淺談建筑結(jié)構(gòu)的藝術(shù)設(shè)計(jì)

梁進(jìn)財(cái)

【摘 要】建筑物就像一尊美麗的藝術(shù)品，精美的建筑是設(shè)計(jì)師把建筑的美觀設(shè)計(jì)與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)相互密切配合的結(jié)果。建筑師的設(shè)計(jì)可以將優(yōu)美的建筑造型，完善的使用功能與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)有機(jī)地結(jié)合，而不能簡單地追求奇特。

【關(guān)鍵詞】建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；藝術(shù)設(shè)計(jì)；協(xié)調(diào)性

0.前言

優(yōu)秀的工程設(shè)計(jì)是建筑設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的有機(jī)結(jié)合。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，專業(yè)化程度越高，建筑設(shè)計(jì)與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)相互配合更為重要。一個(gè)好的建筑設(shè)計(jì)，必須有一個(gè)好的結(jié)構(gòu)體系才能實(shí)現(xiàn)，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的好壞，關(guān)系到建筑物是否適用、經(jīng)濟(jì)、美觀。特別在高烈度地震區(qū)，建筑設(shè)計(jì)必須在滿足結(jié)構(gòu)抗震要求的前提下，才能談得上建筑物的造型美觀、功能完善等等。因此要設(shè)計(jì)出既要滿足建筑美觀，造型優(yōu)美，又要使結(jié)構(gòu)安全、經(jīng)濟(jì)、合理的建筑物是每個(gè)建筑師與結(jié)構(gòu)師都必須十分注意的問題。

工程建設(shè)中，無論工業(yè)建筑、民用建筑、大型公共建筑等概括起來可分為兩類：一類是將優(yōu)美的建筑造型，完善的使用功能，先進(jìn)的結(jié)構(gòu)體系和工業(yè)化制造與施工工藝有機(jī)地結(jié)合起來，創(chuàng)造出技術(shù)先進(jìn)、新穎、經(jīng)濟(jì)適用的建筑物。另一類則是以追求某些新奇的藝術(shù)效果為主，創(chuàng)造出奇特怪誕的建筑造型，結(jié)構(gòu)方案從屬于不合理的建筑設(shè)計(jì)，放棄了結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的合理性和經(jīng)濟(jì)性。一般提倡和實(shí)施的是第一類建筑。

1.從兩個(gè)設(shè)計(jì)例子來看建筑和結(jié)構(gòu)的配合問題

例1：某加工廠廠房設(shè)計(jì)。加工廠設(shè)備較大，車間要求寬敞、凈空要高，不設(shè)隔墻，防火要求較高。前幾年設(shè)計(jì)均采用排架結(jié)構(gòu)，墻體為240磚墻，屋蓋為薄腹梁鋼筋混凝土大板結(jié)構(gòu)，建成后能滿足廠方的使用要求，但設(shè)計(jì)不足之處是自重大、不經(jīng)濟(jì)、施工周期長，并且跨度受限制。根據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)必須考慮經(jīng)濟(jì)合理、施工方便的原則，近幾年所設(shè)計(jì)的棉花加工廠，均采用門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)，標(biāo)高1m 以下為磚砌體，以上墻體為壓型彩鋼板，屋蓋相同。該設(shè)計(jì)既能滿足使用要求，同時(shí)也克服了上述結(jié)構(gòu)形式的不足。

對(duì)于像加工廠這一類的建筑，設(shè)計(jì)時(shí)必須滿足生產(chǎn)工藝的要求，在功能布局上應(yīng)該考慮生產(chǎn)活動(dòng)和運(yùn)輸活動(dòng)的方便及使生產(chǎn)取得的高效率，為工廠創(chuàng)造良好的工作環(huán)境，這是設(shè)計(jì)原則；建筑的藝術(shù)效果，則相對(duì)來說處于比較次要的地位。所以，在均能滿足要求的前提下，經(jīng)濟(jì)、施工方便、施工周期短則成為首選方案，而對(duì)于民用建筑里的公共建筑，如下面所談到的幼兒園之類的建筑，則與此不同，這類建筑的藝術(shù)效果就顯得重要的多。

