淺析大跨度建筑結構

胡士權

建筑物的造型向來都是與生存的自然環境、社會環境、歷史沿革等諸多方面有關。對于不同的造型的美學標準所能實現的造型也受著不同條件的限制。在我看來，建筑形態與結構形態的關系肯定是密不可分的。

建筑的誕生也是結構形態的一種反映，有跡可循，傳統的建筑形式，無論是西方的古典建筑，還是東方的古典建筑，它們的誕生和演變都是離不開結構技術主線。特別是中國的古典高規格建筑，它追求大規格，而它的結構和立面是一起產生的，所以它在建筑史上是獨樹一幟的存在。在近現代建筑的演變過程中，結構的改革在其中起到了極大的促進作用。它不僅滿足了建筑物的基本需求，也為建筑的審美開啟了新的篇章，對我們有著巨大的影響。人們開始把結構轉變為一種建筑美學的手段，它不是獨立的門派，而是在建筑中不可分割的一部分，更應該是建筑意象表達的一種手段。但是，對于如何較好地運用這一表現手段，尚有許多規律性的東西值得我們去總結和分析，在此基礎上，才能形成比較完整和可行的設計方法。本文擬從大跨度公共建筑的造型入手，分析建筑形象的結構本質，探討結構在建筑表現中的基本方法，為建筑的創作提供一個有效的途徑。

從中國古代建筑的大跨度建筑來說，山西五臺山佛光寺大殿是現存最大的唐代的木構建筑，它位于臺南豆村東北約5km的佛光山腰，依山勢自下而上變沿東西向周線布置。大殿建于唐大中十一年，面闊七間，進深八架椽，單檐四阿頂。雖然這些數據對現在來說，可以很簡單的實現，但是，在那個時代，是了不起的工程。特別對唐代的工匠來說，他們沒有釘子等連接的工具，他們使用的榫卯構建，細節也能很好的聯結起來，所以這就是中國工藝博大精深的地方。我們可以明顯發現中國人的建筑總是規整、氣勢博大。這除了與我們的中國古建筑富有者封建倫理文化的特色有關，還與中國人的中庸的民族意識有關，它總是沿著一條中軸線為主或采取對稱的方式來布局，這種方式是中國古代最為標志的空間布局方式。而支撐起這個建筑的結構式抬梁式中的殿堂式，用于等級較高的建筑。抬梁式又稱疊梁式，是在立柱上架梁，梁上又抬梁。它的斗拱雄大（用材20.5m，斗拱層占1/2高），所以當你站在佛光寺大殿中，你可以明顯感受到周圍的梁和柱可以的氣勢，已經能看出中國建筑很早就持著結構與建筑緊密相關的思想來建造。

而西方的建筑特別是古希臘的建筑，它給人的氣質也是與中國古建筑的相似，首先在氣勢上就有種壓倒人的氣勢。一般在跨度大的建筑物里，最直接的方式就是運用大量立柱的方式將建筑物撐起來。而希臘神廟就是用這個方法使得它一直屹立在山頭，它的柱子寬、高，而且使用石頭建造的，給人一種很直觀的感受。西方傳統建筑的體系是以古希臘建筑的梁柱結構和古羅馬的拱券結構為基礎的。古希臘建筑盡管是以石材為主的梁柱結構，但從其結構形式和節點連接方式來看，仍反映了早期木結構的特性。盡管經過了一定的演變，從額仿、檐口和托板等部件的形式和作用來看，仍與木結構相近。古羅馬盡管在建筑形式上的創新不多，以繼承古希臘建筑為主，但以拱券和穿頂為特征的結構形式卻將古典建筑從技術上推向了一個新高峰，打破了古希臘建筑空間狹小的缺陷，進而確立了古典主義的建筑美學觀。拱券盡管早己有之，但古羅馬建筑的功績在于通過廣泛地運用于建筑實踐而形成了一套完整的技術，恰當地發揮了石材的抗壓作用，可謂揚長避短。此外，以火山灰為主要成分的天然混凝土較石材更易于成型，并使人類實現真正意義上的大跨度建筑空間成為可能。中世紀哥特式建筑發展了肋拱結構，使結構自身更為輕盈，是拱券技術的又一進步。

