結構體系對交通建筑造型的影響★

王玉芬 何 影

(東北林業大學土木工程學院，黑龍江 哈爾濱 150040)

交通對現在的人們是不可缺少的，而由交通衍生出來的交通建筑是城市的一個重要組成部分，更是城市交通體系中的重要環節，當今的交通建筑不僅僅是作為建筑來使用，也顯示了一個城市的形象，這也使得建筑師對交通建筑造型有了更高的要求。

1 交通建筑造型的影響因素

1.1 建筑結構體系的劃分

建筑造型受到建筑結構、功能空間、場所環境、建筑性格等多方面因素制約，在所有這些因素中，建筑結構毫無疑問的是起到了主導作用，結構體系是建筑造型的基本，所以在某種程度上可以說又決定了建筑的造型，按組成建筑結構的主體結構形式劃分可以分為墻體結構、框架結構、框架—剪力墻(抗震墻)、筒體結構、桁架結構、拱形結構、網架結構、空間薄壁結構(包括薄殼、折板、幕式結構)、鋼索結構(懸索結構)、薄膜結構。此外尚可按建筑結構的受力特點劃分為平面結構體系和空間結構體系兩大類。比如薄腹梁結構、桁架結構、拱結構就屬于平面結構體系，它是把結構構件本身作為獨立單元來考慮，如果把所有的組成構件協同起來工作，去跨越空間的話，整體作用就會大于單個構件作用之和，而且多向受力比單向受力更能發揮材料的特性，空間工作比平面工作更符合自然傳遞路線，這就導致了空間結構的產生。如殼體結構、網架結構、懸索結構、膜結構等。交通建筑從使用功能上講是需要大跨度空間，大跨度建筑的拱、殼、懸索、網架等空間結構形式的出現和一些新技術的應用，使建筑造型的多樣性和獨特性成為可能[1，2]。

1.2 交通建筑的分類

交通建筑包括空港航站樓、鐵路旅客站、公路客運站、港口客運站、地鐵輕軌站、高速公路服務區和城市公交換乘站。

1.3 處理建筑造型的手法

大空間建筑造型設計有許多手法可以運用，使用純凈的幾何形態是較為常用的設計手法，一個或多個幾何形體可以通過使用加減法、穿插咬合、切割疊加等處理手法，利用幾何形體的抽象特征賦予形體精神上的意義，從而達到美觀的效果;隨著新技術新工藝的發展，我們看到更多地新奇的建筑形式，人們的接受度也變得廣泛，建筑對自然形態的模擬也逐漸變成建筑師們所常使用的一種設計手法，而廣闊的大自然又為我們提供了數之不盡的素材，我們可以借鑒自然景物形態的結構與機理形成建筑的秩序感，構成建筑使之更自然的融入環境;韻律體現了重復出現的基本意圖，使建筑成為組合建筑形式和空間的一種手段，由于規律的重復出現或者有秩序的變化，從而使人們覺得是有美感的，在建筑中，韻律的重復是由建筑設計所引起視覺可見元素的重復，如結構構件、陰影和光線、不同色彩和開洞孔等，建筑的造型就是通過這些因素的協調應用來表現;建筑材料在建筑造型上也有很大影響，交通建筑要表現出地域的可識別性，就地取材有鮮明色彩的地方建筑材料就是十分重要的。建筑造型的多樣性是通過結構的均衡和穩定、韻律與節奏、連續性與漸變性的運用來體現[3，4]。

結構本身富有藝術表現力，是構成藝術形象的重要因素，為了達到安全和堅固的目的，各種結構體系都是由構件按照一定的規律組成的。這種規律性的東西本身就具有極強的造型效果，比如古羅馬建筑中常見的拱券結構形式，中國古建筑中獨有的斗拱形式，現代建筑中球節點鋼網架結構，以及懸挑結構等。

自然地顯示結構，并不是簡單地顯示結構本身。結構本身并不等于藝術美，而是要經過建筑師認真地選擇適合建筑的結構形式并加以恰如其分的藝術創造，才能形成美好的建筑藝術形象，談到建筑造型首先考慮的是建筑的使用功能，需要不同的建筑空間，處理好建筑功能和建筑空間的關系，選擇合理的結構體系，然后去發現、選擇那些建筑結構本身具有的美學價值因素，在選擇的基礎上，根據建筑構圖原理，對那些具有美學價值的結構因素進行藝術的加工和創造，從而利用這些來創造出令人印象深刻的交通建筑[5]。

2 拱結構體系

2.1 拱結構采用的材料

在建筑和橋梁的工程中，拱是一種應用比較廣泛的形式，拱的歷史悠久，無論是在中國還是在外國建筑歷史的舞臺上都可以見到它的影子，由于拱的受力性能較好，能夠較充分的利用材料強度，因此可以采用像木、磚、石這樣易取得的材料，也可使用像鋼筋混凝土和鋼材這樣的新式材料，可以獲得良好的經濟效益和建筑造型效果[6]。

