1、<p>　　題 目：現(xiàn)代鋼結(jié)構(gòu)建筑的美學表現(xiàn)研究</p><p><b>　　目 錄</b></p><p>　　第一章 緒論 ………………………………………………………5</p><p>　　1. 選題背景 ………………………………………………………… 5</p><p>

2、;　　1.2課題研究的學術(shù)意義和實用愈義 …………………………………………7</p><p>　　1.3研究的內(nèi)容 …………………………………………………………… 9 第二章 鋼結(jié)構(gòu)建筑的發(fā)展現(xiàn)狀 ………………………………………10</p><p>　　2.1鋼結(jié)構(gòu)建筑的歷史沿革 ……………………………………………………10</p><p>

3、　　2.2鋼結(jié)構(gòu)建筑的發(fā)展現(xiàn)狀 ……………………………………………………11</p><p>　　2.3鋼結(jié)構(gòu)建筑面臨的問題 ……………………………………………………13</p><p>　　第三章 現(xiàn)代鋼結(jié)構(gòu)建筑的美學表現(xiàn)理論……………………………15</p><p>　　3.1材料的美學表現(xiàn)理論 ……………………………………………………15</

4、p><p>　　3.2節(jié)點的美學表現(xiàn)理論…………………………………………………………21</p><p>　　3.3剛材與鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件 …………………………………………………………26</p><p>　　第四章 現(xiàn)代鋼結(jié)構(gòu)建筑的美學表現(xiàn)實踐 ……………………………30</p><p>　　4.1 央視新大樓………………………………………………

5、……………………30</p><p>　　4.2 國家大劇院 …………………………………………………………………31</p><p>　　結(jié)論 ………………………………………………………………………………35</p><p>　　參考文獻…………………………………………………………………………37</p><p>　　致謝 ……………

6、……………………………………………………………38</p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　自1996年國家出臺鼓勵在建筑中用鋼的政策后,我國的鋼結(jié)構(gòu)建筑已在建筑中占有很大份額,但是我國當前鋼結(jié)構(gòu)建筑的美學表現(xiàn)研究還遠滯后于實際的需求。 鋼材是加工制造鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件的基本材料,鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件是通過鋼結(jié)構(gòu)節(jié)點的有效連接建造鋼結(jié)構(gòu)建筑的基本單元

7、。鋼結(jié)構(gòu)節(jié)點、鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件乃至鋼結(jié)構(gòu)建筑都是建立在建筑材料——鋼的基礎(chǔ)上的。因此為分析現(xiàn)代鋼結(jié)構(gòu)建筑的美學表現(xiàn),本文采用“化整為零”的方法把鋼結(jié)構(gòu)建筑劃分為材料、節(jié)點、構(gòu)件和體系四個方面,分別研究了這四個方面在鋼結(jié)構(gòu)建筑美學表現(xiàn)中的作用和特點,進而采用“化零為整”的方法得出現(xiàn)代鋼結(jié)構(gòu)建筑的美學表現(xiàn)的一些結(jié)論。 文章列舉了我國近期涌現(xiàn)出來的堪稱世界級的優(yōu)秀鋼結(jié)構(gòu)建筑作品：新央視大樓、國家大劇院、國家體育場等等,分別從材料、節(jié)點、構(gòu)

8、件和體系四個方面詳細分析闡述了鋼結(jié)構(gòu)建筑的美學理論在實際工程中的運用和體現(xiàn)。本文最后列舉了作者多年設計工作中完成的一些鋼結(jié)構(gòu)建筑的工程實例,詳細闡明了在具體的工程設計中,鋼結(jié)構(gòu)建筑的美學理論與工程實踐有機結(jié)合,在實際工程設計中得到較好的應用和展現(xiàn)。 論文認為,鋼結(jié)構(gòu)建筑的美學表現(xiàn)是材料、節(jié)點、構(gòu)件和體系的共同作用的結(jié)果。</p><p>　　鋼結(jié)構(gòu)建筑最能體現(xiàn)結(jié)構(gòu)技術(shù)與藝術(shù)的完美結(jié)合。從結(jié)構(gòu)工程師的角度

9、,探討鋼結(jié)構(gòu)建筑的美學表現(xiàn)方法,分析鋼結(jié)構(gòu)建筑所表現(xiàn)出來的理性和功能、結(jié)構(gòu)造型和建筑美學的統(tǒng)一性。</p><p>　　關(guān)鍵詞: 鋼結(jié)構(gòu)建筑、美學表現(xiàn)、材料、節(jié)點、構(gòu)件</p><p>　　第一章 緒 論</p><p><b>　　1.選題背景</b></p><p>　　世界現(xiàn)代鋼結(jié)構(gòu)建筑正在創(chuàng)造著我們這

