馬楨 張釩

摘? ? 要：大跨度建筑設(shè)計除了注重建筑美觀度之外，還要選擇合適的結(jié)構(gòu)形式和設(shè)計方法，并結(jié)合力學(xué)規(guī)律來保證建筑整體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，從而創(chuàng)造出美觀、實用與安全的優(yōu)秀建筑作品?；诖耍疚牧信e了大跨度建筑結(jié)構(gòu)的典型型式，深入探討了大跨度建筑設(shè)計中結(jié)構(gòu)形態(tài)的相關(guān)表現(xiàn)，以期對相關(guān)方面的研究予以豐富和補充。

關(guān)鍵詞：大跨度建筑;建筑設(shè)計;結(jié)構(gòu)形態(tài)

1? 引言

隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，大跨度建筑在數(shù)量和規(guī)模上都獲得了顯著提升，特別是影劇院、體院館、博物館等對大跨度設(shè)計的應(yīng)用越來越廣泛。大跨度建筑彰顯了一個國家的建筑技術(shù)水平，是當前建筑類型發(fā)展的重要趨勢。與其他類型的建筑相比，大跨度建筑對于設(shè)計技術(shù)的要求更高，對結(jié)構(gòu)技術(shù)的依賴性也更強。因此，對大跨度建筑的設(shè)計必須從技術(shù)角度出發(fā)，并結(jié)合設(shè)計師的個人想法和創(chuàng)意，才能夠真正打造出優(yōu)質(zhì)的建筑工程作品。

2? 大跨度建筑結(jié)構(gòu)的典型型式

2.1? 殼體結(jié)構(gòu)

殼體結(jié)構(gòu)在大跨度建筑中的應(yīng)用非常廣泛，它是由兩個曲面所限定的薄壁曲面結(jié)構(gòu)，通常是使用混凝土等剛性材料通過各種曲面結(jié)構(gòu)形式共同構(gòu)成。殼體結(jié)構(gòu)的承載性能優(yōu)越，只需較小的結(jié)構(gòu)厚度就能夠承擔非?？捎^的荷載，并且具備較高的美觀性和藝術(shù)性。殼體結(jié)構(gòu)通常呈空間受力的狀態(tài)，其結(jié)構(gòu)本身主要承受的是曲面內(nèi)的軸向力，而結(jié)構(gòu)中的彎矩以及扭矩相對較小，這使得建筑材料強度在建筑結(jié)構(gòu)當中能夠得到全面的發(fā)揮和利用。殼體結(jié)構(gòu)的形式較為多樣，常見的有筒殼、蛋殼、雙曲扁殼以及雙曲拋物面等，擁有自重輕、跨度大、用料少以及外觀多樣等優(yōu)點，成為大跨度建筑最為經(jīng)典的結(jié)構(gòu)形式之一。

2.2? 網(wǎng)架結(jié)構(gòu)

網(wǎng)架結(jié)構(gòu)是利用多條桿件按照一定規(guī)律組成的網(wǎng)狀型結(jié)構(gòu)，于上世紀60年代興起，多用于對舞臺等工程項目的搭建。按照外形劃分，可以將網(wǎng)架結(jié)構(gòu)分為平板網(wǎng)架和曲面網(wǎng)架兩種，按照構(gòu)造方式可以分為交叉桁架體系和角錐體系。網(wǎng)架結(jié)構(gòu)具有整體性強、穩(wěn)定性好、空間強度大等優(yōu)點，深受建筑企業(yè)的青睞。同時，由于網(wǎng)架結(jié)構(gòu)由多條桿件組合而成，桿件的規(guī)格尺寸基本一致，所應(yīng)用的部件可以直接由工廠生產(chǎn)之后運輸?shù)绞┕がF(xiàn)場進行安裝操作，因此這種結(jié)構(gòu)的應(yīng)用非常廣泛，并且容易創(chuàng)造出個性化、豐富多彩的建筑工程作品。

