解析建筑设计中的结构美
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摘要：本文分析了建筑创作中结构的美学表现，指出结构本身具有艺术美的内涵。结合典型案例，总结了结构技术在建筑创作中表现出的多种形式，指出充分运用结构本身的美学表现力，从结构技术角度出发塑造建筑形象逐渐成为建筑设计中富有潜力的表现手段。
关键词：结构美学；建筑审美；力学；艺术
中图分类号：J802文献标识码：A
结构是按照力学规律形成的建筑骨骼，是建筑设计中非常重要的元素。在建筑中，结构作为传力系统除了满足承载要求外，其自身的视觉表现力还成为建筑艺术中的组成部分。建筑结构美学包括结构的内在品质与外在表现两个方面。内在品质主要涉及结构技术的合理性、效率性和可行性等。为了达到建造的经济性和有效性，设计者必须按照材料性能和力学规律选择结构形式，建立科学的逻辑思维秩序，赋予建筑结构以理性。结构的外在表现是指在审美观念上设计师可以充分发挥自身的能力、个性及想象力，将结构“技术”提升到“艺术”的高度。
每一次技术革命不仅带给建筑师新材料、新结构、新设备、新的设计手段与设计方式、新的建筑形态等，还悄然改变着人们的审美价值和美学观念。建筑艺术之美可以从多个方面来实现，而建筑作为一种空间受力的实体，结构表现具有艺术美的内涵。于是，如何善加运用结构，由被动变为主动，创造出别具特色的建筑作品，结构所起的作用值得关注和研究。
一、结构推动建筑形式美
结构技术一直影响着建筑造型，建筑史从某种意义上而言就是一部结构技术的发展史。传统建筑美学以古典的形式美为中心内容，形成以黄金分割为代表的均衡、稳定、韵律、渐变等原则，这其中，优美与合理有着必然的联系。根据力学要求，结构必须达到自身的平衡与稳定，才能实现承担荷载传递内力的作用。由于这个事实，使人们在审美上产生了视觉平衡的心理。于是，人们在建造建筑时都力求符合均衡的原则，这样不仅是安全的，而且在视觉效果上也是美的。因此，对称或不对称的结构形式都必须保持均衡与稳定，这与建筑造型中的美学观点是一致的。
在对中国古建筑结构构件的研究中发现，尽管当时人们对结构技术的认识处在经验型阶段，但仍出现众多美学与力学相统一的成功结构构件。“为了使水平与垂直构件结合的更加牢固，檐柱多有侧脚和生起，还可以使建筑物的整体性与重心更加稳定。”其中“侧脚”一词，其含义是将柱头微向建筑内侧倾斜，柱脚微出向外，使柱按正“八”字形预先倾斜。从结构力学的几何稳定性分析，如果所有柱子都垂直于地面则它们之间的关系是互相平行，这在结构上是不安全的。采用侧脚，使得各柱之间不再平行而形成虚铰，有利于整个建筑物的几何稳定。另外，上部荷重会使柱头间保持自动向内挤紧，以达到稳固整体木构架的作用。同时由于人视觉经验的透视效果，使得建筑产生沉稳挺拔、气势宏大的美感。由此可见，许多熟知的建筑形象中都能找到结构技术的渊源，美的形式必然含有合理的技术内容。
二、隐藏在内部装饰的结构美
这是结构体系与建筑形式之间一种长期存在的关系。工业革命之前，由于建筑技术的落后，建筑形式创作严重依赖结构的生成过程，建筑与结构可以说是难分彼此。虽然结构体系对建筑形式有着决定性的影响，并决定着那个时期的建筑风格，但是结构更多的时候是在参与展现建筑的宏大体量，其自身往往被隐匿在装饰元素的覆盖之下。
巴黎圣母院正是其中的代表之作，在它的尖拱中，框架式骨架券作拱顶承重构件，其余填充维护部分减薄，使拱顶减轻；独立的飞扶壁在中厅十字拱的起脚处抵住其侧推力，和骨架券共同组成框架式结构，侧廊拱顶高度降低，使中厅高侧窗加大；使用二圆心的尖拱、尖券，侧推力减小，使不同跨度拱达到一样的高度。虽然结构上的创新给建筑形式带来了根本变化，几乎一切可见的构件都在发挥着结构作用，然而结构的艺术性主要体现在对结构构件的装饰上。因为“尽管建筑师们仍然对结构感兴趣，但只是把它看作是实现建筑形式的一种手段，这种建筑形式是从离技术因素相距甚远的思想中产生出来的。”所以为了视觉上的优美雅致，所有的结构构件都作了调整，柱子的“卷绳”状装饰、柱头的形式，都不是结构的技术要求，而是视觉形式美的要求。结构的力学功能阐释得简单而有效，但其审美与可读性却大打折扣，因为结构基本上是基于技术需求的自发呈现，而非主动参与影响空间形态的塑造，所以纵然装饰工艺精致，却失去了建筑的本色。
三、与建筑相融合的力学之美
从埃菲尔铁塔开始，现代建筑的结构表现在历史舞台上也拉开了序幕。建筑师开始尝试用新颖结构设计意想不到的建筑造型，建筑结构走上了艺术化的道路，结构技术以一种神奇的色彩呈现崭新的面貌。建筑师利用结构材料自身的造型潜力，通过结构内力的分析，形成了由几何形体按照一定规律组合的结构，这些结构单元经过组合、变化能够形成复杂的形式，结构的逻辑表达反映了建筑师对于结构力学逻辑的遵循，建筑形态通过具有力学美感及符合内部功能的结构体系整体地表达出来。
现代建筑出现了众多将结构技术与建筑之美融合统一的成功案例。如西班牙建筑师圣地亚哥·卡拉特拉瓦，他有着工程技术的学习背景，善于“把造型感通过结构解析来进行设计”。他的众多作品让人们感受到精致典雅的技术美、震撼人心的力度感以及由材料质感和结构构件所表现出的空间造型魅力。法国里昂机场铁路车站是一座极富表现主义特征的建筑，40米高的车站大厅由4道钢拱组成，跨度达120米，中间的一对拱券形成具有连接挡板的屋脊，两列的拱券象翅膀一样遮蔽着大厅，肋骨般的结构支撑着悬挑的翅膀。巨大的空间尺度，有力的建筑构造语言，秩序化的结构构件，表现了韵律与秩序的美。卡拉特拉瓦的建筑不用去借助流派的语汇，建筑结构不像一般工程建筑的呆板，而是着眼于正确表达力学概念与结构原理的合理性，充分发挥材料的性能，其美感源于对材料的深刻理解和结构力流传递方式的正确表达，正是这种对结构造型潜能的挖掘和探索给建筑带来深厚的内涵。
四、外露构件表现结构美
建筑师把结构构件甚至于结构体系直接作为建筑造型的主要手段，通过对结构外露部分的观赏，来领悟其结构构思及其营造技术，获得美的艺术感受。其造型已无法仅从结构的需求来进行解释，而更应被看作是一种建筑艺术造型。换言之，当结构技术的客观规律被赋予了超出其自身的价值时，与其说结构是力学的需要，不如说是精神的需求，结构已经从实用功能转变为审美功能。