【正文】 年奧運(yùn)場館由瑞士赫爾佐格和德梅隆設(shè)計(jì)公司與中國建筑設(shè)計(jì)研究院組成的聯(lián)合體設(shè)計(jì)。到 1996年我國鋼產(chǎn)量突破億噸大關(guān)，達(dá)到 10124萬噸，躍居世界第一位。 從簡潔規(guī)整的 “水立方 ”(圖 )到形態(tài)怪異的中央電視臺新大樓 (圖 )從龐然粗狂的 “鳥巢 ”(圖 )我國現(xiàn)代剛結(jié)構(gòu)建筑創(chuàng)造出了風(fēng)格各異、千姿百態(tài)的建筑形象。本文最后列舉了作者多年設(shè)計(jì)工作中完成的一些鋼結(jié)構(gòu)建筑的工程實(shí)例，詳細(xì)闡明了在具體的工程設(shè)計(jì)中，鋼結(jié)構(gòu)建筑的美學(xué)理論與工程實(shí)踐有機(jī)結(jié)合，在實(shí)際工程設(shè)計(jì)中得到較好的應(yīng)用和展現(xiàn)。 鋼材是加工制造鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件的基本材料，鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件是通過鋼結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)的有效連接建造 鋼結(jié)構(gòu)建筑的基本單元。鋼結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)、鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件乃至鋼結(jié)構(gòu)建筑都是建立在建筑材料 —鋼的基礎(chǔ)上的。 論文認(rèn)為，鋼結(jié)構(gòu)建筑的美學(xué)表現(xiàn)是材料、節(jié)點(diǎn)、構(gòu)件和體系的共同作用的結(jié)果，其中體系是鋼結(jié)構(gòu)美學(xué)表現(xiàn)的統(tǒng)領(lǐng)，構(gòu)件和節(jié)點(diǎn)是鋼結(jié)構(gòu)美學(xué)表現(xiàn)的基本元素，而材料是鋼結(jié)構(gòu)美學(xué)表現(xiàn)的材料基礎(chǔ)。 圖 水立方 圖 圖 然而，我國在建筑中大面積應(yīng)用鋼結(jié)構(gòu)的時間只有區(qū)區(qū)十幾年。為鼓勵建筑業(yè)使用鋼材，同年頒布的《中國建筑技術(shù)政策》 (19%一 2020)才制了合理利用鋼材和積極采用鋼結(jié)構(gòu)的技術(shù)政策，原國家建設(shè)部及原國家冶金工局也專門成立了建筑用鋼領(lǐng)導(dǎo)小組。同樣地，我國當(dāng)前的鋼結(jié)構(gòu)建筑的美學(xué)表現(xiàn) 尚在吸收學(xué)習(xí)階段，而面對國外已有的紛繁復(fù)雜鋼鐵建筑形態(tài)往往難于取舍，更逞逞設(shè)計(jì)與創(chuàng)新。同時，擴(kuò)大的鋼結(jié)構(gòu)市場占有率將會增加全國建筑 用鋼總量，為我國建筑業(yè)、冶金業(yè)以及相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展、拉動國民經(jīng)濟(jì)都有重要意義。 課題研究的學(xué)術(shù)意義和實(shí)用愈義 學(xué)術(shù)意義 在人類奔 騰不息的文明長河中，建筑如實(shí)地記載了人類歷史發(fā)展的腳步。古羅馬軍事工程師維特魯威的《建筑十書》是建筑美學(xué)開山論著，是真正從建筑意義上提出建筑美的概念，提出了著名的、對今天仍有重要影響的“實(shí)用、堅(jiān)固、美觀” 的建筑美學(xué)原則。主與從 。節(jié)奏與韻律等，這幾 乎成為了建筑形式美學(xué)的金科玉律。中軸線南北貫穿，建筑物左右對稱，秩序井然，表現(xiàn)了蔥郁清醒的現(xiàn)實(shí)理性精神，成為中國古代建筑文化的一大傳統(tǒng)。一切組織均根據(jù)中線以發(fā)展，其布置秩序均為左右分立，適于禮儀之莊嚴(yán)場合 ?，F(xiàn)代建筑運(yùn)動的代表人物柯布西耶 () 在《走向新建筑》一書中犀利 地指出，“建筑形象應(yīng)該是新的，應(yīng)該具有時代性，同歷史的風(fēng)格迥然不同，因?yàn)槲覀兯幍臅r代不斷地創(chuàng)造并決定著自己的風(fēng)格”。