張茂來

浙江省機電設計研究院有限公司 浙江 杭州 310000

引言

在建筑領域中，鋼結構建筑具有重要的地位和廣泛的應用。作為一種先進的建筑技術，鋼結構建筑在大跨度、高層建筑以及特殊功能建筑等領域發(fā)揮著重要的作用。而鋼結構建筑的節(jié)點及材料的建構學分析，是研究鋼結構建筑節(jié)點設計和材料應用的關鍵內(nèi)容，通過對建構學的學習，能夠更加明確鋼結構的各項特征，將其應用在建筑鋼結構設計中，可以有效優(yōu)化與創(chuàng)新設計理念，從而推動建筑工程領域發(fā)展。

1 建構學釋義

1.1 基本概念

建構學是一種現(xiàn)代建筑理論和設計方法，強調(diào)建筑設計的過程性和建筑作品與環(huán)境的關系。首先，建構學強調(diào)建筑設計是一個動態(tài)的過程，將建筑視為一種不斷變化和演化的系統(tǒng)，而非靜止的物體，建構學認為建筑設計的過程應該是一個持續(xù)的對話和交互過程，設計師與環(huán)境、材料和空間之間不斷進行相互作用和反饋。其次，建構學強調(diào)建筑作品與環(huán)境之間的相互關系，認為建筑不是孤立存在的，而是與周圍環(huán)境相互聯(lián)系和影響的一部分，建構學強調(diào)建筑作品與自然環(huán)境、社會環(huán)境以及文化背景之間的和諧和共生關系，通過與環(huán)境的互動來創(chuàng)造出富有意義和價值的建筑。第三，建構學注重材料和結構的重要性，認為建筑的形式和結構應該從材料的性質(zhì)和結構的功能出發(fā)，通過合理的構造和組織來實現(xiàn)設計的目標，建構學強調(diào)材料的真實性和表達力，通過材料的選擇和處理來創(chuàng)造出獨特的建筑語言和體驗。第四，建構學強調(diào)建筑的可持續(xù)性和環(huán)境友好性，鼓勵設計師在建筑設計中考慮能源效率、資源利用和環(huán)境保護等因素，通過合理的設計和技術手段來降低對環(huán)境的影響，實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的目標。最后，建構學注重建筑的用戶體驗和情感共鳴，認為建筑設計應該關注人的需求和感受，通過創(chuàng)造舒適、安全和富有情感共鳴的空間，滿足人們的需求和愿望，建構學強調(diào)建筑與人的關系，通過空間布局、光線、色彩等手段來營造出與人們互動和溝通的環(huán)境[1]。

總而言之，建構學是一種以過程性、環(huán)境關系、材料與結構、可持續(xù)性和用戶體驗為核心的建筑設計方法，通過理解建構學的基本概念，設計師可以更好地把握建筑設計的本質(zhì)和價值，創(chuàng)造出與環(huán)境和人相互關聯(lián)的優(yōu)秀建筑作品。

1.2 建構元素的功能分析

在建筑領域中，建構元素具有重要的作用，且具有多種功能，具體包括：①空間分隔。通過墻體、柱子、梁等建構元素的設置，可以將建筑空間劃分為不同的區(qū)域和功能單元，實現(xiàn)不同空間功能的分隔和組織，例如墻體可以分割室內(nèi)空間，創(chuàng)造出私密的區(qū)域；柱子和梁可以支撐屋頂和樓板，將建筑空間垂直分層，實現(xiàn)空間的多層次利用。建構元素的合理設置和布局能夠使建筑空間達到功能上的最優(yōu)化，提高空間利用效率。②視覺引導。通過建構元素的布置和形態(tài)設計，可以引導人們的視線流動，創(chuàng)造出豐富的視覺體驗，例如建筑中的柱廊、拱門等建構元素可以引導人們的目光流向，營造出獨特的空間序列和節(jié)奏感。建構元素的大小、形狀和位置等因素都會影響人們的視覺感知，通過巧妙的設計，可以實現(xiàn)空間的動態(tài)和有序感[2]。③體現(xiàn)建筑邏輯。不同類型的建構元素在結構上具有不同的功能特點，例如梁柱結構體現(xiàn)了垂直的承重和支撐作用，拱形結構體現(xiàn)了弧形力學的穩(wěn)定性，通過合理選擇和使用建構元素，可以使建筑物的結構邏輯得以展示，使觀者能夠直觀地理解建筑的結構組成和力學原理。④功能區(qū)劃。不同的建構元素可以用于劃分不同的功能區(qū)域，為不同的活動提供合適的環(huán)境，例如使用墻體可以分隔室內(nèi)的起居區(qū)和臥室區(qū)；使用隔斷可以劃分辦公室的工作區(qū)和會議區(qū)。建構元素的選擇和布局需要考慮到功能需求和使用效果，以創(chuàng)造出適合人們活動的舒適空間。

