大跨建筑構造和建筑設計的關系
——以哈爾濱大劇院為例

何新宇

大跨建筑作為建筑領域的重要組成部分，在現代城市中起著重要的作用。在大跨建筑的設計過程中，構造與設計密不可分，二者之間的關系會直接影響建筑的安全性、穩定性以及功能實現[1]。哈爾濱大劇院作為一座具有代表性的大跨建筑，其建筑構造和設計的關系具有一定的研究價值。本文以哈爾濱大劇院為例，深入探討大跨建筑的構造與設計之間的相互影響和制約關系，以期為設計類似的建筑提供借鑒。

1 建筑概況

哈爾濱大劇院位于黑龍江省哈爾濱市中央大街，是一座富有文化內涵和藝術氣息的標志性建筑。該劇院的總占地面積約444 hm2，建筑高度達到56 m，包括1564 座大劇場、414 座小劇場、地下車庫及附屬配套用房等。哈爾濱大劇院俯視圖如圖1 所示。

該劇院的設計靈感來源于多方面的文化元素，融合了傳統與現代的美學理念，呈現出一種獨具特色的建筑風貌。首先，設計師在建筑的外觀造型上融入了哈爾濱市的特色，將冰雪與冬季景觀元素巧妙地結合起來，使建筑的形態猶如一座擎天玉柱。冰雪雕塑的靈感為建筑賦予了一種神秘、清冷的美感，與哈爾濱冰雪文化相得益彰[2]。其次，哈爾濱大劇院在建筑風格上也注重融合多種文化元素，從建筑的立面到內部空間，都充滿了現代藝術的氛圍。建筑立面采用了流線型設計，充滿動感，與城市現代化的發展理念相契合。在劇院內部，設計師精心布置了各類藝術品和裝飾，不僅展現了傳統的哈爾濱文化，還融入了國際化的時尚元素。

哈爾濱大劇院是一座融合了冰雪文化、傳統文化與現代藝術的標志性建筑。它的獨特設計與建筑風格，使其在眾多建筑中脫穎而出，成為哈爾濱城市發展的重要象征。通過對這一杰作的深入研究與分析，不僅可以了解大跨建筑的構造與設計的關系，還可以進一步探索建筑與文化、城市與人文之間的緊密聯系，為未來的建筑設計與城市發展提供借鑒[3]。

2 結構布置

哈爾濱大劇院作為一座大跨度建筑，其結構布置是確保建筑穩定性和安全性的重要因素。在設計過程中，工程師充分考慮了建筑體型和功能分區的特點，將整個建筑劃分為10 個結構單元，每個單元都經過精心規劃和布置，以滿足復雜多變的荷載要求[4]。

2.1 大劇場

大劇場是哈爾濱大劇院的核心部分，主要用于承辦大型演出和活動。在大劇場的結構設計中，工程師根據大劇場的尺寸和布局，精確計算了大跨梁的跨度和尺寸。通過合理的布置和計算，大跨梁能夠穩定地承載屋蓋和天花板的重量，保證了劇場整體結構的穩定性。根據大劇場的平面布局和荷載特點，合理配置了大跨柱的位置和數量。通過科學的計算和布置，大跨柱能夠有效分散荷載，保證劇場內部結構的穩定和均衡。同時，通過采用高強度的結構材料，增強了大劇場的整體強度和穩定性[5]。在地基基礎設計中，針對大劇場所在地基的地質特點，為增加地基承載能力，提高大劇場的整體穩定性，工程師采取了灌注樁、地下承臺、地基加厚等措施。大劇場鋼結構三維示意圖如圖2所示。

圖2 大劇場鋼結構三維示意圖（來源：網絡）

2.2 小劇場

小劇場在哈爾濱大劇院中也起著重要作用，通常用于小型演出和文化活動。為了保證小劇場的結構穩定，工程師在其設計中采用了類似大劇場的結構布置，注重大跨梁和柱的配置，并選用適當的結構材料。小劇場的地基基礎設計同樣經過精心考慮，采用灌注樁、地基加厚和地下承臺等加固措施來確保其在使用過程中的穩固性和安全性[6]。

2.3 車庫單元

哈爾濱大劇院有6 個車庫單元，用于停放車輛。車庫的結構設計考慮到停車場的載荷特點，工程師采用了大面積的梁柱結構，以支撐停車場的重量。在停車場區域，地質構造和土壤性質存在差異，可能會導致地基承載能力不均勻，增加了停車場地基沉降和變形的風險。工程師對停車場區域進行了大量地質勘探和分析，確定了不同區域的土壤性質和地下水位變化。在地下水位較高的區域，采用了灌注樁加固技術。在地基承載能力較低的區域，采用地基加厚的方式，通過在原有地基上增加一定厚度的強化層，提高地基的承載能力[7]。

2.4 水池橋單元

哈爾濱大劇院的設計還包括2 個水池橋單元，這些水池橋在建筑中起到裝飾和景觀的作用，同時也承擔著一定的水負荷。在水池橋單元所在的區域，地質構造和土壤性質存在差異，地基的承載能力存在不均勻性，這對水池橋的穩定性提出了一定挑戰。

在設計中，工程師采用了特殊的結構形式和材料，以確保水池橋的穩定性和安全性。針對水池橋所在地的地質條件，工程師進行了詳細的地質勘探和分析，了解了地下土層和水位等情況。

根據地質數據，采用了加厚地基的方式，即通過在原有地基上增加一定厚度的強化層，提高地基的承載能力，確保水池橋的穩定性。對于地下水位較高的情況，采用了灌注樁等加固技術，以滿足水池橋的使用要求。

