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摘 要 阐述了钢结构建筑所具有的优越性, 探讨了我国现阶段大力开发推广钢结构技术的可行性, 并从建筑设计的角度研究了钢结构建筑的特征。
关键词 钢结构;优越性;特征;设计开发
Abstract: This paper describes the advantages of steel structure building, discusses the feasibility of the present stage of our country and vigorously promote the development of steel structure technology, and researches the characteristics of steel structure construction from the perspective of architectural design.
Key words: steel structure; superiority; characteristics; design and development
中圖分类号：TU391文献标识码：A文章编号：
世界建筑发展的轨迹进入了21 世纪, 我们注意到了这样一个变化， 钢结构建筑正在建筑领域扮演着越来越重要的角色,石头写成的历史已成为过去, 而钢结构被人们越来越多地用来记录时代的文明和成就, 承载社会生活的内涵。近年来国际上广受赞誉的优秀作品中, 钢结构技术被大量地运用, 建筑师们显示出了驾驭钢结构技术令人赞叹的娴熟技艺, 表现出钢结构建筑一股强劲的发展势头。
1. 钢结构在我国的发展前景
根据我国现阶段情况, 大力推广钢结构技术、发展钢结构建筑将是大势所趋, 面临着极好的历史机遇:
1.1 物质基础
改革开放以来, 我国的钢铁工业持续发展, 钢产量到1999 年已达到113 亿吨, 成为世界第一钢铁大国, 发达国家的建筑用钢量为钢产量的45%~55%, 而我国建筑用钢量仅占钢总产量的20%左右, 如按此比例推算, 则我国有4000 万吨左右的发展空间, 因此已具备了推广应用钢结构坚实的物质基础。
1.2 技术政策
长期以来由于我国经济发展起步较晚, 造成我国建筑界形成了只要能用钢筋混凝土结构, 不用钢结构的观念。如今, 政府已开始高度重视钢结构建筑的发展, 在1998 年把钢结构技术列为重点推广的新技术, 1999 年建设部、国家冶金工业局联合成立了建筑用钢技术协调组, 协调国家的相关部门在建筑用钢的生产和推广应用方面的工作, 大力推动钢结构的发展。这说明钢结构在我国已具备了非常好的发展大环境。
1.3 市场需求
随着国外的钢结构新技术、新产品不断地被引进和应用, 人们对钢结构旧的观念逐渐转化, 目前经济发达地区新建工业厂房已基本采用钢结构取代钢筋混凝土结构, 成熟的钢结构建筑作品不断出现, 会增强投资者和建设者的信心,把钢结构作为一种认真考虑的选择, 大胆地进行尝试。钢结构的市场需求将越来越大, 轻钢结构住宅体系产业化极具潜力, 在使用功能、设计、施工以及综合经济方面具有优势, 是今后推广应用钢结构的一个重要领域。钢结构建筑是建筑领域中较先进的建筑技术, 代表着先进的生产力。因此应坚定不移地加以提倡, 推广。
2. 钢结构建筑特征
