对钢结构建筑结构表现的一些看法

农 海

柳州市建筑设计科学研究院 广西 柳州 545001

【摘 要】在大力倡导建设绿色家园的时代背景下，钢结构作为一种可回收的材料，在建筑上逐渐受到广泛的关注。随着钢结构产业的迅速发展，钢结构被广泛运用到实际建筑结构中，并获得了极大的认可和关注。本文将从钢结构建筑结构的形态特征及其结构形式和空间造型方面进行分析。

【关键词】钢结构；建筑结构；表现；空间造型

0引言

跟传统的建筑材料相比，钢的性能更加优越，它是一种轻质高强的材料，有着极强的抗压和抗拉性能，这也决定了其独特的造型表现潜力及设计策略。在早期的钢结构的建筑中，由于在传统的审美观念下，钢结构仅仅是用来作为建筑结构的支撑，主体部分仍然是以石砌结构为主，在建筑行业飞速发展的今天，对于建筑结构的审美要求越来越高，因此对于钢结构建筑来说，其结构表现能力得到了很大的发挥，在很多的钢结构建筑中，我们可以看到那些钢铁构件优美的暴露在表面，给建筑带来了极好的视觉效果，并且依然能保证有着优质的结构性能。

1 形态特征

1.1虚空的杆件体系

钢结构建筑的结构主要是以杆件体系为主，且都为细长构件，即结构的构件长度要远大于其截面尺寸，比如梁、柱、拉压杆等。结构构件对空间边界的限定作用不强，这些杆件可以设置在围护表层以内，也可以设置在围护表层以外，若没有这些围护表层，就可以呈现出很好的视觉效果。虽然钢结构的内部空间具有结构构件，但其构件大多细小，构件在空间中可以相互串通，具有很大的灵活性。

对于一些在钢结构中经常用的钢材，比如型钢、线材等都是以半成品的方式出现，这些构件之间的连接主要是以点为连接方式，并且这些材料的强度都非常高，比较小的截面面积就可以承受很大的荷载。因此，钢结构大多是以杆件体系作为主要的结构。

1.2构件形式各异

对于钢结构来说，其材料具有很高的强度，组成结构的这些杆件的长度很大，截面尺寸相对较小，因此在承受相同的荷载下，钢构件的截面尺寸是远远小于砖石结构和混凝土结构的截面尺寸，所以，钢结构的构件和整个结构的刚度都要小于相同条件下的混凝土结构的刚度。由于这种情况的存在，对于构件或结构就需要着重考虑其稳定性。因此在构件设计或结构设计时需要作为控制性因素进行考虑。比如钢结构的构件在收到轴向压力的时候，其控制性因素并不是材料的强度而是其稳定性。

在钢结构中经常会用到各种形式的稳定性构件来防止失稳破坏，如在钢梁上经常用到的加劲肋，格构柱上使用的缀条；钢屋架之间的横向和纵向支撑杆和高层结构中经常用到的各种拉杆，这些都是通过各种有效的措施来提高结构的稳定性。

另外，在结构的平衡和稳定中，拉杆起着非常大的作用，大多出现在带有索的结构系统中，如悬索结构、悬挂结构、帐篷结构、索杆结构等，这也在根本上改变了传统建筑基于受压理论的空间造型特征，让结构看起来更加美观雅致，给人一种飘然的感觉。在一些特殊的结构中，甚至还会给人一种奇妙、刺激惊险的艺术效果。要充分利用钢材结构特征多样的性能，必须在保证结构安全的前提下，对其进行合理的设计处理，创造出造型独特的钢结构建筑。

1.3细部构造精美

焊接、铆接和螺栓连接是钢结构构件连接的基本方式，这些构件及其连接件大多都是在工厂预制，并能达到很高的精确度，对于节点的连接，其精确度和美观度要充分表现出来，结构的节点是要进行力的传递，且是多种材料交汇连接的地方。对于现在建筑结构来说，节点不仅要保证安全的传递荷载，还要具有優美的表观效果。因此这就需要通过高科技进行加工并采用巧妙的构造方式，让这些结构中的细部构造体现出美感，散发出钢结构建筑的魅力。