2.3? 薄網(wǎng)結(jié)構(gòu)

薄網(wǎng)結(jié)構(gòu)是近年來迅速發(fā)展起來的建筑結(jié)構(gòu)體系，是一種新型、具有較高應(yīng)用潛力的大跨度建筑結(jié)構(gòu)。薄網(wǎng)結(jié)構(gòu)在搭建時主要應(yīng)用的是性能優(yōu)良的柔軟織物，這種織物的優(yōu)點是透氣性好，兼具一定的采光性等。薄網(wǎng)結(jié)構(gòu)由空氣壓力支撐膜面，同時可以利用柔軟的拉鎖結(jié)構(gòu)或者剛性的支撐結(jié)構(gòu)將整個薄膜撐起，形成一個剛度較強、覆蓋面較大的大跨度空間結(jié)構(gòu)體系。薄網(wǎng)結(jié)構(gòu)可以防風(fēng)擋雨，保證內(nèi)部空間的舒適度。

3? 大跨度建筑設(shè)計中結(jié)構(gòu)形態(tài)的表現(xiàn)

3.1? 基于結(jié)構(gòu)力學(xué)來表現(xiàn)

在大跨度建筑設(shè)計中，加強對結(jié)構(gòu)力學(xué)的研究與分析，借助力學(xué)概念開展結(jié)構(gòu)的構(gòu)思與設(shè)計，能夠創(chuàng)作出更為簡單、穩(wěn)定和富有想象力的建筑結(jié)構(gòu)作品，更好地表現(xiàn)建筑結(jié)構(gòu)形態(tài)，提升建筑結(jié)構(gòu)的整體活力。在大跨度建筑設(shè)計和建設(shè)中，首先需要考慮的便是結(jié)構(gòu)的受力情況，真實、準確地表達結(jié)構(gòu)受力情況是評價結(jié)構(gòu)形態(tài)綜合設(shè)計水平的重要指標，也是影響建筑整體安全性和穩(wěn)定性的關(guān)鍵。

在大跨度建筑設(shè)計中，合理協(xié)調(diào)和運用結(jié)構(gòu)中的力學(xué)原理非常重要。大跨度建筑的受力情況較為復(fù)雜，設(shè)計者要深入分析結(jié)構(gòu)受力情況并選取合理的受力結(jié)構(gòu)來構(gòu)成穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)體系，同時還要結(jié)合結(jié)構(gòu)的內(nèi)在受力規(guī)律來保證建筑的美觀性。比如，意大利佛羅倫薩體育場就是充分利用結(jié)構(gòu)力學(xué)建設(shè)而成的，其使用了較少的結(jié)構(gòu)材料，通過簡潔合理的受力結(jié)構(gòu)，利用帶懸臂的V型支座構(gòu)件支撐看臺，有效地將結(jié)構(gòu)中的荷載傳導(dǎo)到基礎(chǔ)上去，這種三角形結(jié)構(gòu)不但保證了結(jié)構(gòu)整體的穩(wěn)定，也減少了建筑結(jié)構(gòu)的傾覆力。

3.2? 模仿自然界結(jié)構(gòu)表現(xiàn)

為了更好地適應(yīng)外部生態(tài)環(huán)境，自然界中的生物不斷改變自己的形體結(jié)構(gòu)來保持足夠的平衡和防御能力，在其長期的進化過程中逐漸形成了最為科學(xué)、合理、穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)形態(tài)，設(shè)計師和工程師借助仿生學(xué)理論來汲取其中的結(jié)構(gòu)奧秘，解決了大量建筑結(jié)構(gòu)型式難題。比如，烏龜殼作為烏龜?shù)闹匾烙淦?，實際厚度只有2mm左右，但是卻可以承受約50kg的外部壓力，通過對烏龜殼結(jié)構(gòu)的分析和研究，極大地提升了建筑的穩(wěn)定性和承重能力，從而使許多建筑難題迎刃而解。北京奧運會主體育場館——鳥巢，也是模仿自然界結(jié)構(gòu)形態(tài)的重要代表，它所采用的鳥巢結(jié)構(gòu)既保證了建筑本身的美觀性，也在很大程度上確保了建筑本身的穩(wěn)定性，彰顯了獨特的建筑仿生魅力。目前，越來越多的設(shè)計師將注意力轉(zhuǎn)向了微觀世界，雪花、花粉甚至分子、原子結(jié)構(gòu)，都開始在建筑結(jié)構(gòu)中得到運用，成為了大跨度建筑結(jié)構(gòu)模仿的重要對象。