目前, 制约我国钢结构发展和推广应用的最大问题是设计力量薄弱。这里不仅是结构设计工程师对钢结构设计不熟悉, 国内建筑师对于钢结构也缺乏应有的了解。这样, 在方案的初设计阶段往往便把钢结构排除在外, 习惯性地选择自己所熟悉的砖混或混凝土结构思路上, 这样便失去了通过结构方案的变化寻求创新的可能。另外, 在采用钢结构的设计中, 常存在节点构造粗糙、与砖混结构部分衔接不好、外立面交接处理生硬等问题, 归其原因, 就是对钢结构建筑设计缺乏学习和训练, 对钢结构建筑的设计特点研究不够。笔者认为, 钢结构建筑设计有其不同于混凝土结构的特征, 应作大量性的研究工作。可从钢结构建筑以下几个方面的特征入手:
2.2 空间特征
( 1) 空间形态多样化: 钢结构建筑可以充分利用其结构灵活性和表现力, 创造出多种形式的空间形态, 它可以引入斜面、曲面等变化的形式, 组合出各种新奇、有趣、富有戏剧性的空间, 从而打破了单纯的矩形空间组合。如多伦多汤
姆逊音乐厅。
( 2) 线性构件, 界面通透: 钢结构靠杆件传力, 构件多呈线性, 且由于钢材的高强高效特性, 结构构件小, 且通透性好, 屋顶和墙体洞口的开设受结构的影响较小，所以设计中有屋面采光时常采用钢结构形式作为顶界面, 以使顶部开敞明亮, 尽量多地引入天光。侧界面采用钢结构也多以开敞通透的手法处理。
( 3) 巨型空间, 二次划分: 钢结构构筑出大跨度的巨型空间, 然后再次进行立体划分, 形成灵活的空间体系, 开合自如, 虚实结合, 层次感强, 这是当前流行的一种大型公共建筑的空间布局模式。也有利于需要功能调整时的改建工程。
2．3形态特征
(1) 与混凝土结构和砖混结构的建筑造型有明显差异, 钢结构建筑表现的不是厚重、雄伟、强烈的实体感, 而常常是轻盈、舒展、精美的现代感。钢结构的最大特点是结构外露。它是结构构件的同时，也可以是装饰性构件。如果建筑是倾向于艺术角度，而结构是倾向于技术角度的话，钢结构可以很好地体现艺术美与技术美的结合。设计惯用曲线造型, 顶面、侧面没有明确的分界线, 体型生动流畅, 这样也有利于力的传递。因此, 钢结构适合创造独特、新颖的标志性建筑形象。
( 2) 与混凝土结构和砖混结构可同时充当结构构件与维护构件不同，钢构件主要用作结构构件，需要用其他材料作维护构件。事实上，钢结构可以与多种维护材料灵活组合，这是它丰富的表现力源泉之一。因此，钢结构建筑可采用多种技法和材料来表现, 如钢结构暴露在外, 表现构造节点的工艺性技术细节的高技派手法; 应用金属复合板或塑铝板表现光洁、精美的现代材料质感; 和通过外挂大面积透明与镀膜玻璃表现建筑的轻盈通透的形象。
( 3) 钢结构建筑一个重要的形象要素就是精细的节点构造设计。由于钢材的可塑性强，连接方便，节点的类型丰富多样，因此比较容易进行精致的个性化设计，成为它丰富表现力的另一源泉。结构性节点经过精心推敲, 能同时成为装饰构件, 表现出现代建筑的技术美、工艺美, 这其中包括建筑各部位的细节, 如钢架支座、钢结构与砖混结构的结合部位、钢柱的断面形式、钢架天窗构造和金属遮阳板等。
3.3 与结构、设备密切结合的特征:
钢结构建筑形象取决于结构形式与构造节点等的精细加工工艺, 这有赖于建筑师、结构工程师和机械工程设计师的统一协作, 有机结合。另外, 钢结构建筑往往暴露设备, 这些暴露的设备会成为建筑内部、外部形象的组成部分,且设