例2：某幼兒園的設(shè)計(jì)則從另一個(gè)側(cè)面表現(xiàn)了建筑設(shè)計(jì)與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的緊密配合。該建筑的設(shè)計(jì)以正南為主要朝向，總體布局合理，設(shè)計(jì)時(shí)滿足了兒童安全防護(hù)、游戲運(yùn)動(dòng)、獲取知識(shí)等要求。還考慮了幼兒建筑要活潑、明快，追求“新、奇、趣、美”的建筑風(fēng)格，選擇生動(dòng)、鮮明有益于兒童身心健康的造型、材料和色彩。因此，該建筑的平面活潑多變，有伸有縮，立面高低錯(cuò)落，房屋各部分體形不一樣。這樣的建筑造型給結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)帶來了一些困難。但此時(shí)，建筑的藝術(shù)效果及便用功能是很重要的，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)就要想辦法配合建筑設(shè)計(jì)，理解建筑設(shè)計(jì)的意圖，相互配合解決問題。

該幼兒園層數(shù)不高（三層）但房屋高低錯(cuò)落，剛度、高度、重量相差懸殊，在地反力的作用下，由于自振頻率不同，各部分的連接處會(huì)引起相互擠壓，造成震害。因而采用了防震縫，伸縮縫二縫合一將建筑層數(shù)不同，結(jié)構(gòu)形式不同，體型復(fù)雜的平面分成簡單體型和獨(dú)立的結(jié)構(gòu)單元。在縫的兩側(cè)各設(shè)置墻體或框架。即雙墻、雙柱、雙梁，其次用圈梁、構(gòu)造柱及現(xiàn)澆樓、屋面板來加強(qiáng)房屋的整體性，使凸出部分與整體變形盡可能相互協(xié)調(diào)。該幼兒園地質(zhì)情況較差，地基做開挖換上回填處理，保證地基承載力，控制基礎(chǔ)沉降。又例如，該建筑有許多懸挑、懸掛結(jié)構(gòu)，還有幼兒園入口處的重疊鋼筋混凝土門式剛架，輕巧別致的鋼結(jié)構(gòu)屋頂風(fēng)車，城堡式鋼筋混凝土錐形屋頂及蘑菇形屋頂：這些奇特的建筑造型是為滿足幼兒建筑需要而設(shè)計(jì)的，結(jié)構(gòu)受力是合理可行的，經(jīng)濟(jì)上也是可以承受的。因此，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)通過認(rèn)真地受力分析，選擇相應(yīng)的抗震構(gòu)造措施及概念設(shè)計(jì)來滿足建筑的需要，施工單位也改進(jìn)施工工藝配合設(shè)計(jì)施工。通過建筑設(shè)計(jì)與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)相互間的密切配合，建成后的幼兒園造型優(yōu)美、新穎、奇特，不僅增添了幼兒建筑的情趣與生機(jī)，還展現(xiàn)了建筑新材料、新技術(shù)的運(yùn)用，使整個(gè)建筑具有高度的時(shí)代氣息。

通過兩個(gè)工程實(shí)例說明，一個(gè)好的建筑是建筑與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)相互密切配合的結(jié)果。但要分清具體配合的側(cè)重點(diǎn)，有時(shí)是藝術(shù)、美觀要求是重要的，有時(shí)又是使用功能、生產(chǎn)工藝是重要的?？傊?，建筑師的設(shè)計(jì)可以將優(yōu)美的建筑造型，完善的使用功能與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)有機(jī)地結(jié)合，而不能簡單地追求奇特。因此建筑設(shè)計(jì)不能離開具體的設(shè)計(jì)對(duì)象。