隨著時代的發展，更多大跨度形式的建筑出現在人們的實現范圍中。而現在的大跨度的結構形式可以簡單的概括為3個類別：實體結構類（薄殼結構、折板結構），網格機構類（網架結構、網殼結構），張力結構（懸索結構、薄膜結構）。其中我更偏愛的是大跨度鋼結構的結構體系，首先是因為它的應用范圍廣，使用的自由度，一般公共大跨度建筑都可以實現，其次它是個性化的產品，它可以很好地將建筑美學表達出來，然后它與折板結構相比，自重輕，結構自由，折板給人的感覺就要厚重了，而且它雖然輕盈，但是是使用高強度的材料所以剛度好，同時使得經濟性好。由于空間結構又是三維受力的，內力分布均勻，能很好的承受不對稱荷載或者是較大的集中荷載。在這個基礎上，每一個鋼結構都有自己的一個標準、一個模數，便于工業化生產，構件可以在工廠中制作完成，再通過交通運輸到工地上再很快安裝起來，這樣效率就明顯增高了，可以讓建筑一步到位。更重要的是，一個個輕便的鋼構件可以組成的形式卻是多種多樣的，而且給建筑師的想象可以發揮到極致，可以讓空間形式豐富起來，或者可以利用光影為建筑增添一番情趣。

悉尼超級穹頂體育館是被作為2000年奧林匹克運動會的多功能體育館進行設計的。菲利普·考克斯與其合作者們把大彎頂體育館想象成一座龐大、水平且半透明的建筑。建筑外形呈鼓狀，由24根鋼柱支撐著的放射狀網架結構形成了遮蓋賽場的輕型屋蓋體系。為使其尺度不至于過大，他們在兩側設置了環抱體育場的輕質廊道，這就給這個大尺度的表皮添上了一些人性化的細部。但是要欣賞大育頂還是需要一定的角度和高度，所以他們在設計時運用了一種類似桅桿的結構，就像是一個花冠圍繞在體育館的周圍。他們以其纖細但不失強度的懸索和自由排列的柱廊強調大育頂的整體外觀。支撐柱廊的是樹狀的柱子，屋頂采用了有拉索支撐的析架結構，大尺度出挑的屋檐為場館提供了陰涼的空間。從現代的建筑可以明顯看出結構已經只是以一個支撐的身份出現的，它更多的是一種裝飾來為建筑增添姿色，特別是鋼結構的建筑裸露在外面，可以讓人直觀的看出它是以一種什么的姿態呈現建筑的形狀，它呈現的金屬光澤對人們來說也是吸引。

盡管對于建筑物的結構選型非常重要，但是我們常見的建筑結構并不復雜，基本上由設計師在訂方案的時候就有了一個基本的方向，所以一般工程的設計師就要對一些細部來發揮一下奇思妙想。像上海的浦東國際機場航站樓，它的中標方案部分結構不夠穩定，頂棚的拉鎖是機動的，后來將多根斜拉穩定在兩個主墩上解決，雖然對造型沒有多大影響，但是在建筑空間的視角上就可以感覺到，失去了一開始的通透性，但是工程師在頂棚的設計讓人覺得非常典雅，拉索起了支撐作用，但同時又有結構造型的作用。而大坂關西國際機場航站樓的設計，除了整體造型的獨特之外，結構構件和節點的設計也是十分講究。大廳內的支撐斜桿制成梭形，既有利于壓桿穩定，又體現了單向受力形態。其次，節點要處理得與設計受力條件一致，如漢諾威國際展覽中心，柱子底部的鉸支座明確無誤，而且顯然是做了刻意的表現。

大跨度的建筑結構對現代建筑的發展有著重要的意義，它既滿足了建筑的美學，又可以在建筑美學的基礎上帶來一些新的變化，譬如說它可以回味經典，又可以帶來未來感。

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