2.2 力學原理對拱結構的分析

根據力學原理選擇合理的結構形式，使結構處于無彎矩狀態，以達到受力合理及節省材料的目的。根據力學原理及材料的特性可知，軸心受力的構件比偏心受力或彎、剪受力的構件更能充分利用材料的強度，人們由此創造出了多種形式的結構，使這些結構構件處于無彎矩狀態，從而使材料的力學性能得到充分發揮[7]。

2.3 拱結構體系的特點

拱結構克服了一般承重構件自重大、不能跨越大跨度的缺點，從力學的角度分析，拱屬于軸心受力結構，拱主要的內力是軸向壓力，其截面上的應力分布比較均勻，一般情況下，其截面內的彎矩是較小的，當其軸線為合理曲線時，可以使全截面受壓，如果拱軸曲線處理得當，甚至可以完全做到無彎矩狀態，此外，由于拱主要承受軸向壓力，故可以充分利用抗拉性能弱而抗壓性能強的材料，材料來源廣泛、易于就地取材，如磚、石、混凝土等[8]。充分利用結構材料的力學性能，選用材料的原則是充分利用它們的長處，避免和克服它們的短處，例如可以利用混凝土、磚石砌體建造較大跨度的受壓為主的拱式結構。但是，由于水平推力的存在，拱需要有堅固的基礎或支撐結構。同時，拱的構造比較復雜，施工費用大。

3 實例分析

里昂機場鐵路客運站是一個交通綜合體，是由法國建筑師卡拉特拉瓦(Santiago Calatrava)和結構工程師 Alexis Bourrat，Sebastien Mamet合作共同完成的，項目主體由車站和鐵路站臺組成，車站大廳形如振翅欲飛的飛鳥，外形突出，起到地標性作用，見圖1。結構類型為無鉸拱，無鉸拱屬于超靜定結構，一般情況下，只有在地基良好或者兩側拱腳處有穩固邊跨結構時，才采用無鉸拱，無鉸拱用于橋梁結構中比較普遍，而在房屋建筑工程中應用較少。車站大廳屋頂由四座呈放射狀布置的鋼管拱支撐，中軸對稱，前端為一個巨大的鋼筋混凝土基座，外側兩拱的跨度和高度比內側兩拱要大。內側兩拱之間支撐著中央屋架，其頂部開設有天窗。內拱與外拱之間架設鋼梁，鋼梁向外出挑，越接近后端鋼梁出挑越多，見圖2。

建筑兩側墻面為玻璃幕墻，鋼柱固定在下部混凝土拱與上部鋼拱之間。下部混凝土拱頂還支撐著一系列斜柱，這些斜柱通過短桿與幕墻的鋼柱呈三角構造連接，撐托支撐懸挑屋頂的斜桿，見圖3。

站臺部分由開有天窗的拱頂及其下部斜向交織的混凝土梁柱構成，通過對混凝土塑性特征的把握，創造出豐富的建筑形象。總共有六條鐵路線穿過其底部，中間的軌道設計可供時速300 km/h的高速列車穿過。這個軌道被罩上了一個混凝土的外殼，削弱了高速列車通過時對周圍產生的沖擊波，同時這個外殼又巧妙地成為上部廊道和屋頂的支撐結構。

車站大廳結構荷載最復雜的地方在四座鋼拱的交匯拱腳，巨大的荷載通過鋼拱匯集到這里，所以拱腳采用巨大的構造尺寸。外側拱的壓力有一部分通過豎向鋼柱傳遞到下部混凝土拱上，這樣可以有效減小四絞拱交匯處的巨大水平推力，見圖4。

屋頂的角度和懸挑考慮到太陽高度角的變化規律，使得6月～11月間日光無法直接射入室內。四拱交匯處抽象雕塑般的混凝土構件，來自于對結構的精密計算以及對材料力學性能的精準把握，在視覺上這種混凝土的實體感覺也與鋼材桿件和玻璃所形成的輕盈感形成強烈的對比。

建筑師合理利用了拱結構跨越空間能力好的特點，使四座拱支撐其大廳屋頂，通過對拱結構角度和跨度的巧妙處理，以及屋頂的適當懸挑，獲得了獨特的建筑外觀，展現了拱結構的造型能力。

4 結語

一個優秀的建筑師，應該掌握結構體系的各種特點，以便更好地應用結構體系，在建筑中自然地顯示結構，最大化的發揮結構的藝術表現力，把結構形式和建筑的空間藝術形象融合起來，使兩者成為統一體，而不是將技術與藝術機械地相加。

[1]曲翠松.建筑結構體系與形態設計[M].北京:中國電力出版社，2010.

[2]卡爾斯布魯托.交通建筑設計[M].武漢:華中科技出版社，2012.

[3]樊振和.建筑結構體系及選型[M].北京:中國建筑工業出版社，2011.

[4]賀衛平.里昂機場鐵路客運站[J].世界建筑，1996(5):37-38.

[5]高莉娟.基于結構形態的鐵路客運站研究[D].成都:西南交通大學，2010.

[6]徐國彬.建筑結構形式發展的力學原理[J].建筑創作，2002(8):11-13.

[7]王 玲.基于結構形態的建筑造型研究[D].重慶:重慶大學，2007.

[8]王秀靜.結構形式與建筑形象[J].山西建筑，2004，30(20):8-9.