简析结构体系思维的建筑结构设计

简析结构体系思维的建筑结构设计

姚锦培

郁南县西江建筑设计有限公司527100

摘要：近年来，我国建筑结构设计中存在着重规范轻创新、重计算轻构造、重构件轻体系的弊端，通过应用结构体系思维有助于提高建筑结构设计水平，改善结构设计中的不良状况，本文以结构体系功能整合思维与表现美的思维论述了这个观点。

关键词：建筑结构设计；结构体系思维

结构构成建筑物的骨架，承担建筑物的荷载，作用是提供阻止建筑物倒塌所需的强度、刚度，同时还有维持结构体系平衡与几何稳定性的功能。表观上，结构是由结构材料构成的结构构件组合而成，它决定了建筑的形式，但同时又必须服从建筑形式，两者相互制约，又难以分割[1]。我们知道结构体系有钢结构体系、木结构体系、混凝土结构体系、砖石结构体系等，每一种的特征、表现形式皆不相同，但它们都有一些共同要求，例如功能适应性、受力合理性、经济有效性、施工方便性、抗灾减灾能力、美学效应等[2]。这种情况反映了结构的系统性与结构要素之间的辩证关系。结构体系思维可理解为以系统的思维整合结构体系，实现结构与建筑协调统一、建筑系统优化的目标[3]。为此目的，本文对基于结构体系思维的建筑结构设计进行了探讨。

1结构体系的功能整合思维

1.1建筑结构的功能性

提到结构的功能性很容易联想到安全性能，但建筑结构的功能性不仅仅表现为安全性，因为只有安全性的结构无法满足建筑可持续发展要求，它还应该满足使用性、经济性、施工性、环保性、维护性、耐久性、抗灾性、美观性等一系列功能要求[4]。结构使用性反映了结构可为建筑提供方便实用的使用空间。结构经济性表现了结构造价合理，这样投资才有效益。结构施工性体现了结构施工简便，有利于保证质量、提高施工效率。结构环保性标志着绿色、低碳，不仅适应当今世界发展潮流，更是可持续发展的基本保障。结构的维护性是结构可修复和可改进的难易程度，维护性好才能保持耐久性，降低全生命周期成本。建筑物是投资巨大的产品，若无耐久性保证，还不如不建。建筑物在使用期间，可能遇到地震、火灾、风灾等影响，若不具备抗灾性，会带来巨大的人员伤亡和财产损失。建筑是人类生存环境的一部分，具有技术性与艺术性的双重属性，丑陋的建筑必遭人唾弃，又有何存在意义呢？！

1.2结构体系的功能整合

结构体系的功能整合是结构与建筑空间、界面的整合。空间是建筑存在的本质，是几何化的物理虚空分割出来的部分，正如老子所言“凿户牖以为室，当其无，有室之用”。空间与承载是结构的双重属性，结构为建筑物提供了强度、刚度和稳定性，但同时又参与组织了建筑空间。但很多情况下结构的空间性隐没于建筑之中，以至于其存在性不为人所察知，功能整合就是要强化结构的存在感，使之更好地为建筑空间服务。以平面柱网配置为例，结构柱网与结构构形异化之后，空间会发生很大变化，前者称为柱网平面操作，后者称为几何构形操作，如图1所示。伊东丰雄在仙台传媒中心设计中通过柱网平面操作探索了结构与建筑空间的整合，塞西尔?巴尔蒙德与伊东合作设计的伦敦蛇形画廊临时展馆尝试了高级几何构形的操作。

空间整合实现了结构的空间性，同时也形成了空间的边界。既然结构成为空间难以回避的要素，那么结构与边界就必然有整合的需要。将结构与空间界面进行整合，并参与界面的围护与视觉功能，其最终目的是为了实现结构在空间的存在感，或者说感知结构的存在。结构界面的感知通过结构方式体现，并因结构的表现而得到加强。例如水立方通过界面暗示结构，广州小蛮腰突出了结构即界面。强化结构界面感知可采用极少材料（如纽约第五大道AppleStore旗舰店全玻建筑与楼梯）、几何抽象（如葡萄牙波尔图沃尔丰办公楼混凝土结构，结构界面承担了竖向荷载）、传力转换（如成都来福士广场切角传力转换）。