备管线与主体结构及墙体穿插交接处都需要对其构造进行精细设计, 这便要求建筑师同设备工程师密切协作。唯如此, 钢结构建筑才能达到较高水准，位于巴黎的蓬皮杜艺术中心，就是钢结构建筑与结构、设备完美结合的杰出代表。由于该艺术中心的设计对表现结构部分的理念不是采取遮丑弱化的处理方式，而是采用暴露结构构件、节点的方式，这就意味着建筑师必须对每个节点都进行精细化处理，使其既能满足结构受力的需要，也能符合外在审美的需求。为打破单调重复的矩形外立面，建筑师更把建筑的斜向元素——扶梯，以管状的形象悬挂在外墙上，使建筑更具动感。此外，建筑师对设备管线的处理更为别出心裁。对于大部分民用建筑来说，管线一般不是被藏在管井内终日不见阳光，就是被置于视角盲点或人迹罕至的次要角落中。但在该艺术中心的设计中，管线反而被“请”了出来，漆上鲜艳的颜色，外挂在主要立面的外墙上。这就要求建筑师与设备工程师精诚合作，对管线的定位、走线等方面提出更精确的要求，使其除满足使用功能外，还必须符合美学的原则。
福斯特曾提出设计开发的概念, 有丰富的含义, 它包含了建筑师的独特要求 (Design Development) , 专业工厂内对构件特定的工艺性加工,各专业的协同配合, 对建筑全方位的开发设计。现代工业文明和科技成果在这里得到充分地应用, 建筑学的内涵大大丰富了。这即是对传统建筑的观念变革, 又是传统建筑学精髓的延续, 正是靠着这种精神, 世界建筑才得以如今天这样绚丽多彩。
综上所述，钢结构在物理性能、工厂化生产、施工速度、环境保护等方面有其他材料难以企及的优越性，其发展前景广阔。从对钢结构的特征分析可知，由于其性能优越，它所构建的空间形态、空间尺度、建筑造型自由度增大；钢结构可身兼结构构件及装饰构件，能与多种维护材料灵活组合，可打造多样化、精细化的构造节点，从而大大增强其建筑表现力；钢结构建筑的设计要求建筑师、结构工程师和机械工程设计师通力合作、统一协调，使他们的工作更加紧密地结合在一起。
参考文献
[1] 侯召欣.大力推广应用钢结构新技术[J].施工技术，2000(08):9-10.
[2] 马树新, 曹涵棻. 关于广泛开展钢结构建筑设计的建议[J].建筑学报，2000(10):58-61.
[3] 肖亚明.我国钢结构建筑的发展现状及前景[J].合肥工业大学学报(自然科学版),2003(1):115-120.
[4] 翟克勇.钢构建筑的建造表现研究[D].[硕士学位论文].南京: 东南大学,2004.
关键词 钢结构;优越性;特征;设计开发
Abstract: This paper describes the advantages of steel structure building, discusses the feasibility of the present stage of our country and vigorously promote the development of steel structure technology, and researches the characteristics of steel structure construction from the perspective of architectural design.
Key words: steel structure; superiority; characteristics; design and development
中圖分类号：TU391文献标识码：A文章编号：
世界建筑发展的轨迹进入了21 世纪, 我们注意到了这样一个变化， 钢结构建筑正在建筑领域扮演着越来越重要的角色,石头写成的历史已成为过去, 而钢结构被人们越来越多地用来记录时代的文明和成就, 承载社会生活的内涵。近年来国际上广受赞誉的优秀作品中, 钢结构技术被大量地运用, 建筑师们显示出了驾驭钢结构技术令人赞叹的娴熟技艺, 表现出钢结构建筑一股强劲的发展势头。
1. 钢结构在我国的发展前景
根据我国现阶段情况, 大力推广钢结构技术、发展钢结构建筑将是大势所趋, 面临着极好的历史机遇:
1.1 物质基础