因此，探究我國現(xiàn)代鋼結(jié)構(gòu)建筑的美學(xué)表現(xiàn)的實(shí)用意義有： (l)繼承和發(fā)揚(yáng)我國傳統(tǒng)建筑的精髓，積極吸收世界建筑文化有益成分，充分體現(xiàn)當(dāng)代建筑的哲學(xué)和藝術(shù)精神，對古往今來人類所創(chuàng)造的一切優(yōu)秀審美文化進(jìn)行融合、總結(jié)和發(fā)展，形成具有我國特色的現(xiàn) 代鋼結(jié)構(gòu)建筑的美學(xué)表現(xiàn)手法，促進(jìn)我國現(xiàn)代鋼結(jié)構(gòu)建筑美的評判標(biāo)準(zhǔn) 。對社會而言，現(xiàn)代鋼結(jié)構(gòu)建筑的美學(xué)表現(xiàn)不僅可 以引導(dǎo)人們對建筑的審美判斷與欣賞，而且提升人們的建筑審美水平，并產(chǎn)生認(rèn)同感，是人類認(rèn)識自身的重要途徑 。有了好的根可以插枝，把新的東西，能用的東西，接到老根上去。在歐洲，建筑 — 與普通的居民生活住房不同— 所使用的材料主要是石材。 1720 年，在 Coalbrookdale 亞伯拉罕貝斯麥 (He 刊卿 Bessemer)發(fā)明了轉(zhuǎn)爐，1864 年西門氏一馬丁 (Siemens 一 Martin)法或平爐冶煉法問世，隨即開始了軟鋼時代。在建筑和結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)事物所里，在技術(shù)刊物中，在會議上，在研究規(guī)劃的過程，以及在大學(xué)和技術(shù)院校內(nèi)這種競爭打得不亦樂乎。水晶宮的圓拱式屋蓋，雖然沒有了歌特式建筑“刺破青天愕未殘”的外部造型，但是，人們?nèi)匀荒軌驈哪橇_馬式的半圓形拱券上，感受到一切朝向上帝的宗教精神，因?yàn)槟峭该鞯膱A拱式玻璃屋頂，更便于人們與上帝神靈的溝通 。而這些建筑美及其精神的體現(xiàn)，主要依賴于英國園藝師 — 鋼材，大膽按植物園溫室和鐵路站棚進(jìn)行了建筑設(shè) 計(jì)，其意義除了擯棄了古典主義的裝飾風(fēng)格，還向人們預(yù)示了一種新的建筑美學(xué)質(zhì)量，是以輕、光、透、薄等特點(diǎn)開辟建筑形式新紀(jì)元的紀(jì)念碑式建筑。 此外，由于新的結(jié)構(gòu)體系總是產(chǎn)生新的建筑形式，從西方建筑發(fā)展史可以看 出任何一種結(jié) 構(gòu)體系與基于此結(jié)構(gòu)體系的建筑形式間的關(guān)系都存在一個如下所示的演變過程 :結(jié)構(gòu)作為建筑一結(jié)構(gòu)產(chǎn)生建筑形式一經(jīng)過裝飾的結(jié)構(gòu)一結(jié)構(gòu)被接受 ~結(jié)構(gòu)作為裝飾物一結(jié)構(gòu)被忽視。此外，從鋼結(jié)構(gòu)的節(jié)點(diǎn)構(gòu)成的“點(diǎn)系”出發(fā)探討鋼結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)所表現(xiàn)出的美學(xué)缺乏深入研究 。這一方面是由于我國建筑創(chuàng)作相對來說受文化思潮的影響較大，體現(xiàn)高科技建筑材料和新施工工藝的應(yīng)用也較少，許多建筑形象流于表面，缺少時代特性，不免令人為之遺憾 。可見，材料的變革無疑是左右建筑發(fā)展的最根本因素，會給建筑的各個層面帶來革新。羅在談到材料對于建筑的意義時這樣說到，“每一種材料都有著具體的自己特征，如果要使用它，我們就必須去仔細(xì)理解它?，這一點(diǎn)對鋼材和混 凝土是千真萬確的 (木材、磚和石頭也不例外 )。我們必須像對建筑的功能了解那樣去熟悉每一種材料”。 結(jié)構(gòu)鋼的種類和牌號 對建筑師而言，為了能完美地表達(dá)鋼結(jié)構(gòu)建筑的美，合理選擇實(shí)現(xiàn)建筑美的鋼材，其不但要準(zhǔn)確把握鋼材的特性，還需要熟悉鋼的種類和牌號?；旌舷⊥猎赜谩?RE” (或“ Xi，’ )表示。例如 :Q235AF鋼是碳素鋼、沸騰鋼 、普通鋼、結(jié)構(gòu)鋼。例如 :Q235AF。B、 C、 D級鋼均保證抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度、伸長率占 冷彎和沖擊韌性等力學(xué)性能 。 TZ‘特殊鎮(zhèn)靜鋼“特鎮(zhèn)”兩字漢語拼音首位字母。