建筑的美与符合结构力学的选型

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【提要】通过对一些建筑的结构选型与艺术价值的分析比较，认为好的建筑通常是结构选型合理，传力路径简单明确，符合力学原理的；是经济和安全的；同时是经得住时间考验的。

提请建筑师们应该在方案选型的第一步，就选择一个好的结构方案，因为这与建筑的美并不矛盾。

【关键词】结构选型 结构力学 建筑的艺术
看着一座座超高层建筑的建成，一栋栋结构选型极不合理的建筑方案顺利过关，进而在不久的将来变为一种现实的存在，我真不知道作为结构工程师应该感到骄傲还是悲哀。

我们把很多近乎不可能的建筑变成了现实的存在。

在中国的大地上，从国家大剧院到奥运会的几个体育场馆，从中央电视台新台址到某博览中心、某某五星酒店。

中国成了新建筑新结构的实验场。

在这个过程中，结构工程师承担了很大的风险，很多的责任，可只有很小的权力去对建筑结构的选型进行选择和优化。

我们只能在各国“建筑大师”划定的圈子里做少许的调整。

真想让大师们都去上堂结构课。

纵观古今中外多少优秀的建筑均是力与美协调的产物。

埃及的金字塔，存在千年源于坚实浑厚的基础。

法国的象征艾菲尔铁塔，自是力的流畅的线条。

中国两千年的石拱桥，仅仅用石块就造就了大跨度并且线条轻盈优美的曲线。

哥特教堂取消了大量厚重的石材，而代之以细的拱肋，使推力和反力互相抵消，完美的体现了力的平衡。

这些建筑无一例外的充分利用了材料的特性，有很好的结构体形，是美的建筑，也是符合受力特征的建筑。

它们完全没有任何多余的装饰，仅仅由线条和形体就形成了自己的风格，我认为这是真正的每个建筑的个性，决不会雷同，无论从外表还是骨子里。

现在的建筑多的是堆砌和浮华、虚伪的装饰、莫名其妙的符号，它们仅仅通过改变窗子的大小和形状，增加一些装饰的腰线和檐口，没有任何实际作用的柱子，几种柱头的形式，就说自己是什么什么风格。

结果造就了很多不伦不类，似是而非的东西。

在上个世纪六十年代初，意大利著名建筑工程师P.L.奈尔维就在他的《建筑的艺术与技术》中为我们做了很好的指导，时至今日，其中的很多观点，仍然感觉是对现今建筑界的一济良药。

比如其中提到“对一个设计得很差的结构，想以堆砌附加的东西来加以掩盖完全是徒劳的。

建筑的受力结构必须以简图方案为基础正确的进行设计，它应该以最简单最自然的方式，符合于把重量和应力传递到柱子和基础的功能要求。

”我们现在的很多建筑，动则进行转换，错层，移位。

全然不顾最基本的力学原理。

仅仅为了某种形而上的大空间而不惜一
筑龙网 W W W .Z H U L O N G .C O M 切，不但造成了安全的隐患和经济上的浪费，对视觉的冲击也经常让人很不舒服，细细的柱子支撑着上部庞大的体量，给人一种不安全和怪异的感觉。

这似乎不应该是一个建筑传达给居住者或是任何使用者的感觉。

现在很多建筑甚至采用了一种很难成
立的计算简图，可以说是一种很不稳的力学
模型。

甚至可以称之为“正在表演杂技的建
筑”。

而且这个建筑不是一个中小型的项目，是建筑面积达到二十多万平米，建筑高度达
到278米的大型超高层建筑――中央电视台
新台址。

它是一个空间扭曲的“Z ”字型，
空间的倾斜，超大的悬挑，使最底层的柱子
也有可能会受拉力。

柱脚必须按照拉和压两
种受力状态进行设计。

基础的厚度达到7米，
只所以会有如此之厚，仅仅是为了防止建筑
整体的倾覆。

在这个标新立异的建筑中，结
构工程师付出了很大的精力和劳动，也体现
了很高的技术水平和智慧，但是，我不认为他们帮建筑师设计的是一个好的建筑。

这个建筑时刻在考验着央视的精英们的心理承受能力。

建筑对结构选型的不合理，同样造成了
很大的浪费。

跨度很大的“鸟巢”的钢结构
屋顶，选用平面受力的门式刚架，已经超出
了它的适用范围。

致使用钢量奇大。

即使后
来经过专家论证，进行了结构优化，因为结
构工程师没有权力进行大的改动，结果当然
不会明显。

鸟巢看起来很美，可是又有几人可以拥有这样一个视角？
著名建筑师R.B.Fuller 在1962年提出了由索和杆件组成的张拉集成结构（Tensegrity systems ）的结构设想，Fuller 希望在这种结构中尽可能的减少受压杆件，结构处于连续的受拉状态，使压力成为张力海洋中的孤岛，他认为这种状态符合自然界固有的规律，能最大限
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再后来，美国的 B.H.Geiger 和M.Lery 进一步对其进行演变和发展，提出了索穹顶结构体系（Cable Dome ）。