3.3? 利用幾何形、拓撲形

幾何形狀是人類以自然為原型并通過抽象概括而形成的人工形態(tài)，在建筑結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用較為普遍，特別是在西方的許多建筑結(jié)構(gòu)當中應(yīng)用較為廣泛。我國的部分大跨度建筑，如廣州體育館等，也運用了大量的幾何形狀，包括圓錐、三角形等，打造出了獨具特色的建筑藝術(shù)風(fēng)格。

拓撲形是一種非常接近自然的形狀，它在大跨度建筑空間秩序的研究上能夠發(fā)揮重大作用，并且拓撲形自身也具有強烈的自然美和現(xiàn)實美。拓撲形與幾何形是相對對立的關(guān)系，幾何形強調(diào)的是規(guī)則與規(guī)整，體現(xiàn)了強烈的邏輯性。而拓撲形注重的是形狀的變化性和豐富度，雖然缺乏理性邏輯，但是容易給人們留下深刻印象。拓撲形在大跨度建筑中的應(yīng)用也非常廣泛，如德國慕尼黑奧林匹克公園就采用了自然而多樣的拓撲形結(jié)構(gòu)，其構(gòu)造個性而張揚，宛如形狀各異的山巒丘陵，獨具美感。

3.4? 利用結(jié)構(gòu)構(gòu)件來表現(xiàn)

作為大跨度建筑結(jié)構(gòu)的重要組成部分，結(jié)構(gòu)構(gòu)件不僅能夠為建筑提供支撐作用，同時還可以對建筑結(jié)構(gòu)起到特殊的造型和裝飾效果。結(jié)構(gòu)構(gòu)件是力學(xué)特性的外顯，也是對建筑外形塑造的有力支撐，可以起到表達和傳遞美學(xué)信息的作用。在實際的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中，通過發(fā)揮結(jié)構(gòu)構(gòu)件的語言功能，能夠為設(shè)計師提供足夠的表現(xiàn)空間，展現(xiàn)建筑的技術(shù)美感。法國里昂的機場鐵路客運站在設(shè)計建設(shè)時就充分地利用了結(jié)構(gòu)構(gòu)件來加強對結(jié)構(gòu)形態(tài)的表現(xiàn)，其通過對玻璃與鋼架結(jié)構(gòu)的搭配運用，構(gòu)建起呈伸展狀態(tài)的翅膀式結(jié)構(gòu)。這一結(jié)構(gòu)設(shè)計既保證了建筑的視覺美觀度，同時也提升了建筑的立體感和透視效果，增強了建筑形象的表現(xiàn)力。

4? 結(jié)束語

綜上所述，大跨度建筑設(shè)計應(yīng)該在保證結(jié)構(gòu)設(shè)計合理性的基礎(chǔ)上，運用結(jié)構(gòu)形態(tài)表現(xiàn)方法增加建筑的美觀性和藝術(shù)性，提升建筑的內(nèi)部空間和外部形象，與此同時，應(yīng)在明確建筑結(jié)構(gòu)型式的前提下加強對結(jié)構(gòu)力學(xué)、幾何學(xué)以及結(jié)構(gòu)構(gòu)件表現(xiàn)方法的應(yīng)用，以豐富建筑形象，打造出更具影響力和觀賞價值的大跨度建筑藝術(shù)作品。

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