淺談大跨度建筑結(jié)構(gòu)表現(xiàn)的建構(gòu)

周健祥

【摘 要】本文簡要地闡述了大跨度建筑的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，著重從效能、經(jīng)濟(jì)和優(yōu)雅幾個(gè)方面針對大跨度建筑結(jié)構(gòu)表現(xiàn)的建構(gòu)進(jìn)行了探討與研究，以供大家參考。

【關(guān)鍵詞】建筑；大跨度結(jié)構(gòu)；結(jié)構(gòu)形式；關(guān)聯(lián)度；藝術(shù)形式

建筑結(jié)構(gòu)表現(xiàn)與結(jié)構(gòu)選型不一樣，其主要是以結(jié)構(gòu)的內(nèi)在規(guī)律為指導(dǎo)，努力創(chuàng)作出富有表現(xiàn)力的結(jié)構(gòu)形象，是一種創(chuàng)造性的設(shè)計(jì)過程，而結(jié)構(gòu)選型只是其中的一個(gè)方面。創(chuàng)造性的結(jié)構(gòu)表現(xiàn)是在給定的設(shè)計(jì)條件下去尋求最新的結(jié)構(gòu)形態(tài)。結(jié)構(gòu)形態(tài)的固定化、手法化以及機(jī)械地選擇，是與創(chuàng)造性的結(jié)構(gòu)表現(xiàn)完全對立的。結(jié)構(gòu)表現(xiàn)與結(jié)構(gòu)構(gòu)思也不同。結(jié)構(gòu)構(gòu)思的主要任務(wù)是解決結(jié)構(gòu)形態(tài)的概念設(shè)計(jì)和建筑立意的問題，而結(jié)構(gòu)表現(xiàn)不僅涵蓋了結(jié)構(gòu)構(gòu)思，還有一個(gè)結(jié)構(gòu)構(gòu)思的實(shí)現(xiàn)問題。結(jié)構(gòu)表現(xiàn)要把結(jié)構(gòu)構(gòu)思提出的概念、立意、想法等通過運(yùn)用相應(yīng)的設(shè)計(jì)手法轉(zhuǎn)化為真實(shí)的建筑、結(jié)構(gòu)元素，最終創(chuàng)造出具有藝術(shù)性的結(jié)構(gòu)形態(tài)。本文結(jié)合工作實(shí)踐，主要就如何構(gòu)建大跨度建筑結(jié)構(gòu)表現(xiàn)方式進(jìn)行了論述。

1 大跨度建筑的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

1.1 結(jié)構(gòu)與建筑的關(guān)聯(lián)度高

大跨度建筑的結(jié)構(gòu)與建筑的關(guān)聯(lián)程度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于一般民用建筑，其建筑空間的圍合、形體的構(gòu)筑、形象的塑造等都與結(jié)構(gòu)緊密相關(guān)。對于大跨度建筑來說，常常建筑就是結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)就是建筑。結(jié)構(gòu)體系是大跨度建筑創(chuàng)作的基礎(chǔ)，結(jié)構(gòu)的合理性在設(shè)計(jì)中處于核心地位。大跨度建筑結(jié)構(gòu)分為屋蓋結(jié)構(gòu)和下部支撐結(jié)構(gòu)，其中，屋蓋結(jié)構(gòu)的技術(shù)難度以及對建筑空間的影響都比較突出，是大跨度建筑結(jié)構(gòu)表現(xiàn)的重點(diǎn)。大跨度建筑結(jié)構(gòu)由于受力學(xué)規(guī)律支配，其結(jié)構(gòu)形態(tài)和使用范圍等都有著內(nèi)在的規(guī)定性，從而對建筑構(gòu)思和設(shè)計(jì)產(chǎn)生較大的影響。

1.2 結(jié)構(gòu)造價(jià)高

大跨度建筑的造價(jià)高，需要耗費(fèi)巨大的社會(huì)勞動(dòng)和社會(huì)資源。例如，國家主體育場方案——“鳥巢”經(jīng)優(yōu)化調(diào)整后的工程造價(jià)仍達(dá)22.67億元，設(shè)計(jì)用鋼量4.2萬噸，是目前國內(nèi)外體育場館中用鋼量最多、規(guī)模最大、施工難度最大的工程。中國工程院院士沈世釗教授曾經(jīng)指出，“在建筑學(xué)上，結(jié)構(gòu)重量跟跨度是不成正比的，是指數(shù)的關(guān)系。一個(gè)體育館，如果跨度是100m，它的用鋼量將是80-100kg/m2。如果跨度是200m的話，用鋼量就可能是250kg/m2。而 300m 跨度可能就是 400kg/m2?！?/p>