这是一种结构效率极高的张力集成体系，是极懂结构的建筑师提出，又由结构工程师进一步完善形成的。

这是一种很轻巧的结构，充分利用了钢索的强度，通长情况下，钢索的强度是普通结构钢材的4～6倍，而且因为绝大部分构件为受拉的钢索，不用考虑稳定系数的问题。

如果我们如“鸟巢”等等奥运场馆可以采用这种结构形式，用钢量也许仅为现在的10％。

直到今天，我们仍然感觉到其中的妙处，仍然是值得我们学习的好结构形式。

由工程院院士著名结构大师江欢成作为总设计师，主持设计的东方明珠电视塔，造型也很独特，以其独一无二的造型，成为上海市的标志性建筑。

它的艺术气息，它的震撼，它的丰富的文化内涵，在向人们诉说着力与美。

正因为江院士在力学上的高超的造诣，使设计突破了世界上混凝土塔惯用的单烟筒式结构的常规，创造了一个全新的结构形式――带斜撑的多筒式巨型空间框架，体现了现代高科技和东方文化的完美结合。

通过独具匠心地将11颗球体缀连成串，创造了“大珠小珠落玉盘”诗一样的境界。

同样，因为有很好地受力体系，468米地高度，挑战了混凝土结构的极限。

甚至在一些细节方面，结构工程师也常常会给建筑师一点惊喜，现在广受建筑师欢迎的管桁架，采用相贯线进行节点的处理，显得简洁干净。

其它例如体育馆的马鞍型屋面，热电厂的双曲线冷却塔，都是艺术与技术完美的结合。

其灵感都是源于对力学的深入了解。

当然，类似的多了，好像不是太稀奇，但是这是一个很好的方向，我们应该沿着它继续走下去。

建筑的结构选型的不合理源于对力的处理方法上，不合理的结构选型，对待力的态度是“抗”，由外力传来单位为“1”的力，由于不合理的抵抗，不合理的受力简图，构件承受的力可能是“2”是“3”甚至更大。

合理的结构选型对待力是因势利导，让它通过最短，最简洁，最明确的路径传到墙或柱子，然后传到基础。

合理的力的流程，在传递的过程中不会被放大，不应有突变，应是娟娟溪流逐渐汇集下来，不应造成跌宕之势。

现代建筑技术的高度发展，新的材料的应用，例如：钢铰线、玻璃、纤维织物、充气的膜、高强度的混凝土，这些都给了建筑师一个更广阔的舞台。

但是，不是有了好的材料就可以肆意的挥霍，任何的浪费都是可耻的。

我们如果拿着先进的材料，但是不了解材料的特性，没有发挥它的优势，甚至完全违反了力学的原理，那么可能建造出的建筑反而不如古人。

任何的哗众取宠都不会长久，只有吻合于自然之道，服从于力学的原理，达到一种平衡和协调的建筑，才是美的建筑，才能长立于天地之间。

筑龙网 W W W .Z H U L O N G .C O M 确实，现在的建筑师面临着日趋复杂的技术问题和结构问题，新技术，新材料的不断应用，给建筑师提出了更高的要求。

但是，建筑师对力学和技术的理解应用，是一种宏观上的把握，仅仅只需要达到概念上的正确就已经足够了，建筑师选定了可行的结构方案，下面结构工程师就可以在一个好方案的基础上进行优化计算，确定细化各个细部，然后把它变成可以实现的一套施工图纸。

如果建筑师感觉掌握的结构力学的知识不够，在确定建筑方案的时候，他也可以咨询结构工程师，但是这样会使他的创造性收到抑制，同样，他也不可能会自发的设计出符合结构受力特征的建筑方案。

历史上很多优秀的建筑大师对力学在宏观上的把握，甚至超过了很多的结构工程师。

他们创造出了令人惊叹的建筑，而且这些建筑还在继续教育着我们。

结束语
作为一个建筑师如果有丰富的结构知识，是与之配合的结构工程师的幸事，更是业主的幸事，甚至可以说是国家的幸事。

因为那会带来很多很大的节约，和更高的安全度，还有建筑自己的个性和生命。

如果一个建筑师认为自己的结构知识还不够，那么虚心的去学吧，不要仅仅是为了应付注册考试。

如果实在又懒得去学，那么，找个好的结构工程师来和你配合吧，记住要接受他的好建议，而不要仅仅为了面子而固执己见，另外记得付给他一份配得上他的薪水。

参考文献
【1】P.L.奈尔维 著. 黄运升 译. 建筑的艺术与技术. 中国建筑工业出版社. 1981.1
【2】李春涛.江欢成等 .东方明珠. 上海科技教育出版社. 1997.8。