論建筑中鋼結構的技術性與藝術性

【摘 要】 現階段建筑工程中的鋼結構應用的越來越廣泛，鋼結構在建筑中的應用由之前的結構應用已經擴張到綜合應用，其中蘊藏了對建筑個性和情感的表達，鋼結構已經從功能層次上升為藝術層次的高度。本文首先闡述了鋼結構在建筑上的應用，接著分析了鋼結構的設計特點，其后討論了鋼結構的藝術性的形態特征。

【關鍵詞】 建筑工程；鋼結構；技術性；藝術性

1 鋼結構材料在建筑上的應用

鋼結構的加工方法和我們加工普通材料的方法近似，只是在制作中需要借助更多的機械和動力。從現在工業對鋼結構加工的各種方法可以看出，現代技術能夠比較容易地做到鋼結構的雕塑和編插，并通過這些辦法作到構成建筑的鋼結構和構造，從而增加了鋼結構材料在建筑中運用的可能性。

1.1 結構系統

建筑的結構系統是用來承載重力、風力、地震力及各種荷載的。鋼材，由于強度比較高，所以對于垂直于桿件的力的傳遞非常有利，抗彎就不很有利，構件穩定性的設計要求也比較高。結構中構造的表達是以力學的計算為前提的，絕對不能脫離力的合理傳遞而以所謂的表演的手法來設計結構的構造。從對近年來大量的優秀鋼結構作品分析來看，將結構受力的合理性與空間的創造性完美地結合起來是成功的關鍵，都具有以下的特點：

1.簡單明確的力的傳遞；

2.整體考慮結構與空間的關系；

3.用巧妙的辦法解決構件穩定性的設計；

4.構件間精彩的連接與錨固。

1.2 連接和支撐系統

連接與支撐系統指的是在結構和圍護系統之間的連系，它的作用是：第一，負責將圍護系統與建筑附件的自重和受的荷載傳遞的主結構上；第二，對圍護系統的形狀和空間位置起到固定的作用；第三，解決主體結構系統和圍護系統之間產生的變形和內力等問題。

連接和支撐在各種建筑結構形式中都會用到，不一定是在鋼結構中，很多混凝土結構建筑使用鋼結構材料的圍護或構件時也需要鋼結構連接件連接。一般情況下連接和支撐體系隱藏在建筑圍護體系的后面，但是現在越來越多的連接和支撐體系暴露在人們的視覺下面，顯露出自己的美來，大面積點式玻璃幕墻的拉桿與拉索正是典型的連接和支撐體系。

1.3 圍護系統

圍護系統指的是分隔開建筑的內部空間與外部空間部分，主要包括建筑的外墻面、門窗和屋面，也包括了一部分的內墻面和吊頂。附件指的是不起結構和圍護作用的一些建筑構件，如：雨罩、遮陽板、樓梯、扶手、天線等等。它們多數有一定的功能作用，但有一部分附件僅僅是裝飾作用，所以也可以把它們包括在圍護系統中了。圍護與建筑附件雖然不象建筑結構那樣對建筑的整體造型具有決定性的作用，但是它處于建筑的最外面，直接同人們的視線和觸覺接觸，因此在很大的程度上直接體現了建筑的風格。

2 鋼結構的設計特點

鋼結構由于自身材料的特點，所以在設計時有著很多獨特的地方。因為多數建筑師對于混凝土建筑比較了解，為了更簡單地理解鋼結構的設計特點，下面通過與混凝土結構的對比來了解鋼結構有什么特殊的地方。

2.1 “柔性”的建筑

鋼結構與以往的混凝土結構的設計思想的不同的是要認識到鋼結構是“柔性”的，允許鋼結構有一定的變形。在設計中一定要考慮到變形，這是因為材料性質的不同，鋼的延性好，是彈鋼結構塑性均質體，可以容納和適應一定的變形；再有就是金屬材料的熱導率比較大，當鋼結構暴鋼結構露在外界時，受到溫度的影響要比混凝土更直接和迅速，相對于磚石等材料有明顯的熱變形。鋼結構這些原因產生的變形如果不加以處理就會在結構內部產生應力，最終對建筑物的局部乃至整鋼結構體產生危害，我們在設計時要認真考慮如何利用、避免或者吸收這些形變。

