基于鋼結構技術支撐下的建筑表現力

張艷麗，張 濤，岳玲煥

1.悉地（北京）國際建筑設計顧問有限公司，北京 100013

2.北京中色測繪院有限公司，北京 100012

1 鋼結構與微觀材料質感

鋼結構以鋼作為基本建筑材料，其成分主要為鐵元素和碳元素。碳含量控制在1.7%以下可以得到不同性能的鋼，建筑用鋼按碳和合金含量分為碳素鋼和合金鋼兩類，建筑結構中常常選用低碳素鋼和低合金鋼為結構組成。與混凝土材料不同，鋼除了具備混凝土良好的受壓性能外，其受拉能力也十分顯著。鋼材破壞通常情況下是一種伴隨著明顯變形的延性破壞。鋼結構的受力狀態明確表達著結構受力的基本邏輯關系，這一點與混凝土結構“含蓄”的應力表現存在區別。同時，鋼結構具有材料帶來的時代特性，其質感和施工工藝理性科學，可以根據結構受力精心組織和排布構件從而滿足建筑的形態追求。

從微觀層面來看，鋼結構的材料質感體現在不同的加工處理方式上。鋼材通過研磨、拋光和磨砂工藝呈現出亮面或霧面形式：亮面因其具有良好的反光性能而與周邊環境形成有效互動，加深亮與暗的對比以增強建筑形態輪廓感；霧面細膩均勻的肌理帶來典雅和柔美感。同時對鋼材料外在表現進行凹凸、穿孔、織網等加工，獲得多重材料表現。此外，鋼結構材料質感也表現出冰冷、堅硬等特性，對建筑表現力產生影響。

2 鋼結構與中觀構件形式

中觀層面分析，鋼結構基本構件主要有三類：線性構件、平面構件和空間構件。與角鋼、槽鋼等標準型鋼相比，鋼索、圓鋼管、箱型截面鋼、H型鋼、鋼板成為鋼結構中常常采用的構件。設計中一旦涉及異型截面，通常以焊接鋼板形式滿足要求。限于鋼索的受拉特性往往被用作拉撐，提高整體結構的剛度和穩定性。圓鋼管因其各向受力性能一致，具有廣闊的應用空間。其連接以相貫節點為主——管與管直接相焊，或與鋼板、鋼球形成節點。桁架、支撐形式多為鋼柱、鋼管混凝土柱。箱型截面鋼被廣泛應用，究其原因在于不僅具有圓鋼管顯著的特性和相似的用法，而且更易與梁和墻體連接。應用最普遍的H型鋼，連接方式以焊接和螺栓連接為主，間或采用鉚接、銷接、楔接，扮演可梁、可柱、可支撐，或形成桁架或組合柱的多重角色。鋼板采用形成節點方式起連接作用，或在鋼板剪力墻中實現價值，設計出不同構件和 節點。

連接節點不同是鋼結構與其他結構形式的最大差別。如與現澆混凝土形式相比，鋼結構的連接節點需要力流清晰，構造合理，力學平衡。立足結構設計，鋼結構節點采用鉸接和鋼接以獲得理想化的結構模型；立足建筑設計，構件與連接節點存在線與點的要素形態，點、線組合體現暴露的機械美學和精美的構件特性，增加建筑表現力和感染力。

鋼結構的連接節點分為與維護材料的連接節點（如玻璃、膜、墻板等）和與結構構件的連接節點。點支式連接是與玻璃連接最常采用的形式，因其不需要龍骨的特點，鋼構件形態得到充分展示。可自由設計或選用標準駁接爪，也可采用膠條或螺栓連接龍骨。與膜連接的方式主要有：縫制、熔合、膠粘和機械夾合。主受力縫處采用機械夾合，其基本方法是：膜材通過繩邊被夾在金屬夾板內，并輔以襯墊。通常情況下，膜首先與鋼索相連，然后鋼索與主結構相連。

3 鋼結構與宏觀高技立面

高技術與其說是一種風格，不如說是一種設計途徑，主要表現在暴露、透明性、層次感、動態性、受拉構件輕質性等方面。基于鋼結構技術支撐下的建筑表現，作為高層結構體系中最典型的構件——抗側構件，在立面表現中可以實現均衡穩定和邏輯清晰的形象效果。以抗側構件劃分立面比例，獲得合理的尺度感。特別是抗側斜撐構件表現為軸向體系取代彎曲體系，明確傳導力的過程，展現建筑強度。

作為框架支撐的抗側構件，在若干榀框架柱之間設置豎向支撐可以有效提高抗側剛度，與普通框架體系相比，其建筑高度提高兩倍。豎向支撐可以布置在建筑內部或外立面，形成不同形態的建筑表現。在水平荷載作用下，獨立框架的最大層間側移發生在高樓底部。因此，盡量把支撐布置在框架高樓的底部，并且加大支撐的范圍，這是框架支撐的理想化布置方案。

第二種形式表現為巨型支撐。簡單筒體結構通過密柱深梁增加剛度，形成靈活透明的空間形態。筒中筒和疊加成束筒、密柱深梁和巨型支撐筒，是數量和質量增加的方式——這種支撐表現極具建筑形體美，體現結構的張力和魅力。

第三種形式表現為網格形支撐。這種與支撐型外筒結構相似，其區別在于支撐的密集和均勻以形成網格形式。優點體現在受力均勻、構圖規整、尺度親近，具有良好的整體性能，與傳統立面只注重形式相比，這種網格形支撐不僅實現了形式美的要求，也巧妙完成了結構體系的建立。

此外，主結構和張力結構在建筑立面表現中具有體現。高層主結構既是水平抗側構件，又是垂直承重構件，承受大部分的荷載，關乎整體系統的穩定與否；張力結構在大跨建筑中應用廣泛，鋼索拉伸呈現一種張力和輕靈畫面，與傳統結構形式顯著不同。

4 結論

結構技術的發展支持了當代建筑設計的不斷革新。同樣，在建筑設計歷程中，結構技術一直扮演著主角，是設計過程中最活躍、最關鍵的元素之一。嚴格來講，好的建筑設計在結構技術方面也一定是不可挑剔的。因此，從鋼結構技術層面探討建筑表現力問題，具有重要意義和價值。結構體系是可變的，具有極大的再造和重構的潛力。運用基本材料、構件和立面形式，在提高結構效能的基礎上，遵循一定的結構表現方法，創造出結構與形式高度統一的建筑精品。

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