低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼的牌號中的符 號含義為 : Q一鋼的屈服強(qiáng)度“屈”字漢語拼音首位字母 。 對于上述 12種結(jié)構(gòu)鋼，我國現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》 (GB50017一 2020)中僅推薦使用碳素結(jié)構(gòu)鋼 Q235和低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼 Q34 Q390和 Q420。使用越來越廣泛有著多方面的原因， 其中包括對材料更好的了解、企圖更新某些設(shè)計(jì)，設(shè)想生產(chǎn)出一種既耐久又無需 維護(hù)的結(jié)構(gòu)材料等。 (3)屈強(qiáng)比吠 /壽 ):是衡量鋼材延性的標(biāo)志，通常認(rèn)為當(dāng)其值大于 ，鋼材具有足夠的延性 。 除以上關(guān)于結(jié)構(gòu)鋼的力學(xué)性能外，結(jié)構(gòu)鋼還有可焊性的要求。結(jié)構(gòu)鋼質(zhì)硬而帶有銀白色的金 屬光澤 而過了不久以后，鐵和水中的氧開始化合，形成氧化鐵，即鐵銹。鐵銹是一種松脆多孔的物質(zhì) (圖 )，它不能保護(hù)里層的鐵不被銹蝕，因此時間久了，鋼鐵制品就可能銹蝕成一堆無用的廢品。 圖 當(dāng)溫度升高時，結(jié)構(gòu)鋼的屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度和剛度 (彈性模量 )等均趨于 降低當(dāng)溫度在 150℃以下時，結(jié)構(gòu)鋼的這些力學(xué)性能的變化不大 。 正是由于結(jié)構(gòu)鋼較容易發(fā)生銹蝕以及高溫對結(jié)構(gòu)鋼力學(xué)性能的影響較大，鋼結(jié)構(gòu)建筑中通常要在構(gòu)件和部件表面涂刷防腐涂料和防火涂料，圖 鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件為涂刷了鋼結(jié)構(gòu)防腐漆后的構(gòu)件，淺色的鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件為涂刷了鋼結(jié)構(gòu) 防火涂料 的構(gòu)件。這類鋼的耐候性能比焊接結(jié)構(gòu)用耐候鋼好，所以稱作高耐候性結(jié)構(gòu)鋼。所有的金屬當(dāng)與空氣中的氧作用時，在其表面會形成一層氧化膜。從色澤方面講，不銹鋼的表面可以是高反射的或是無光澤的，光面的、拋光的或壓花的，著色的、彩色的或甚至是涂鉛錫合金以產(chǎn)生類似于鉛的外觀的。其優(yōu)點(diǎn)是 :構(gòu)造簡單，任何形式的構(gòu)件都可直接相連 。其缺點(diǎn)是 :在焊縫附近的熱影響區(qū)內(nèi)，鋼材的金相組織發(fā)生改變，導(dǎo)致局部材質(zhì)變脆 。熱鉚是由燒紅的釘坯插入構(gòu)件的釘孔中，用鉚釘槍或壓鉚機(jī)鉚合而成。 鉚釘連接的質(zhì)量和受力性能與釘孔的制法有很大關(guān)系。重要的結(jié)構(gòu)應(yīng)該采用 B類孔。 鉚釘連接由于構(gòu)造復(fù)雜，費(fèi)鋼費(fèi)工，現(xiàn)己很少采用。 A級與 B級為精制螺栓， C級為粗制螺栓。由于有較高的精度，因而受剪性能好。螺栓孔的直徑比螺栓桿的直徑大 3~。安裝時通過特別的板手，以較大的扭矩上緊螺帽，使螺桿產(chǎn)生很大的預(yù)拉力。另外，高強(qiáng)度螺釘也可同普通螺栓一樣，允許接觸面滑移，依靠螺栓桿和螺栓孔之間的承壓來傳力。摩擦型連接的剪切變形小，彈性性能好，特別適用于隨動荷載的結(jié)構(gòu)。一類為自鉆自攻螺釘 (圖 )，無需預(yù)先鉆孔，可直接用電動板子自行鉆孔和攻入被連板件。 剛結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)與剛結(jié)構(gòu)連接 鋼結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)作為鋼結(jié)構(gòu)建筑的重要組成部分，在鋼結(jié)構(gòu)建筑中發(fā)揮著極為關(guān)鍵的作用。同樣地，對于 3塊鋼板用焊縫連接成為工字形截面，腹板與翼緣的連接處也不是我們定義中的節(jié)點(diǎn)。