2 鋼結構建筑節(jié)點的建構學分析

2.1 鋼結構建筑節(jié)點的基本概念

在鋼結構建筑中，節(jié)點是連接鋼構件之間的關鍵部位，通過不同的連接方式，如焊接、螺栓連接、鉚接等，將各個構件連接在一起，形成一個整體的結構系統(tǒng)。鋼結構節(jié)點承擔著傳遞荷載的作用，將荷載從一個構件傳遞到另一個構件，并確保結構的穩(wěn)定性和安全性。由于鋼結構建筑通常承受較大的荷載，節(jié)點必須具有足夠的強度來抵抗荷載產(chǎn)生的應力和變形，且節(jié)點還需要具有適當?shù)膭偠?，以保證結構在荷載作用下不產(chǎn)生過大的變形，保持結構的穩(wěn)定性和整體性。鋼材具有高強度和良好的可塑性，但在節(jié)點處可能出現(xiàn)應力集中和變形集中的問題，所以在設計節(jié)點時，需要根據(jù)材料的特性和節(jié)點所受力的性質(zhì)合理選擇節(jié)點的形式和尺寸，并采取相應的加強措施，確保節(jié)點的性能和可靠性。隨著建筑技術和工藝的不斷發(fā)展，鋼結構節(jié)點的設計也在不斷創(chuàng)新和改進，新型的節(jié)點設計采用了先進的材料和連接技術，以提高節(jié)點的性能和可靠性，同時鋼結構節(jié)點的設計也在追求更加優(yōu)雅和精細的外觀效果，以滿足建筑的審美要求[3]。

2.2 節(jié)點建構學分析

從建構學的角度來看，鋼結構建筑節(jié)點具有傳遞力的功能，節(jié)點是將荷載從一個構件傳遞到另一個構件的關鍵部位。通過合理的設計和構造，節(jié)點能夠有效地將荷載傳遞到整個結構系統(tǒng)中，保證結構的穩(wěn)定性和承載能力，節(jié)點在傳遞力的過程中應注意荷載的平衡和分布，避免產(chǎn)生過大的應力集中，保證節(jié)點的強度和可靠性。鋼結構建筑節(jié)點具有連接構件的功能，節(jié)點通過焊接、螺栓連接、鉚接等方式將不同構件連接在一起，形成整體的結構系統(tǒng)，節(jié)點的連接方式應根據(jù)構件的性質(zhì)和荷載特點進行選擇，確保連接的牢固性和穩(wěn)定性，在節(jié)點的連接設計中，應考慮連接的剛度和變形能力，從而適應結構的變形和位移。同時，鋼結構建筑節(jié)點還具有適應多種工況的功能，在實際使用中結構會面對不同的荷載和環(huán)境條件，比如風荷載、地震荷載、溫度變化等，節(jié)點的設計應考慮這些工況的影響，保證結構在各種工況下的穩(wěn)定性和安全性；鋼結構建筑節(jié)點在設計時可以采用多種方法，比如增加剪力連接、設置阻尼器等，以提高結構的抗震性能和適應能力。此外，節(jié)點的設計還應考慮施工的可行性和經(jīng)濟，在實際施工中節(jié)點的加工和安裝可能涉及復雜的工藝和設備，所以節(jié)點的設計應盡量簡化和標準化，方便施工過程中的操作和調(diào)整，節(jié)點的設計中要考慮到材料的利用率和成本效益，以降低結構的建造成本。

鋼結構建筑節(jié)點的設計應遵循一些基本原則，節(jié)點的設計應符合強度和穩(wěn)定性的要求，確保節(jié)點能夠承受荷載并保持結構的穩(wěn)定性；節(jié)點的設計應注重材料的選擇和加工工藝，以提高節(jié)點的強度和耐久性；節(jié)點的設計還應考慮結構的變形和位移，確保節(jié)點能夠適應結構的變形需求。在實際應用中，鋼結構建筑節(jié)點的設計需要綜合考慮結構的特點、荷載條件和施工要求等因素，確保結構的安全、經(jīng)濟和可行性，通過深入研究和分析節(jié)點的建構學原理，合理運用設計原則和工程實踐，可以不斷提高鋼結構建筑的性能和質(zhì)量，促進鋼結構建筑技術的發(fā)展和應用。