1.3 技術(shù)含量高

在大跨度建筑設(shè)計(jì)中，需要充分考慮結(jié)構(gòu)、施工、節(jié)能、智能控制等多種技術(shù)問題，并且技術(shù)因素與建筑物的美學(xué)處理密切相關(guān)。大跨度建筑通過對高、新技術(shù)的應(yīng)用，創(chuàng)造出反應(yīng)時(shí)代特征的建筑形式。例如，大跨度建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)所采用的技術(shù)必須達(dá)到跨度的要求，因此應(yīng)該著重研究屋蓋結(jié)構(gòu)中可能產(chǎn)生的巨大彎矩和結(jié)構(gòu)自重等問題，以采取合理的技術(shù)措施，保持所承受荷載與結(jié)構(gòu)自重之間的合理平衡。同時(shí)大跨度建筑為了減輕自重，必須使用效率更高的結(jié)構(gòu)形式，最大跨度的結(jié)構(gòu)形式是那些最有效的結(jié)構(gòu)類型形式，而結(jié)構(gòu)的有效性越高，結(jié)構(gòu)形式也就越復(fù)雜。因此，大跨建筑可以看作是真正的“高技派”建筑。

2 大跨度建筑結(jié)構(gòu)表現(xiàn)的建構(gòu)

2.1 效能

支撐起建筑的結(jié)構(gòu)必須是牢固的，必須足以承受各種形式的外力，包括建筑物的自重、雪荷載、風(fēng)荷載和各種活荷載等等。因此，結(jié)構(gòu)的合理性是結(jié)構(gòu)形態(tài)發(fā)揮其效能的基礎(chǔ)。結(jié)構(gòu)形式、材料運(yùn)用、構(gòu)造處理、結(jié)構(gòu)耐久和技術(shù)可行等無不影響著結(jié)構(gòu)效能的最終實(shí)現(xiàn)。 結(jié)構(gòu)的合理性也可以理解為結(jié)構(gòu)的正確性。奈爾維在 1956 年的《結(jié)構(gòu)》中寫道：“結(jié)構(gòu)的正確性與功能和經(jīng)濟(jì)的真實(shí)性一樣，是形成建筑令人信服的美學(xué)價(jià)值的充分必要條件。”那么這種“結(jié)構(gòu)正確性”指的是什么呢？ 首先是有完整的結(jié)構(gòu)體系，其次是有合理的結(jié)構(gòu)形態(tài)，最后還要有恰當(dāng)?shù)慕Y(jié)構(gòu)布置。結(jié)構(gòu)正確性是一種合理的重力的傳承關(guān)系，必須體現(xiàn)出結(jié)構(gòu)最優(yōu)化、平衡的原理以及由此產(chǎn)生的應(yīng)力分配的規(guī)律，并與建筑藝術(shù)形式和功能的要求相一致。

在建筑設(shè)計(jì)中，借助彎矩概念分析，可以幫助我們進(jìn)行結(jié)構(gòu)構(gòu)思。如GMP設(shè)計(jì)的柏林火車站方案（圖1），屋面擬采用單拱形式，最大跨度為50m。由于在結(jié)構(gòu)形式上做了修飾性變化，端部呈內(nèi)收形式，加之矢跨比較小，在通常的豎向荷載作用下，彎矩作用明顯。鑒于此，設(shè)計(jì)采用索桁架形式予以加強(qiáng)，其布置形式與彎矩圖一致，充分展示了力學(xué)原則本身所提供的藝術(shù)表現(xiàn)力，使結(jié)構(gòu)形態(tài)更為豐富。

圖1柏林火車站屋面結(jié)構(gòu)形態(tài)分析

2.2 經(jīng)濟(jì)

