关于建筑空间与空间结构的分析

关于建筑空间与空间结构的分析

摘要：本文大致分析了建筑空间中几种重要的空间结构，以及它建筑空间之间密不可分的关系，以国家游泳中心水立方为例，分析了钢架结构与膜结构，更好的帮助我们理解空间结构，分析出其中与空间之间的联系。

关键词：空间围隔功能要求限定空间结构体系钢架结构膜结构

正文：建筑空间，都是人们凭借着一定的物质材料从自然界中围隔出来的，但一经围隔之后，这种空间就改变了性质———由原来的自然空间而变为人造空间。人们在围隔空间的同时也要服从于两点重要要求，首先也是最基本的要求就是满足人的功能使用要求，其二，还要满足一定的审美要求。就前一种而言，就是符合于功能的规定性，具体的讲所围隔的空间必须具有确定的量、确定的形和确定的质（能避风雨、御寒署，具有适当的采光通风条件）。

然而要想达到上述两方面的目的就必须依靠一定的技术手段。建筑的空间结构就是诸多手段的主体。人民呢建造房屋使用各种材料，并巧妙地将这些材料组合在一起，充分发挥出材料的力学性能，使之具

有合理的荷载传递方式，整体与各个部分都具有一定的刚性并符合静力平衡条件，这就形成了建筑的空间结构。空间结构在一般情况下是为各项提供技术支持的，很多时候也能够反客为主，成为表现的主要来源。

在古代，功能、形式美、结构三者之间的矛盾并不突出。可是到了现代情况就不同了，由于科学技术的进步和发展，工程结构已经形成为一门独立的科学体系，并从建筑学中分离了出来从而形成为相对独立的专业。现代的建筑史必须和结构工程师相配合，在空间与结构的结合中寻求一个最佳的设计方案，从而满足作为空间最基本的要求。我们通常将符合功能要求的空间称之为适用空间，将符合材料性能和力学规律的空间称之为结构空间。三者由于形成的依据不同，各自收到的条件制约和所遵循的法则也不同。单在建筑中它们是合而为一的。我们从事建筑设计就是要将三者统一为一个整体。

综上所述，建筑结构体系不仅对空间的为何、分割及限定起着决定的作用，而且直接关系到空间的量、形、质等三方面的因素。所以结构在整个建筑领域中的现代技术占据着特别突出的地位。所以，建筑结构是我们在建筑空间设计中所必须认真考虑的方面，只有满足于结构要求，一个建筑才能称之为合格的建筑。

A.梁板结构体系

现代建筑的结构体系可分为梁板结构体系、骨架空间结构体系

与空间结构体系三大类。而梁板结构体系是以墙和柱承重，梁板结构体系是一种既古老又年轻的结构体系。它有四千多年的历史，直到今天人们还利用它来建造建筑。这种结构体系主要由两类基本构件共同组合而形成空间的。一类构件是墙柱；另一类构件时梁板。前者是形成空间的垂直面；后者是形成空间的水平面。由于材料的限制，所以此体系多为砖砌墙体、钢筋混凝土梁板体系，承重墙平面呈矩形网格布置，适应于房间不大、层数不多的建筑。

B.骨架结构体系

对于建筑空间布置在构思上主要在于用两根住子和一根横梁来取代一片承重墙。这样原来在墙承重结构体系中被承重墙体占据的空间就尽可能地给释放了出来，使得建筑结构构件所占据的空间大大减少。而骨架结构体系的形式又可分为框架结构，框剪框筒结构，板柱体系等。

一．框架结构是一种古老的结构体系，它的最大特点是把承重的骨架和用来围护或分割空间的帘幕式的墙面明确地分开，这可能是因为人们在长期的实践中逐渐地认识到有的材料虽然具有良好的力学性能，但却不适于用来防风避雨，而另一些材料则具有这方面的特长，因而分别选用前一种材料当做承重的骨架，然后再用后一种材料覆盖在骨架上，从而形成一个可供人们栖息的空间。

二．框剪结构，框架剪力墙是由框架与剪力墙组合而成的结构体系。在整个框架-剪力墙结构体系中，框架与剪力墙同时存在，剪力墙承担绝大部分的水平荷载，而框架则承担竖向荷载为主，两者共同手里，合理分工。

C.空间结构体系

在这里详细分析一下空间结构体系，空间结构体系充分发挥材料性能，提供中间无柱的巨大空间，满足特殊的使用要求。各项受力，可以较为充分地发挥材料的性能，因而结构自重小，是覆盖大型空间的理想形式。它的形式可分为：网架结构、桁架结构、钢架结构、薄壳结构、悬索结构与膜结构等。

国家游泳中心水立方水立方是2008年北京奥运会标志性建筑之一。奥运会期间，承担游泳、跳水、花样游泳、水球等比赛。奥运会赛后将成为一个多功能的大型水上运动中心，能为公众提供水上娱乐、运动、休闲、健身等服务。国家游泳中心位于奥运公园B区西南角，主体建筑紧邻城市中轴线，并与国家体育场相对于中轴线均衡布置。

而水立方的墙体和屋盖结构创新性地采用了膜结构与钢结构结合的新型多面体空间钢架结构体系，所谓钢结构，是一种大跨度结构，它根据弯矩分布的情况而具有与之对应的外形，弯矩大的部位截面大，弯矩小的部位截面小，这样就充分发挥了材料的潜力。因此钢架可以

跨越较大的空间，从而解决了大空间建筑的屋顶结构问题。膜结构，在本质上也是受拉构件。兼有承重和维护的双重功能，气张拉力来源于充气或用桅杆、拱、拉索等构件来将膜绷紧。由于这些构件灵活的布置形式以及膜本身轻柔的外表，在城市室外空间小品中也常应用。这种结构形式特别适用于大型体育场馆、人口廊道、小品、公众休闲娱乐广场、展览会场、购物中心等。而水立方的外部结构正是采用这种先进的钢膜结构体系，该钢模结构体系由一系列类似于细胞、水晶体的钢网架单元和ETFE充气薄膜共同组成。它是世界上最大的膜结构工程，除地面外外表都采用了膜结构。由于膜的轻盈透明，使得整个建筑外表更为灵动，膜结构还非常轻巧，并具有良好的自洁性。刚才说到水立方的多面体空间钢架结构体系，该结构的弦杆选用矩形钢管、腹杆选用园钢管，节点为焊接球节点。虽然结构的构成类似网架结构，但结构构件的受力状况完全不同于网架结构的二力杆，而表现为类似空腹网架的钢接梁。杆件内力包含弯矩、轴力、剪力、扭矩，弯曲应力大于轴向应力，所以结构的优化较为复杂。

水立方将膜结构与钢架结构完美的结合在一起，既符合功能要求，也表现出了建筑应当具有的特色，是现代建筑结构设计的极致体现。不失为一个伟大的建筑。

结语：一种结构，如果能够把它的科学性和实用性统一起来，它就必须具有强大的生命力，那么剩下的则是形式处理问题，古今中外的建筑，凡属优秀作品，都必须是既符合与结构的力学的规律性，又能适应于功能要求，同时又能体现出形式美的一般法则。