在當(dāng)今世界上，從技術(shù)的觀點(diǎn)看，幾乎任何結(jié)構(gòu)都是可以建造出來的，但從結(jié)構(gòu)效益角度看，重要的問題是“應(yīng)不應(yīng)該這樣造？”而不是“可不可能這樣造？”結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與建筑設(shè)計(jì)都要講求經(jīng)濟(jì)效益。只有正確符合結(jié)構(gòu)邏輯的建筑才能具有真實(shí)的表現(xiàn)力和實(shí)際的實(shí)踐性，單純追求藝術(shù)表現(xiàn)而忽視結(jié)構(gòu)原理，設(shè)計(jì)出來的只能是雕塑作品或是虛假的造型而已。如果能夠利用和發(fā)揮結(jié)構(gòu)本身所具有的造型特點(diǎn)，去塑造出新穎而富有個(gè)性的建筑藝術(shù)造型，這樣設(shè)計(jì)的建筑才能是一個(gè)非常成功的建筑作品。以建筑構(gòu)思和結(jié)構(gòu)構(gòu)思的有機(jī)融合去實(shí)踐建筑個(gè)性的藝術(shù)表現(xiàn)，即便是從建筑藝術(shù)的角度來看，作為一個(gè)建筑師也應(yīng)了解結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的概念、原理，提高自己運(yùn)用結(jié)構(gòu)的素養(yǎng)和技巧。同樣，結(jié)構(gòu)工程師也必須理解建筑設(shè)計(jì)的意圖，打破一些舊的框框束縛，學(xué)習(xí)一些建筑藝術(shù)，提高藝術(shù)修養(yǎng)，敢于創(chuàng)新，用結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的原理完善建筑設(shè)計(jì)，使建筑設(shè)計(jì)與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)相互密切配合，設(shè)計(jì)出高水平的建筑工程。

建筑設(shè)計(jì)與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是整個(gè)建筑設(shè)計(jì)過程中的兩個(gè)最重要的環(huán)節(jié)，對(duì)整個(gè)建筑物的外觀效果、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定起著至關(guān)重要的作用。而二者之間又存在著相互協(xié)調(diào)、互相制約的關(guān)系。在建筑設(shè)計(jì)中，少數(shù)建筑師總是把結(jié)構(gòu)放在從屬地位，并要求結(jié)構(gòu)必須服從建筑，一切以建筑為先導(dǎo)，這一觀念分割了科學(xué)的完整性，忽略了基本的力學(xué)規(guī)律，片面地追求建筑技術(shù)與建筑藝術(shù)的結(jié)合和最大滿足使用功能的要求，這樣往往給某些建筑工程質(zhì)量帶來了質(zhì)量隱患和不安全因素。

然而，許多建筑設(shè)計(jì)師，強(qiáng)調(diào)創(chuàng)作的美觀、新穎、標(biāo)新立異，強(qiáng)調(diào)創(chuàng)作的最大自由度，然而這樣的建筑設(shè)計(jì)將會(huì)給結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)帶來很大的困難，作為建筑物本身必須承受起巨大的自重荷載和活載、水平風(fēng)力、地震力、扭矩力等。如果建筑設(shè)計(jì)人員在進(jìn)行平面設(shè)計(jì)和豎向設(shè)計(jì)構(gòu)思時(shí)，不依據(jù)基本的結(jié)構(gòu)技術(shù)原理和有關(guān)結(jié)構(gòu)的受力特征，不征詢結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)師的意見，往往會(huì)使結(jié)構(gòu)工程師不能有效地選擇合理的結(jié)構(gòu)體系，進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)導(dǎo)致結(jié)構(gòu)的不穩(wěn)定等問題。比如將建筑物截面設(shè)計(jì)成為三角形，其抗彎矩力和抗側(cè)能力比圓形截面、矩形、多邊形截面要小得多。

再者，有一些建筑師缺乏對(duì)結(jié)構(gòu)力學(xué)方面的基本常識(shí)，在設(shè)計(jì)過程中，往往忽視力學(xué)的基本規(guī)律。如：在需抗震設(shè)防的地區(qū)，高層電梯設(shè)置在大樓的某一側(cè)，沒有和整個(gè)建筑物的剛度中心重合。由于電梯筒的剛度很大，這樣則使得剛度中心與荷載中心不能盡可能接近，即造成結(jié)構(gòu)偏正，這樣就會(huì)產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)，產(chǎn)生破壞。

2.結(jié)束語

可見，建筑與結(jié)構(gòu)兩者之間有著最密切關(guān)系的，特別是在高層建筑設(shè)計(jì)中，由于結(jié)構(gòu)是以水平荷載為主要控制荷載，故結(jié)構(gòu)體系的選型和結(jié)構(gòu)布置要考慮最有利于抗震和抗風(fēng)的要求。同時(shí)，結(jié)構(gòu)構(gòu)件截面尺寸還要滿足剛度和版性的要求。這樣便對(duì)建筑設(shè)計(jì)形成了一定的約束和限制，使建筑與結(jié)構(gòu)二者相互協(xié)調(diào)統(tǒng)一。二者還應(yīng)不斷地相互配合，彼此滲透，這樣才能設(shè)計(jì)出真正滿意的建筑。 [科]