2结构体系表现美的思维

2.1结构与建筑美的关系

结构与建筑美存在密切关系。采用坚固材料建造出可以挡风避雨的空间，同时因其耐久性和坚固性，在满足使用功能的前提下产生安稳舒适的感觉，这其中就蕴含了建筑美。试想一个让人感觉频临倒塌的建筑，即使其内在结构是坚固的，也很难产生安稳的美感。从原始建筑发展到古代建筑，再进化到近代建筑和现代建筑，结构始终是建筑形式的本质，因为建筑形态的发展首先是结构、材料等技术因素的产物。同时结构决定建筑形态的发展，新材料的出现及其结构形式的应用带动了建筑思想的创新、设计方法的突破与美学观念的提升。再次，结构也是建筑艺术表现的载体，因为建筑形态不仅依赖新材料、新结构的发展，更需要通过结构作用实现功能以外的目的，展示多样化的社会环境、地域特色、文化风格乃至宗教政治信仰等意义。最后，结构可以丰富建筑美的潜力。结构可表现各种形状、样式和特点，而且能为建筑师提供更富创造性的元素，丰富建筑的内涵和产生新的体验。

2.2结构美的塑造与表现

结构工程师的工作不只是结构计算，况且结构计算也不等于结构设计。结构工程师应跳出只注重构件计算的窠臼，重视体系思维和结构构思，在提出结构方案时就立足于能创造优秀的结构设计，这样才能为后续建筑形体、空间构造、建筑风格的形成产生积极的影响，塑造和表现结构之美亦如此。

首先，应消解和重构结构与建筑二元分野。在古典建筑时代，结构与建筑是统一的。随着近代工程技术的发展，结构与建筑才演化为各自独立的学科，从事结构方面的专注技术，被称为工程师，而建筑师除配置建筑功能以外，更关注建筑形式与立面装饰，就像一个艺术家。当代建筑形式趋于多元化，结构构件也不再只是承担结构承重功能，还要展示结构装饰需求。譬如金属桁架是典型的结构形式，但为了“感知结构的存在”，将其裸露于立面之上，就成为装饰要素了。同时界面结构化，又让结构与建筑融为一体。功能复杂化和金属材料的运用也让结构体系与围护体系交融及界面与结构融合。因此，结构设计理念也应更新和重塑。

其次，通过结构构件塑造美。利用结构形式和构件的表象性、象征性可表现建筑美。例如斯图加特机场航站大楼的金属树形柱暗示建筑物内部的小树林，同时这些树形柱本身就是结构构件。再如尼姆Nemausus住宅像漂浮在海上的一艘巨轮，船背面的剪力墙就像船的方向舵，加强了底层结构的稳定性。结构构件的细部展示也能带给人们不一样的美感。例如剑桥女皇大楼屋顶桁架采用木-不锈钢结构，定位螺栓将不锈钢板与木构件固定起来，杆件与桁架顶端屋面板精确的连接构造，就像一件做工精致的家具。无论简单明了，还是错综复杂，也不管是轻盈细巧，亦或沉稳厚重，只要用心体悟，美无处不在。钢结构细巧灵动，木结构的朴实精美，混凝土结构粗旷厚重，在融入艺术元素之后都能展现出非凡的结构表现力，为建筑造型增光添彩。

3结语

我国建筑结构的功能性、经济性、美观性结合方面与国际先进水平有明显差距，外人眼中的结构工程师只是为满足规范要求进行结构计算的一群人。为了改变这种片面认识，应该重视结构体系的应用，从概念设计、方案比选和整合思维中探寻优秀的结构设计方案，从而实现结构效能的提升和更多优秀建筑的涌现。

参考文献：

[1]王威.当代建筑结构美学新趋势初探[D].天津：天津大学，2014.

[2]王燕荣.基于模糊综合评判与BP神经网络的高层建筑结构选型分析[D].西安：长安大学，2015.

[3]张冰.建筑与结构整合设计策略研究[D].南京：东南大学，2015.

[4]聂建国.我国结构工程的未来——高性能结构工程[J].土木工程学报，2016,49(9)：1-8.