2结构形式与空间造型多样

在现代建筑结构设计中，为了满足建筑各方面的要求，要合理组织和确定结构各部分的传输系统和传力方式，并将其有机的结合起来。这不仅要考虑和解决好建筑功能方面问题，还必须得利用逻辑思维对建筑结构进行科学的创新，并展现优美的建筑艺术。对于钢结构建筑来说，在形式上有巨大的潜力去探索，但这都是以钢结构的基本力学性能为基础进行探索，从各个角度寻找创新灵感，一些创新形的结构形式对于现实社会来说不是经济的，但是在科学的分析中确实经济合理的。对于一些具有高科技的建筑形式主要采用的是张拉、向心、开放式结构体系。

2.1张拉结构体系

在钢结构建筑出现之前，由于砌体和钢筋混凝土的抗拉强度极低，结构内力基本上都是通过压力作用方式传递。当结构受风和地震的水平作用，导致结构中产生拉力，就需要通过各种方式将拉力减小或转化成压力。自从钢结构的出现，以前的结构观念完全改变，由于钢具有良好的拉伸性能，特别是各种拉力索用于促进各种新形式的张力系统的出现，如悬挂结构，悬索结构。悬索结构由于挂点的需求往往设有很高的顶柱、钢架等凸出物，形成的立柱、支撑等构件大多暴露在空气中，因此这些线元素给人带来了一种复杂的视觉特征。下图1为张拉结构。

图1 张拉结构

2.2向心结构体系

平面体系几何不稳定是以平行四边形为特征，从中产生过很多建筑形式，如古埃及的巨石建筑，罗马的柱式建筑以及现在的框架结构建筑。这种形式的自身就存在不足，这种形式的结构每当增加高度或者跨度，都会使其自重成倍增加。向心结构体系则与此相反，其以符合力学特征为基础的几何形式，从中产生了哥特式建筑，罗马拱券以及今天的高层和大跨度建筑。

向心结构体系的发展加速了建筑业的发展，同时也伴随着几何学的发展和应用，这种向心体系和平面体系相比有着很大的优越性：①创造的建筑内部有巨大的无支撑空间或超高层建筑结构；②使用更多预制的小空间单元，生产、装卸方便；③以高强度覆盖一般空间或起支撑体作用，在上面可以随意悬挂其他构件。

2.3开放式结构体系

正是先进的技术推动了对于结构开放式的追求，使建筑结构的空间呈现出开放性和生长性。可以说的是，开放式的结构和空间是源自于对生态系统的认识。生态系统本身就是一个高度有序的开放式系统，因此对于建筑结构来说，系统的有序性体现在空间结构的规则和时间上有规律的运动秩序。所以说，首要的是要求建筑结构系统具有开放性。

结构系统由很多不同大小的结构构件，依照相应的等级和次序装配而成，随着建筑的维护、更新和扩建，其内部空间和外在形象是允许转变的，允许各种性质各异的变化，使建筑像生命一样新陈代谢，长时间发挥其作用，增强建筑的灵活性和适应性。

对于高水平建筑师们在开放性结构上的探究可以总结为三点①利用先进化的工业生产方式和结构单元通过预制的标准化构件进行组合，然后将这些单元进行组装形成结构系统，以门、窗、墙板、屋面板等维护结构维护分割或覆盖整个结构，，共同承担建筑的自重及所受的外荷载的作用。②使结构系统具有较大的灵活多变性。并让各个系统有机的结合在一起，为今后可能出现的建筑修筑、改建或扩建提供方便，让室内和室外的空间布置更加灵活。对于可能发生的空间使用和安装设备的变化提供可能性。使建筑的结构系统能够变成有序的动态开放的形式，对于物质和能量的交换，在各个系统的内部与外部环境之间都可以进行。③对于建筑材料的选用，要选取质量轻和强度高的材料，集成化和工业化程度要高，采用可方便装卸的标准预制构件