3 鋼結構建筑材料的建構學分析

在鋼結構建筑材料的建構學分析中，需要從材料自身的物理力學與空間表現(xiàn)性兩個角度出發(fā)，才能夠明確建構學的要點。

3.1 材料的物理力學分析

首先，鋼結構建筑材料具有高強度的特點，鋼材是一種具有較高強度和硬度的金屬材料，能夠承受較大的外部荷載而不產(chǎn)生過大的變形和破壞，鋼結構建筑中常使用的鋼材種類有普通碳素結構鋼、低合金高強度鋼等，鋼材具有較高的屈服強度、抗拉強度和硬度，能夠滿足結構在不同工況下的強度需求。其次，鋼結構建筑材料具有良好的剛度特性，剛度是材料抵抗變形的能力，反映了材料在受力后的變形程度，鋼材具有較高的彈性模量和剛度，使得鋼結構能夠保持穩(wěn)定的形狀和結構完整性，剛性特性使得鋼結構能夠承受大荷載而不產(chǎn)生過大的變形，保證了結構的穩(wěn)定性和安全性。第三，鋼結構建筑材料具有較好的韌性，韌性是材料抵抗斷裂的能力，表示材料在受力下的變形能力和吸能能力，鋼材具有良好的韌性，能夠在受到?jīng)_擊或高應力加載時產(chǎn)生塑性變形，從而吸收能量和延緩破壞的發(fā)生，韌性特性使得鋼結構在地震、風荷載等突發(fā)荷載下具有較好的抗震和抗風性能。最后，鋼結構建筑材料具有較好的耐腐蝕性和耐久性，鋼材通過表面涂層或采用不銹鋼等材料進行保護，能夠抵抗大氣、水分和化學物質(zhì)的腐蝕，延長結構的使用壽命[4]。

3.2 空間表現(xiàn)性

從建構學的層面來看，由于鋼材具有良好的可塑性和可加工性，可以通過彎曲、焊接、切割等加工方式，將其打造成各種復雜的形狀和結構，使得鋼結構建筑在空間設計中具有更大的設計自由度，能夠創(chuàng)造出富有創(chuàng)意和個性化的建筑形式，無論是曲線造型、流線型結構還是多角形體量，鋼結構材料能夠靈活應用，創(chuàng)造出豐富多樣的空間效果。相比傳統(tǒng)建筑材料，鋼材具有較高的強度和較小的密度，使得鋼結構建筑具有較輕的自重，能夠創(chuàng)造出開放、寬敞的空間感，鋼結構的薄弱和透明性賦予了建筑物優(yōu)雅、輕盈的外觀，使其在空間中呈現(xiàn)出獨特的氣質(zhì)和韻律感。同時，鋼材具有較好的跨度能力和抗壓性能，可以創(chuàng)造出大跨度的空間結構，提供廣闊開放的空間體驗，鋼結構建筑通常采用大面積的玻璃幕墻或開放式的設計，使室內(nèi)與室外空間融為一體，提供了通透、明亮的空間感受，開放性的設計能夠與自然環(huán)境相融合，使人們能夠更好地享受自然景觀和室內(nèi)外的連接。除此之外，鋼結構建筑材料的創(chuàng)新性，為其空間表現(xiàn)性提供了廣闊的發(fā)展空間，鋼材的特性使得鋼結構建筑能夠實現(xiàn)更大膽、更具創(chuàng)意的設計理念，創(chuàng)新的結構形式、獨特的空間布局以及前衛(wèi)的外觀設計都可以通過鋼結構材料得以實現(xiàn)，鋼結構建筑材料的創(chuàng)新性帶來了建筑設計領域的突破和變革，為空間表現(xiàn)性帶來了更多的可能性。

3.3 實例分析—玻璃與鋼

玻璃作為一種透明材料，具有優(yōu)秀的光傳遞性和視覺通透性，能夠為建筑帶來獨特的空間感受，玻璃墻面和窗戶的運用可以打破建筑的封閉感，將室內(nèi)與室外空間連接起來，創(chuàng)造出通透明亮的空間環(huán)境。通過玻璃的使用，建筑內(nèi)外的景觀可以相互呼應，自然光線得以充分利用，使室內(nèi)空間變得明亮、開放、寬敞；同時玻璃還可以承載建筑的功能性需求，比如遮陽、保溫、隔音等，提升建筑的舒適度和可持續(xù)性。鋼材料作為一種強度高、塑性好的結構材料，為玻璃提供了穩(wěn)定的支撐和保護，鋼結構的使用可以實現(xiàn)大跨度的建筑設計，創(chuàng)造出寬敞開闊的空間形式，鋼結構的輕巧特性使得建筑物的自重減小，從而增加了設計上的自由度；鋼材料的形態(tài)多樣性也為建筑設計帶來了更多的可能性，比如鋼結構的曲線形態(tài)、網(wǎng)殼結構等，可以形成獨特的建筑形象和空間體驗。玻璃與鋼的結合在鋼結構建筑中呈現(xiàn)出獨特的空間表現(xiàn)性，二者共同運用可以打破傳統(tǒng)建筑材料的局限性，創(chuàng)造出現(xiàn)代感和輕盈感的空間形象，通過透明的玻璃墻面和鋼結構的線條，建筑內(nèi)外的景觀可以相互交融，人們可以在室內(nèi)欣賞到室外的美景。此外，玻璃與鋼的運用還可以形成豐富的反射、折射和透射效果，隨著光線的變化，呈現(xiàn)出不同的空間氛圍和表現(xiàn)形式。

4 結束語

綜上所述，本文簡要闡述了建構學的基本內(nèi)涵及其功能，并分別從節(jié)點與材料兩個方面對其建構學進行分析，希望可以對建筑設計領域起到一定的借鑒與幫助作用，推動建筑設計領域進一步發(fā)展。