2.2 “輕”的建筑

鋼結構對于荷載是十分敏感的。所以在建筑設計中要盡可能地減輕建筑的重量，選擇強鋼結構度高、質量輕質材料，裝修的做法也應該遵守這個設計原則。鋼結構這一方面是鋼結構本身的材料性質的原因，另一方面也有經濟的問題，同樣是增加一個鋼結構荷重，鋼結構增加的費用是鋼筋混凝土結構增加費用的15～20倍。鋼結構鋼結構建筑常常選用玻璃幕墻、金屬幕墻，其原因也不僅僅是美觀，更重要的原因是幕鋼結構墻重量輕，具有同樣面積、同樣熱工效能的墻面，玻璃幕墻的重量只有傳統磚墻的1/12一1/10，鋼結構是混凝土預制外墻板的1/7。鋼結構所以在設計時，要在如何減輕建筑的自重上下工夫。

2.3 “寬敞”的建筑

金屬的強度一般都比較大，尤其是合金。鋼的強度遠遠超過混凝土，可以承受的外力要高的多，承受同樣荷載的構件截面要小很多。鋼的價格比混凝土高很多，同樣的荷載用鋼量少會更經濟。而同樣的建筑面積，柱距大時柱子和梁的數量都會少，所以在實際設計中，鋼結構的柱距往往會比混凝土的大很多。一般認為框架結構中10-15m的柱距會有比較好的經濟性。再有，鋼結構框架的柱梁節點可以設計成抗彎節點和鉸節點，與混凝土框架結構所有梁柱節點都要是抗彎節點有很大的不同，跨度大的鋼梁如果兩端是鉸接就可以設計為平行弦鋼析架，風道和其它管道都可以從中間穿過去。所以鋼結構的建筑從空間上看要比一般的建筑寬闊。這也是設計時與以往思維方式不同的。

2.4 整體化的設計思想

從前面可以看出，采用鋼結構的建筑是要有整體化的設計概念的。整體化的設計思想是在充分考慮到各種影響因素后，全面地綜合分析和考慮各方面問題，最后做到綜合性和整體化的設計。其中有不同的層面，一是綜合考慮結構、設備、空間各種因素，統一規劃，作到功能和表達的統一；其次是從材料、工藝、加工各方面深入考慮，作到產品與表達的統一。前者是功能層面的，后者是制造層面的，兩者結合形成建筑的完美表達，可以說這就是整體化的設計思想。整體化設計思想的前提是建筑師對于建筑設計、各專業知識、各方面要求和材料及制作加工的充分了解。

3 鋼結構的形態特征

3.1 虛空的桿件體系

鋼結構中較多是以桿件體系為主的結構，即組成結構的構件是長度遠大于截面尺寸的細長桿件， 如梁、柱、拉桿、壓桿等。結構桿件限定空間邊界的作用不強， 它可以在圍護表層之內， 也可以完全暴露在圍護表層之外， 當無圍護表層時， 就成為視覺藝術表達的重點。鋼結構的內部空間雖存在結構構件， 但構件細小， 空間可互相貫通， 具有更大的靈活性。

3.2 形式各異的穩定性構件

為防止失穩破壞， 在鋼結構中常有各種形式的穩定性構件， 從鋼梁上的加勁肋到格構柱上的斜綴條， 從鋼屋架之間的支撐桿和拉桿到高層結構中各種形式的支撐， 都是通過各種途徑增加結構的穩定性。在蓬皮杜藝術與文化中心的設計中， 倫佐·皮亞諾和理查德·羅杰斯不僅創造了通用空間， 在結構上的獨創性也獲得了高度評價。縱向立面上的對角線方向支撐是保證該建筑物的穩定性不可缺少的部件， 也成為立面重要的異向構圖元素。福斯特在巴塞羅那長途通訊塔設計中， 利用三條呈 120°角的鋼索從豎向牽拉細長的塔身， 造成了強烈的浮游空中的“動態平衡”的視覺印象， 穩定之余不失輕巧， 成為當地山脈景觀的一部分。

3.3 精美的細部構造

鋼結構中構件之間一般通過焊縫或螺栓進行連接， 結構構件及其連接件都可以實現工廠化制作， 達到很高的精度， 節點的構造往往力求交接精細和比例優美， 充分表現金屬細膩、光潔的質感。結構的節點部位既是結構中力的匯集點，也是不同材質和形式的結構構件的交接點， 而現代結構技術強調構件之間的邏輯關系美學， 力圖表達節點處力學傳遞方式及形態特征， 通過高科技的加工技術和巧妙的構造方式， 使得建筑細部構造體現出現代科技的美學特征， 散發出鋼結構動人的魅力。

參考文獻

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