产与金属研究大楼（图9）中，虽然建筑已经开始呈现完整的矩形体量，但建筑却只有幕墙作为“正面”。为了妥善处理主立面幕墙钢架与侧立面砖墙的交汇处，特意引入了与砖模数相匹配的缺口尺寸的H型钢，完成了标准钢件与砖砌体的一次宏大连接，类似“榫卯”的接头——这种转角呈现的“材质接头”远胜于其在“立面接头”中发挥的作用。在教堂的设计中，形式更为简单，由于幕墙段与砖墙段的交接仅发生在主立面的中间，因此建筑转角处的砖结构并未改变（图10）。与金属研究大楼类似，正面的幕墙与侧面的砖墙在转角处交接，但密斯借鉴了教堂简化连接方式——仅在体量的两端延伸出转角钢柱。一块砖的大小使砖墙可以先完成自身的转角再与立面上的钢柱连接，巧妙地避开了复杂的转角结构（图11）。
图9 矿物与金属研究大楼角部结构
伊利诺伊理工学院的矿物与金属研究大楼（1941-1943）建造于此，H型钢与砖砌体的“榫卯”连接并非是理所当然，在这里，密斯追求两种不同材料的“平等”地位，并庄严地表达了它们相互关联的关系。
图10：教堂外部空间示意图
伊利诺伊理工学院礼拜堂（1949-1952）建造，该礼拜堂是典型的能区分“正立面”和“侧立面”的建筑，正立面和侧立面的交汇处不在拐角处。
图11 McCormick House的角落结构
麦考密克故居（1951-1952）
可见，在那些不在乎“正面性”或只有“单向正面性”的建筑中，转角问题并不严格，密斯总是有广泛的操作空间和多种手法可供选择。而几乎不操作的建筑，如范斯沃斯住宅、校友纪念馆、皇冠大厦等，都是“双正面性”的例子，形成转角的两个立面呈现相等的正面性。当两个立面提供相同的“正面性”时，两个正面就会迫使转角表达自己——“它是转角还是面？它属于这个面还是那个面？”只有在如此严峻的问题面前，密斯·凡·德罗才终于把自己置于向往的古希腊圣贤的处境中，思索走廊转角处的爱奥尼亚柱头应该如何摆放。
04
摩天大楼一角
密斯基于建筑转角“双正面性”进行了一系列的探索，从校友纪念馆结合实角柱的转角结构，到皇冠大厦转角的“假柱”——角钢背后没有任何柱子，这意味着“皇冠大厦”的“转角”可以在更多的语境中（有柱或无柱）自由引用。
这种转角范式运用在密斯的摩天大楼上，具有更多的表现潜力。首先，摩天大楼通常以高耸的完整体量呈现，通常立面表达方式相同，很少对几个立面进行区别对待，不可避免地形成了“双正面”的转角。其次，在校友纪念馆的实践中，当密斯将结构柱退至幕墙后，被遮蔽的真正结构几乎消失殆尽，除了在转角处参与表演的可能。这导致了密斯在实柱跨度均等划分的基础上所追求的实柱与假柱的精确模数关系犹如衣锦还乡——密斯对这一结果显然喜忧参半；而在摩天大楼建筑中，密斯将表现实柱的机会给予了底层，由细长假柱体系（钢肋）加密的表皮柱网在标准层截面上实现了经典的密斯式立面表达。通过将它们放置在同一立面上，密斯精心打造的两个系统之间的精确关系得以实现（图 12）。
图12 西格拉姆大厦整体立面逻辑
西格拉姆大厦（1954—1958年）的立面遵循典型的“三段式”逻辑，底层采用实柱跨度，在标准层截面增加H型钢肋，以表达哥特式轻结构形象，顶层檐口采用收口结构加固，这种立面结构与路易斯·沙利文的担保大厦如出一辙。
在拉斐特公园住宅区公寓楼、拉斐特大厦、柱廊与亭子三座摩天大楼的设计中，密斯在转角处将真正的结构柱暴露出来（图13-15）——这是校友纪念馆一角精髓的体现。建筑表皮与结构柱之间留有一定距离，这样在封堵转角柱后，就形成了一个更厚更坚固的立面单元“悬挂”在结构外侧。拉斐特公园住宅区公寓楼中，转角柱只是简单地与幕墙侧边连接，建筑内外都露出了真正的柱子。这种看似直接的处理，导致排水立管无处安放。密斯很少使用H型钢作为垂直竖框上附着的钢肋钢结构砖墙图片，而是用凹槽朝外的帽形钢件代替，或许是为了将雨水立管隐藏在朝外的凹槽中。在拉斐特大厦以及后来设计的柱廊和亭阁公寓中，密斯应该吸取教训，用一层内表皮抹去结构角柱在室内的直接表达，利用内外表皮之间的缝隙，轻盈地表达室内空间的几根立管。
官邸广场项目的转角设计直接模仿校友纪念馆，在几乎紧贴结构柱的位置设置了一层钢板盖板（图16）。不同之处在于校友纪念馆的H型钢是作为自承式幕墙使用的，肋条起到了或多或少的次要结构作用，而摩天大楼中的H型钢没有任何功能意义，本质上是附在幕墙竖框上的装饰品。因此官邸广场项目的转角不能像校友纪念馆那样使用。角钢不直接与H型钢连接，而是设置W型盖板与两侧幕墙竖杆连接，盖住转角柱，并起到两端封边的作用。
有了皇冠大厦“空心转角柱”的先例，像西格拉姆大厦（图17）这样将W型转角盖板与转角柱适当分离的做法并不鲜见，盖板与转角柱之间的空隙用于完成管道走线等功能性任务，其实这个空隙是用来在外观上调整转角柱的位置，从而重构出更符合密斯要求的外观形态，经过调整后，经过W型盖板重新塑造的外角柱看起来比“实柱+立面单元”组合形成的转角更加凸起，更接近皇冠大厦的理想类型。威斯特蒙特广场的转角盖板做法与西格拉姆大厦如出一辙（图18）。除了利用可分离盖板让转角柱凸起外，密斯还通过折弯钢板在W型盖板的内外角形成线条来强化造型。 IBM 大厦的结构柱是看不见的，所以密斯直接选择了 H 型钢柱，并通过外部封盖和内部包裹柱子的方式避免了 H 型柱截面“单向正面性”的爱奥尼亚式问题（图 19）。
相比之下，查尔斯中心（图20）这种在外覆层与内饰面之间穿管的做法，更能充分挖掘间隙的功能潜力。摆脱了实柱的束缚，由于间隙较大，在断开处布置了比西格拉姆大厦更复杂的龙骨支撑，从而形成了宽敞的设备空腔（图21）。在最新的摩天大楼中，大量设备垂直管道穿过内外表面的空腔。有趣的是，实混凝土结构柱的转角甚至被倒置，以避开直径最大的垂直管道角度（图22）。
111 East Wacker Road 的结构退台并不罕见，正如 IBM 大厦所展示的，内外侧覆层之间的结构位置和形式是前所未有的自由。在多伦多道明中心（图 24）的角柱处理中，密斯直接以 W 型盖板为模板，将结构柱的混凝土浇筑在 H 型钢与 W 型盖板之间，形成异形截面柱，并将 H 型钢腹板与翼缘之间的方形空间作为设备空间。密斯以收尾形式依次带动结构形式，可见在他的顺序中，皇冠大厦的角柱形式绝对是第一位的，其优先性远高于任何个案的具体情况。
图 13-24
