“钢结构工程”与建筑设计探讨
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【摘 要】对结构的认识和态度，始终是建筑学关心的重要话题之一。结构和空间的离合同建筑功能，形制，尺度，以及复杂的社会文化背景都有莫大关系。在上溯近半个世纪的时间里，出现了卡拉特拉瓦这样把结构表现强调到极致的建筑师，同样也产生了为建筑理想而屏蔽结构，倡导把建筑从结构中解脱出来的像坂本一成那样的建筑师。
1.“钢结构工程”的概念
在使用“钢结构工程”这个词时，不同知识背景的人或许是想要表述不同的意思。对结构工程师来说，钢结构工程和各种外化的“尺寸”相关联；而在建筑学语境下，钢结构工程则意味着某些空间的可能性，表达“尺度”的概念。这里对“尺寸”和“尺度”的定义是都广义和概念化的，前者着重于对工程安全和精确性方面的要求，后者则强调人的感知和行为。
在大多数条件下，设计人员都期望“结构”能在工程学和建筑学的双重语境下得到充分发展，这种努力最终把材料的内在规定性，建造的必然性，以及空间形式、使用的可能性联系在一起。“钢结构工程”最终指向一个闭合的设计系统，材料、结构、构造，表皮，空间……系统的每一个子集都具有其特定的意指和方法。
2.“钢结构工程”与建筑设计
2.1创造新形式
钢结构工程无疑把复杂的建筑功能从跨度的约束中解放出来，使建筑师在应对不同功能的空间需求时游刃有余。现今的单层大跨屋顶，比如飞机修理库和展览馆，几乎都采用钢结构工程。钢结构工程还创生了一个新的建筑模式――摩天大楼，它的特点是用升降机和楼梯把用户迅速运输到指定楼层。与其他结构相比，钢结构工程建筑一个重要特点是高度预制化，对“预制”似是而非的认识会诱导使用者产生一种大规模重复生产的工业品的印象；这是建筑师最不希望发生的事情。实际情况与此截然相反，钢结构工程能塑造出最多样化的空间组合，使即便最单纯的大跨度空间也具有非凡的品质，正如我们在各种优美宏大的音乐厅、体育场中所体会到的一样。钢结构工程大多以连续的正交装配为基础，但也能通过大量线型构件来转变为其他形式。在弗兰克?盖里的作品中，经过雕塑的形体表面被分解为许多直线型构件，面的凹凸、折叠和扭曲最终简化成最简单经济的形状。通过这种转换，钢结构工程使外部异形的表面和内部形态丰富的空间同时成立了。
2.2结构化装饰
建筑师热衷于对钢结构工程形式的表现并不是今天才有的事，长久以来都存在着“把建筑构件同装饰联系到一起”这样的传统。但是材料特性所决定的某些形式特征，以及这些形式所蕴含的建筑学意义，才是钢结构工程打动众多设计师和评论家们的真正原因。起初，建筑师关心的是构件的连接部位，这一时期钢结构工程以大量铆钉的形式炫耀其作为装饰的能力，铆钉因为具有工程的必要性，因而在建筑领域获得广泛认同。到了21世纪早期，钢结构工程逐渐和结构化装饰联系在一起。新的结构化装饰理论认为结构并不需要像承重构件一样的装饰特征，而是通过一系列的缩放比例、复制使一些结构形式自身被看作装饰物。通俗的讲，建筑师们已经不再局限于为独立构件寻求一种为理性而优雅的外观，就像卡拉特拉瓦的设计作品那样；新形式的创造主要来自于钢构件的结构、经济和建筑学(感知心理)方面的原因，当代建筑师和工程师越来越多地采用非传统的规则几何图形，来组织复杂的结构系统。
墨尔本联邦广场、伦敦蛇形画廊，以及位于北京的中国国家游泳馆(“水立方”)都是这种结构化装饰的例子。在这些建筑中，“与传统的仅从几个固定的视点来形成一个由等级和比例体系所控制的立面不同，不规则的图形通过发散的节点联接成一个动态的、复杂的空间网络，形成了一个从任何一点都具有的视觉性的表面。”借助于计算机程序所产生的算法规则，使得这类表面看似简单，却有着类似于细胞、晶体这些自然界有机体的复杂的内部结构――它们既是视觉性的又是物理性的，既是结构支撑系统又是表面维护系统，模糊了表皮(skin/facade)，结构(bone/structure)之间的界限，形成了一种既在于内部又凸显于表面的装饰。
建筑师没有采用传统的连续正交立面，而是通过一种网格系统设计了全新的立面形式，以期获得连续变化的动态立面效果，同时和基地环境保持高度的联系。
建筑立面使用了三种不同材料：锌板(分为实心和穿孔)，砂岩和玻璃。它们被同一套基于模数的三角形网格系统统一到一起。网格系统基于分形原理，按照由“单元”到“面板”再到“巨型面板”的逻辑生成。最终呈现的表面图像和结构形状从最初的三角形单元中分离出来，创造出非凡的视觉品质。在此，钢结构工程作为一种设计语汇的意义超越了狭义结构理性的内涵；“以复杂性、非线性决定论，以及对自然有机组织结构形态关注的共同文化背景为基础，钢结构工程和装饰合为一体，成为当代建筑创作的新趋势。”
2.3对其它材料(木结构)的启发
钢木结构和“玻璃建筑”可以视作是钢结构工程对建筑材料产生影响的两个实例，钢结构工程对开拓木材、玻璃在建筑中的表现形式产生了深远影响。
传统的木结构形式如框架、三角桁架、以及拱顶，在面对当代建筑大空间、大跨度等结构问题时往往显得无能为，向其它结构形式借鉴成熟的结构理论和经验是建筑师和工程师的必然选择。现代木材加工产业正推进着各种工程木产品向匀质化的方向发展；而且木材与钢材在受力状态上存在着许多的相似之处，构件之间存在着材料置换的可能；同时，现代木材采取工厂加工、建筑工地现场组装，这种施工方法与现代钢结构工程的一致；在节点处理上，经常需要使用钢板等金属构件进行连接，其构造与施工方法与钢结构工程十分相似。这使得现代钢结构工程建筑中的许多设计手法可以被引入。
在具体的建筑实践中，除了发展木材的新型结构形态，尝试在大跨度结构中的应用外，利用钢结点技术解决木结构框架、桁架中的连接问题也是建筑师和结构师关注的重点。籍由钢结点技术和传统木结构的结合，不但可以有效解决传统木结构应对现代建筑空间所面临的结构性能、节点技术以及造型表现方面的问题，为结构提供有效可靠的连接，同时发展出一套新的建筑语汇，对建筑空间和形式产生了重要影响。由约而达+佩罗(Jourda+Perraudin)事务所设计的里昂建筑学院就是探讨钢木材料在复合结构下表现形式的具有代表性的早期作品之一。
3.结语
本文分析了钢结构工程在大尺度/异形空间设计，结构化装饰领域的应用和发展，阐述了钢结构工程对其他建筑材料及结构形式(主要指钢木结构)的启发和结合。通过讨论钢结构工程对建筑设计语言的影响，来说明“钢结构工程”在建筑学语境下的更多内涵。建筑学从未固步自封，它始终是一个开放的体系，在任何大胆尝试面前都显示出宽容和豁达的胸襟。正是这种精神激励着建筑师们对包括“钢结构工程”在内的各种概念进行广泛而深入的讨论，不断尝试着发掘它们最能体现时代精神的建筑学涵义。
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