這些節(jié)點(diǎn)的特點(diǎn)是本身就是三維節(jié)點(diǎn)，如鑄鋼節(jié)點(diǎn)、加肋章的式柱狀節(jié)點(diǎn) 。 (2)按桿件截面形式區(qū)分的節(jié)點(diǎn)形式 ①鋼 管連接節(jié)點(diǎn) (全圓管桿件、全方管或矩形管桿件、方圓鋼管桿件 )。 (3)按連接方式區(qū)分的節(jié)點(diǎn)形式，有焊接節(jié)點(diǎn)、螺栓連接節(jié)點(diǎn)、栓焊混合節(jié)點(diǎn)等。鋼材的種類有鋼軌、型鋼、線材、帶鋼、中厚鋼板、薄鋼板、無縫鋼管、接縫鋼管等，但不包括由鋼錠直接鍛成的鍛鋼件及鋼絲、鋼絲繩、鐵絲等金屬制品。 圖 鋼 索這個術(shù)語常常不加區(qū)分地用來指鋼絲、鋼絞線、鋼纜。鋼材的種類有鋼軌、型鋼、材、帶鋼、中厚鋼板、薄鋼板、無縫鋼管、接縫鋼管等，但不包括由鋼錠直接鍛成的鍛鋼件及鋼絲、鋼絲繩、鐵絲等金屬制品。圖 所示的現(xiàn)代鋼結(jié)構(gòu)建筑中常見的構(gòu)件即圖 所示的格構(gòu)式鋼柱同樣也是在鋼材的基礎(chǔ)上經(jīng)過上述的加工、制造后形成的能夠變現(xiàn)建筑美學(xué)的基本構(gòu)件。塔樓 2均呈雙向 6o傾斜，分別為 51層和 44層，在第 37層 (塔樓 2為第 30層 )以上部分用 14層高的 L形懸臂結(jié)構(gòu)連為 一體，因此這棟別具特色的建筑不是二維的漲滿天空的，而是真正意義上的三維建筑。雖然該大樓竣工后大部分外筒結(jié)構(gòu)構(gòu)件會被玻璃幕所覆蓋而遮擋，但還是有部分構(gòu)件會暴露在外 (圖 )，這盡管與鋼幕墻表現(xiàn)出的金屬色澤及質(zhì)感的力度相去甚遠(yuǎn)，但多多少少也能從央視新大樓的表皮肌理中體現(xiàn)出些許的 材質(zhì)之美?？偨ㄖ娣e 155， ooom2，建筑總高 4628m。也有開發(fā)出的新型節(jié)點(diǎn) (圖 )。圖 ，由于玻璃幕是透明的，所以國家大劇院建成后，這些節(jié)點(diǎn)從建筑外部看是暴露出來的，如果采用傳統(tǒng)的板式節(jié)點(diǎn)，勢必影響國家大劇院的美觀。直線型構(gòu)件展示出了力流的“順暢”， 曲線型則以其優(yōu)美的 線型孕育著強(qiáng)大的力量，產(chǎn)生著一躍而過的力動感與跨越感，在國家大劇院主體結(jié)構(gòu)中的這種柔美的曲線和筆直的直線相結(jié)合，呈現(xiàn)出剛?cè)岵?jì)，韻律優(yōu)美的綽約豐姿。從國家大劇院 的體型及受力構(gòu)件的布置方式來看，其接近于網(wǎng)格結(jié)構(gòu)體系中的網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)，但其構(gòu)件采用了圓管截面積工字型鋼截面，這有別于傳統(tǒng)的網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)大多采用圓鋼管截面的單一形式，同時國家大劇院的節(jié)點(diǎn)形式既非焊接球節(jié)點(diǎn)也非螺栓球節(jié)點(diǎn)，所以看似是網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)卻不是真正的網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)。 (2)鋼結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)就其自身而言 ，是一個“體” 。從“點(diǎn)”的角度出發(fā)，需要處理好各“點(diǎn)”在“線段”中的位置分布和“點(diǎn)”與“線段”的尺度對比 。在現(xiàn)代建筑不斷要求大跨度和超高度的背景下，現(xiàn)代鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件表現(xiàn)出了豐富的組合形式，這些形式的通透特色是鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件有別于其他材料構(gòu)件的特點(diǎn)之一 。骨架結(jié)構(gòu)體系一般具有規(guī)則的柱網(wǎng)，是向超高建筑發(fā)展的建筑體系，該體系的建筑體型不甚豐富，故其建筑美學(xué)表現(xiàn)主要體現(xiàn)在表皮美學(xué)上。 以上分別從鋼結(jié)構(gòu)建筑的材料、節(jié)點(diǎn)、構(gòu)件