淺談大跨度建筑結構表現的建構

周健祥

【摘 要】本文簡要地闡述了大跨度建筑的結構特點，著重從效能、經濟和優雅幾個方面針對大跨度建筑結構表現的建構進行了探討與研究，以供大家參考。

【關鍵詞】建筑；大跨度結構；結構形式；關聯度；藝術形式

建筑結構表現與結構選型不一樣，其主要是以結構的內在規律為指導，努力創作出富有表現力的結構形象，是一種創造性的設計過程，而結構選型只是其中的一個方面。創造性的結構表現是在給定的設計條件下去尋求最新的結構形態。結構形態的固定化、手法化以及機械地選擇，是與創造性的結構表現完全對立的。結構表現與結構構思也不同。結構構思的主要任務是解決結構形態的概念設計和建筑立意的問題，而結構表現不僅涵蓋了結構構思，還有一個結構構思的實現問題。結構表現要把結構構思提出的概念、立意、想法等通過運用相應的設計手法轉化為真實的建筑、結構元素，最終創造出具有藝術性的結構形態。本文結合工作實踐，主要就如何構建大跨度建筑結構表現方式進行了論述。

1 大跨度建筑的結構特點

1.1 結構與建筑的關聯度高

大跨度建筑的結構與建筑的關聯程度遠遠大于一般民用建筑，其建筑空間的圍合、形體的構筑、形象的塑造等都與結構緊密相關。對于大跨度建筑來說，常常建筑就是結構，結構就是建筑。結構體系是大跨度建筑創作的基礎，結構的合理性在設計中處于核心地位。大跨度建筑結構分為屋蓋結構和下部支撐結構，其中，屋蓋結構的技術難度以及對建筑空間的影響都比較突出，是大跨度建筑結構表現的重點。大跨度建筑結構由于受力學規律支配，其結構形態和使用范圍等都有著內在的規定性，從而對建筑構思和設計產生較大的影響。

1.2 結構造價高

大跨度建筑的造價高，需要耗費巨大的社會勞動和社會資源。例如，國家主體育場方案——“鳥巢”經優化調整后的工程造價仍達22.67億元，設計用鋼量4.2萬噸，是目前國內外體育場館中用鋼量最多、規模最大、施工難度最大的工程。中國工程院院士沈世釗教授曾經指出，“在建筑學上，結構重量跟跨度是不成正比的，是指數的關系。一個體育館，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。”

1.3 技術含量高

在大跨度建筑設計中，需要充分考慮結構、施工、節能、智能控制等多種技術問題，并且技術因素與建筑物的美學處理密切相關。大跨度建筑通過對高、新技術的應用，創造出反應時代特征的建筑形式。例如，大跨度建筑結構設計所采用的技術必須達到跨度的要求，因此應該著重研究屋蓋結構中可能產生的巨大彎矩和結構自重等問題，以采取合理的技術措施，保持所承受荷載與結構自重之間的合理平衡。同時大跨度建筑為了減輕自重，必須使用效率更高的結構形式，最大跨度的結構形式是那些最有效的結構類型形式，而結構的有效性越高，結構形式也就越復雜。因此，大跨建筑可以看作是真正的“高技派”建筑。

2 大跨度建筑結構表現的建構

2.1 效能

支撐起建筑的結構必須是牢固的，必須足以承受各種形式的外力，包括建筑物的自重、雪荷載、風荷載和各種活荷載等等。因此，結構的合理性是結構形態發揮其效能的基礎。結構形式、材料運用、構造處理、結構耐久和技術可行等無不影響著結構效能的最終實現。 結構的合理性也可以理解為結構的正確性。奈爾維在 1956 年的《結構》中寫道：“結構的正確性與功能和經濟的真實性一樣，是形成建筑令人信服的美學價值的充分必要條件。”那么這種“結構正確性”指的是什么呢？ 首先是有完整的結構體系，其次是有合理的結構形態，最后還要有恰當的結構布置。結構正確性是一種合理的重力的傳承關系，必須體現出結構最優化、平衡的原理以及由此產生的應力分配的規律，并與建筑藝術形式和功能的要求相一致。

在建筑設計中，借助彎矩概念分析，可以幫助我們進行結構構思。如GMP設計的柏林火車站方案（圖1），屋面擬采用單拱形式，最大跨度為50m。由于在結構形式上做了修飾性變化，端部呈內收形式，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，設計采用索桁架形式予以加強，其布置形式與彎矩圖一致，充分展示了力學原則本身所提供的藝術表現力，使結構形態更為豐富。

圖1柏林火車站屋面結構形態分析

2.2 經濟

經濟常常是大跨度建筑設計中的決定因素，結構技術的經濟指標是評價建筑設計與創作的一個重要依據。再好的構思，再好的方案，若不能為經濟條件所接納，那也只能付之東流。 結構的經濟性一般表現為較少的營建費用。營建費用包括人工費用、材料費用，還涉及施工中 的其他費用，如搭制腳手架、材料運輸等。結構的后續耐久性也是評價結構經濟性的重要指標。此外建筑運行（使用）中的節能問題越來越被重視，也是評價結構經濟性的重要因素。

2.3 優雅

結構是美的，結構有著自身的視覺表現力，結構可以看作建筑藝術中的一種重要的“藝術形式”。 結構的美是多層面的，在宏觀層面上是反映在建筑體型中的雕塑美；在中觀層面上是結構構件與空間處理完美結合的表現力；在微觀層面上是細部節點的精致美。結構有四個基本要求，即平衡的要求、穩定的要求、強度的要求和剛度的要求。在建筑形象設計中，正確地反映這四個基本要求是對結構的科學美的追求。相應地，結構的科學美可以分為平衡的美、穩定的美、強度的美和剛度的美。在結構表現的過程中，應力求使結構科學美的內容盡可能產生視覺空間藝術美的形式，同時，也要力求視覺空間藝術美的形式盡可能具有結構科學美的內容。這是結構技術與建筑藝術相互統一的基本途徑，也是結構表現的內在要求。

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

3 結束語

結構表現的目的在于綜合社會的、經濟的、技術的、人文的因素，運用結構邏輯和形象思維，賦予大跨度建筑以情感的秩序和藝術的屬性，使之具有深刻的內涵、鮮明的個性和優美的形式。在成功的結構表現的建筑中，力的作用總是被清晰地表達出來，同時結構以優雅與輕盈掩飾了內在的復雜性。一座建筑物的形式，即使具有高效能的結構體系，是簡潔、有秩序和令人愉快的，這正是結構表現的美學要求。

【參考文獻】

[1]趙巍巖.當代建筑美學意義[M].南京：東南大學出版社2001.

[2]布正偉.結構構思論：現代建筑創作結構運用的思路與技巧[M]. 北京：機械工業出版社2006.