3 地基基礎設計

3.1 地質勘探和分析

進行大量的地質勘探和分析是地基基礎設計的重要前提。工程師在規劃建設前，對大劇院的選址進行了詳細的地質調查。通過對地質構造、地下水位、土層性質等關鍵參數的測量與分析，了解了地下情況的復雜性與多變性。在勘探的基礎上，采用地質勘探技術和現代地質探測儀器進行了詳細的地質分析，從而確保了地基設計的準確性和可靠性。

3.2 應用高強度材料

為增加地基的承載能力，設計者采用了高強度材料。針對大劇院的建筑形態和重要結構部位，選擇了高強度的混凝土和鋼材，以增加地基的承載力和剛性。混凝土是一種優秀的建筑材料，具有較高的抗壓和抗彎強度，在大跨建筑中已廣泛應用于地基的加固和承載[8]。

同時，鋼材作為一種優質結構材料，不僅具有較高的強度和穩定性，還可以靈活運用于不同的結構形式，使得地基的設計更加靈活。采用高強度材料的地基設計，不僅增加了地基的承載能力，還有效提高了建筑的整體穩定性和抗震性能。

3.3 采用降低沉降技術

為了減少地基沉降對建筑結構的不利影響，設計者還采取了一系列降低沉降的技術措施。其中，常見的是地基加固與土體加固技術。地基加固包括土體的加固和加固層的設置，通過增加地基的強度和剛性，降低地基沉降的可能性。

土體加固技術可以采用土體改良、土體壓實等手段，以提高土體的穩定性和抗沉降能力[9]。此外，設計者還采用了沉降監測技術，對大劇院的地基沉降進行實時監測和分析。通過對沉降數據的精確掌握，可以及時采取相應的措施，避免地基沉降對建筑結構的不利影響。

4 建筑材料

4.1 高強度鋼材在結構部分的應用

在大跨建筑設計中，承重結構的穩定性和強度至關重要。為此，在哈爾濱大劇院的結構部分采用了高強度鋼材。高強度鋼材具有較高的抗拉強度和抗壓強度，使其能夠承受更大的荷載，并保證建筑的整體穩固性。在大劇院的梁、柱和框架等關鍵結構部位，選用高強度鋼材，以提供足夠的支撐力，確保了大跨建筑的結構穩定和安全[10]。

4.2 耐候性較好的外墻材料

外墻作為建筑的外部保護層，其材料的選用不僅要考慮美觀性，還需要具備較好的耐候性。在寒冷氣候條件下，外墻材料需要能夠抵御低溫、風雪等氣候因素的侵蝕。因此，在哈爾濱大劇院的外墻裝飾中，選擇了耐候性較好的玻璃纖維增強混凝土（Glass Fiber Reinforced Concrete，GRC）材料。該材料具有出色的耐候性和抗老化性能，不易受到氣候變化的影響，能夠長期保持良好的外觀和性能[11]。通過采用這種耐候性材料，保證了大劇院外墻在嚴寒冬季和酷暑夏季都能保持美觀。

4.3 高性能混凝土的應用

除了高強度鋼材外，高性能混凝土在哈爾濱大劇院的設計中也得到了廣泛應用。高性能混凝土是一種特殊的混凝土，具有較高的強度、耐久性和抗滲性能。在大劇院的地基基礎設計和結構部分，采用高性能混凝土，以增強地基的承載能力和結構的穩定性。同時，在地下車庫等特殊區域，高性能混凝土的應用還能有效抵御地下水的侵蝕，確保地下空間的安全和持久性。

4.4 玻璃幕墻材料的選擇

玻璃幕墻是現代大跨建筑常見的外立面設計，它不僅可以提供充足的自然光照，還為建筑賦予了現代感，增添了整體的美感和視覺效果。在哈爾濱大劇院的設計中，選用優質的玻璃材料作為幕墻。這種玻璃材料不僅具有良好的透光性，還具有良好的隔熱和隔音性能，有效提高了室內空間的舒適性和節能性。此外，玻璃幕墻材料還具有良好的耐候性，能夠抵御風雨和紫外線的侵蝕，保持建筑外觀的長期美觀[12]。

5 建筑采光

5.1 大面積的玻璃幕墻

在哈爾濱大劇院的設計中，大面積的玻璃幕墻被廣泛應用于建筑的外立面設計。透過玻璃幕墻，室內可以獲得充足的日光，提高了建筑內部的采光質量。此外，玻璃幕墻還可以將室內與室外景觀無縫連接，讓人們在室內也能欣賞外部的美景。

5.2 天窗的運用

除了玻璃幕墻，設計中還采用天窗設計。天窗是開設在屋頂或墻面的窗戶，它可引入更多的自然光線，使得室內更明亮。在哈爾濱大劇院的設計中，天窗被巧妙地布置在劇院內部，讓自然光線可以均勻地灑進室內，增強了劇院內部空間的通透感和明亮度。

5.3 光線引導技術

為了避免強光直射對劇院內部活動造成不利影響，設計中采用了光線引導技術。光線引導技術可以通過設計合理的反射板、遮陽設施等，將強光引導和分散，實現光線的均勻分布。在哈爾濱大劇院的設計中，通過巧妙設置遮陽篷和反射板，有效控制了強光進入劇院內部的情況，保證了舞臺演出的舒適性和效果。

6 結語

在大跨建筑設計過程中，合理的結構布置、科學的地基基礎設計、優質的建筑材料選擇以及良好的建筑采光等方面，共同決定了建筑的穩定性、安全性和功能實現。只有在結構與設計緊密協調的基礎上，才能打造出更出色的大跨建筑作品，希望本文的研究結論能夠為今后類似大跨建筑的設計和施工提供借鑒。