改革开放以来, 我国的钢铁工业持续发展, 钢产量到1999 年已达到113 亿吨, 成为世界第一钢铁大国, 发达国家的建筑用钢量为钢产量的45%~55%, 而我国建筑用钢量仅占钢总产量的20%左右, 如按此比例推算, 则我国有4000 万吨左右的发展空间, 因此已具备了推广应用钢结构坚实的物质基础。
1.2 技术政策
长期以来由于我国经济发展起步较晚, 造成我国建筑界形成了只要能用钢筋混凝土结构, 不用钢结构的观念。如今, 政府已开始高度重视钢结构建筑的发展, 在1998 年把钢结构技术列为重点推广的新技术, 1999 年建设部、国家冶金工业局联合成立了建筑用钢技术协调组, 协调国家的相关部门在建筑用钢的生产和推广应用方面的工作, 大力推动钢结构的发展。这说明钢结构在我国已具备了非常好的发展大环境。
1.3 市场需求
随着国外的钢结构新技术、新产品不断地被引进和应用, 人们对钢结构旧的观念逐渐转化, 目前经济发达地区新建工业厂房已基本采用钢结构取代钢筋混凝土结构, 成熟的钢结构建筑作品不断出现, 会增强投资者和建设者的信心,把钢结构作为一种认真考虑的选择, 大胆地进行尝试。钢结构的市场需求将越来越大, 轻钢结构住宅体系产业化极具潜力, 在使用功能、设计、施工以及综合经济方面具有优势, 是今后推广应用钢结构的一个重要领域。钢结构建筑是建筑领域中较先进的建筑技术, 代表着先进的生产力。因此应坚定不移地加以提倡, 推广。
2. 钢结构建筑特征
目前, 制约我国钢结构发展和推广应用的最大问题是设计力量薄弱。这里不仅是结构设计工程师对钢结构设计不熟悉, 国内建筑师对于钢结构也缺乏应有的了解。这样, 在方案的初设计阶段往往便把钢结构排除在外, 习惯性地选择自己所熟悉的砖混或混凝土结构思路上, 这样便失去了通过结构方案的变化寻求创新的可能。另外, 在采用钢结构的设计中, 常存在节点构造粗糙、与砖混结构部分衔接不好、外立面交接处理生硬等问题, 归其原因, 就是对钢结构建筑设计缺乏学习和训练, 对钢结构建筑的设计特点研究不够。笔者认为, 钢结构建筑设计有其不同于混凝土结构的特征, 应作大量性的研究工作。可从钢结构建筑以下几个方面的特征入手:
2.2 空间特征
( 1) 空间形态多样化: 钢结构建筑可以充分利用其结构灵活性和表现力, 创造出多种形式的空间形态, 它可以引入斜面、曲面等变化的形式, 组合出各种新奇、有趣、富有戏剧性的空间, 从而打破了单纯的矩形空间组合。如多伦多汤
姆逊音乐厅。
( 2) 线性构件, 界面通透: 钢结构靠杆件传力, 构件多呈线性, 且由于钢材的高强高效特性, 结构构件小, 且通透性好, 屋顶和墙体洞口的开设受结构的影响较小，所以设计中有屋面采光时常采用钢结构形式作为顶界面, 以使顶部开敞明亮, 尽量多地引入天光。侧界面采用钢结构也多以开敞通透的手法处理。
( 3) 巨型空间, 二次划分: 钢结构构筑出大跨度的巨型空间, 然后再次进行立体划分, 形成灵活的空间体系, 开合自如, 虚实结合, 层次感强, 这是当前流行的一种大型公共建筑的空间布局模式。也有利于需要功能调整时的改建工程。
2．3形态特征
(1) 与混凝土结构和砖混结构的建筑造型有明显差异, 钢结构建筑表现的不是厚重、雄伟、强烈的实体感, 而常常是轻盈、舒展、精美的现代感。钢结构的最大特点是结构外露。它是结构构件的同时，也可以是装饰性构件。如果建筑是倾向于艺术角度，而结构是倾向于技术角度的话，钢结构可以很好地体现艺术美与技术美的结合。设计惯用曲线造型, 顶面、侧面没有明确的分界线, 体型生动流畅, 这样也有利于力的传递。因此, 钢结构适合创造独特、新颖的标志性建筑形象。