經(jīng)濟(jì)常常是大跨度建筑設(shè)計(jì)中的決定因素，結(jié)構(gòu)技術(shù)的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)是評價(jià)建筑設(shè)計(jì)與創(chuàng)作的一個(gè)重要依據(jù)。再好的構(gòu)思，再好的方案，若不能為經(jīng)濟(jì)條件所接納，那也只能付之東流。 結(jié)構(gòu)的經(jīng)濟(jì)性一般表現(xiàn)為較少的營建費(fèi)用。營建費(fèi)用包括人工費(fèi)用、材料費(fèi)用，還涉及施工中 的其他費(fèi)用，如搭制腳手架、材料運(yùn)輸?shù)?。結(jié)構(gòu)的后續(xù)耐久性也是評價(jià)結(jié)構(gòu)經(jīng)濟(jì)性的重要指標(biāo)。此外建筑運(yùn)行（使用）中的節(jié)能問題越來越被重視，也是評價(jià)結(jié)構(gòu)經(jīng)濟(jì)性的重要因素。

2.3 優(yōu)雅

結(jié)構(gòu)是美的，結(jié)構(gòu)有著自身的視覺表現(xiàn)力，結(jié)構(gòu)可以看作建筑藝術(shù)中的一種重要的“藝術(shù)形式”。 結(jié)構(gòu)的美是多層面的，在宏觀層面上是反映在建筑體型中的雕塑美；在中觀層面上是結(jié)構(gòu)構(gòu)件與空間處理完美結(jié)合的表現(xiàn)力；在微觀層面上是細(xì)部節(jié)點(diǎn)的精致美。結(jié)構(gòu)有四個(gè)基本要求，即平衡的要求、穩(wěn)定的要求、強(qiáng)度的要求和剛度的要求。在建筑形象設(shè)計(jì)中，正確地反映這四個(gè)基本要求是對結(jié)構(gòu)的科學(xué)美的追求。相應(yīng)地，結(jié)構(gòu)的科學(xué)美可以分為平衡的美、穩(wěn)定的美、強(qiáng)度的美和剛度的美。在結(jié)構(gòu)表現(xiàn)的過程中，應(yīng)力求使結(jié)構(gòu)科學(xué)美的內(nèi)容盡可能產(chǎn)生視覺空間藝術(shù)美的形式，同時(shí)，也要力求視覺空間藝術(shù)美的形式盡可能具有結(jié)構(gòu)科學(xué)美的內(nèi)容。這是結(jié)構(gòu)技術(shù)與建筑藝術(shù)相互統(tǒng)一的基本途徑，也是結(jié)構(gòu)表現(xiàn)的內(nèi)在要求。

例如，在建筑結(jié)構(gòu)構(gòu)件的表現(xiàn)上，多采用巨型構(gòu)架的造型的手法展現(xiàn)技術(shù)美。這些結(jié)構(gòu)構(gòu)件本身具有一定的幾何特征，起到傳遞美學(xué)信息樹立美好形象的作用。這些幾何特征鮮明的結(jié)構(gòu)構(gòu)件，就像文學(xué)和繪畫藝術(shù)的語言和符號一樣，強(qiáng)化了建筑的行為特征，增強(qiáng)了建筑的可識別性。另外，很多建筑還利用鋼材抗拉強(qiáng)度高的特點(diǎn)，以斜拉桿件中張力所呈現(xiàn)出的緊張感和力度感給人們以視覺沖擊。

3 結(jié)束語

結(jié)構(gòu)表現(xiàn)的目的在于綜合社會(huì)的、經(jīng)濟(jì)的、技術(shù)的、人文的因素，運(yùn)用結(jié)構(gòu)邏輯和形象思維，賦予大跨度建筑以情感的秩序和藝術(shù)的屬性，使之具有深刻的內(nèi)涵、鮮明的個(gè)性和優(yōu)美的形式。在成功的結(jié)構(gòu)表現(xiàn)的建筑中，力的作用總是被清晰地表達(dá)出來，同時(shí)結(jié)構(gòu)以優(yōu)雅與輕盈掩飾了內(nèi)在的復(fù)雜性。一座建筑物的形式，即使具有高效能的結(jié)構(gòu)體系，是簡潔、有秩序和令人愉快的，這正是結(jié)構(gòu)表現(xiàn)的美學(xué)要求。

【參考文獻(xiàn)】

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