( 2) 与混凝土结构和砖混结构可同时充当结构构件与维护构件不同，钢构件主要用作结构构件，需要用其他材料作维护构件。事实上，钢结构可以与多种维护材料灵活组合，这是它丰富的表现力源泉之一。因此，钢结构建筑可采用多种技法和材料来表现, 如钢结构暴露在外, 表现构造节点的工艺性技术细节的高技派手法; 应用金属复合板或塑铝板表现光洁、精美的现代材料质感; 和通过外挂大面积透明与镀膜玻璃表现建筑的轻盈通透的形象。
( 3) 钢结构建筑一个重要的形象要素就是精细的节点构造设计。由于钢材的可塑性强，连接方便，节点的类型丰富多样，因此比较容易进行精致的个性化设计，成为它丰富表现力的另一源泉。结构性节点经过精心推敲, 能同时成为装饰构件, 表现出现代建筑的技术美、工艺美, 这其中包括建筑各部位的细节, 如钢架支座、钢结构与砖混结构的结合部位、钢柱的断面形式、钢架天窗构造和金属遮阳板等。
3.3 与结构、设备密切结合的特征:
钢结构建筑形象取决于结构形式与构造节点等的精细加工工艺, 这有赖于建筑师、结构工程师和机械工程设计师的统一协作, 有机结合。另外, 钢结构建筑往往暴露设备, 这些暴露的设备会成为建筑内部、外部形象的组成部分,且设
备管线与主体结构及墙体穿插交接处都需要对其构造进行精细设计, 这便要求建筑师同设备工程师密切协作。唯如此, 钢结构建筑才能达到较高水准，位于巴黎的蓬皮杜艺术中心，就是钢结构建筑与结构、设备完美结合的杰出代表。由于该艺术中心的设计对表现结构部分的理念不是采取遮丑弱化的处理方式，而是采用暴露结构构件、节点的方式，这就意味着建筑师必须对每个节点都进行精细化处理，使其既能满足结构受力的需要，也能符合外在审美的需求。为打破单调重复的矩形外立面，建筑师更把建筑的斜向元素——扶梯，以管状的形象悬挂在外墙上，使建筑更具动感。此外，建筑师对设备管线的处理更为别出心裁。对于大部分民用建筑来说，管线一般不是被藏在管井内终日不见阳光，就是被置于视角盲点或人迹罕至的次要角落中。但在该艺术中心的设计中，管线反而被“请”了出来，漆上鲜艳的颜色，外挂在主要立面的外墙上。这就要求建筑师与设备工程师精诚合作，对管线的定位、走线等方面提出更精确的要求，使其除满足使用功能外，还必须符合美学的原则。
福斯特曾提出设计开发的概念, 有丰富的含义, 它包含了建筑师的独特要求 (Design Development) , 专业工厂内对构件特定的工艺性加工,各专业的协同配合, 对建筑全方位的开发设计。现代工业文明和科技成果在这里得到充分地应用, 建筑学的内涵大大丰富了。这即是对传统建筑的观念变革, 又是传统建筑学精髓的延续, 正是靠着这种精神, 世界建筑才得以如今天这样绚丽多彩。
综上所述，钢结构在物理性能、工厂化生产、施工速度、环境保护等方面有其他材料难以企及的优越性，其发展前景广阔。从对钢结构的特征分析可知，由于其性能优越，它所构建的空间形态、空间尺度、建筑造型自由度增大；钢结构可身兼结构构件及装饰构件，能与多种维护材料灵活组合，可打造多样化、精细化的构造节点，从而大大增强其建筑表现力；钢结构建筑的设计要求建筑师、结构工程师和机械工程设计师通力合作、统一协调，使他们的工作更加紧密地结合在一起。
参考文献
[1] 侯召欣.大力推广应用钢结构新技术[J].施工技术，2000(08):9-10.
[2] 马树新, 曹涵棻. 关于广泛开展钢结构建筑设计的建议[J].建筑学报，2000(10):58-61.
[3] 肖亚明.我国钢结构建筑的发展现状及前景[J].合肥工业大学学报(自然科学版),2003(1):115-120.
[4] 翟克勇.钢构建筑的建造表现研究[D].[硕士学位论文].南京: 东南大学,2004.