10、個時代的建筑奇跡。</p><p>　　從簡潔規(guī)劃的“水立方”（圖1.1）到形態(tài)怪異的中央電視臺新大樓（圖1.2）從龐然粗狂的“鳥巢”（圖1.3）到法國美觀的埃菲爾鐵塔（圖1.4）世界現(xiàn)代鋼結(jié)構(gòu)建筑創(chuàng)造出了風格各異、千姿百態(tài)的建筑形象。</p><p>　　然而，我國在建筑中大面積應用鋼結(jié)構(gòu)的時間只有區(qū)區(qū)十幾年。其原因在新中國成立第一年我國鋼產(chǎn)量只有15.8萬噸;新中國成立后，經(jīng)過第一個五

11、計劃1957年鋼產(chǎn)量達到535.5萬噸，此后由于在20世紀90年代以前我國的濟基礎(chǔ)較為薄弱以及鋼產(chǎn)量較低，所以國家一直限制在建筑中使用鋼結(jié)構(gòu)[2]。到1996年我國鋼產(chǎn)量突破億噸大關(guān)，達到10124萬噸，躍居世界第一位。為鼓勵建筑業(yè)使用鋼材，同年頒布的《中國建筑技術(shù)政策》(19%一2010)才制了合理利用鋼材和積極采用鋼結(jié)構(gòu)的技術(shù)政策，原國家建設部及原國家冶金工局也專門成立了建筑用鋼領(lǐng)導小組。至此，我國才在建筑中大面積應用鋼結(jié)構(gòu)與之對應

12、的是，我國在鋼結(jié)構(gòu)的建筑設計中關(guān)于其美學表現(xiàn)的研究亦起步較晚</p><p>　　建筑美的最高境界是體現(xiàn)人類的存在價值以及強化人類存在的根基，本質(zhì)上是棲居空間的藝術(shù)創(chuàng)造。當代建筑美學思潮多元混雜，流派紛呈，莫衷一是且美學價值標準迷失，人們感到無所適從。目前，我國大型的鋼結(jié)構(gòu)建筑的建筑設計主要呈現(xiàn)完全依賴外來建筑師或由中外建筑設計單位組成的聯(lián)合體共同設計，前述的中電視臺的新大樓的建筑方案采用由荷蘭大都會建筑事務所首

13、席設計師庫哈斯擔綱的方案，2008年奧運場館由瑞士赫爾佐格和德梅隆設計公司與中國建筑設計研究院組成的聯(lián)合體設計。同樣地，我國當前的鋼結(jié)構(gòu)建筑的美學表現(xiàn)尚在吸收學習階段，而面對國外已有的紛繁復雜鋼鐵建筑形態(tài)往往難于取舍，更逞逞設計與創(chuàng)新。究其原因，主要是缺乏對國外現(xiàn)有鋼結(jié)構(gòu)建筑形式的歸納與學習，在標新立異的心態(tài)慫恿下，混亂與拼湊的鋼結(jié)構(gòu)建筑形態(tài)也應運而生，這大大削弱了鋼結(jié)構(gòu)建筑所應具有的魅力。</p><p>　　

14、綜上所述，現(xiàn)代鋼結(jié)構(gòu)建筑在我國的應用將呈現(xiàn)日益廣泛的局面，而我國當前的鋼結(jié)構(gòu)建筑的美學表現(xiàn)研究卻十分滯后于建筑設計的要求。因此，基于鋼結(jié)構(gòu)建筑的組成系統(tǒng)—材料、節(jié)點、構(gòu)件、體系四個方面研究我國現(xiàn)代鋼結(jié)構(gòu)建筑的美學表現(xiàn)不但具有學術(shù)意義，同樣具有實用意義。</p><p>　　1.2 課題研究的學術(shù)意義和實用愈義</p><p>　　1.2.1學術(shù)意義 </p><p&g

15、t;　　在人類奔騰不息的文明長河中，建筑如實地記載了人類歷史發(fā)展的腳步。建筑不僅是人類遮風蔽雨的物質(zhì)存在方式，而且也是人類高蹈的精神寓所，更是一門具有獨特魅力的藝術(shù)，它是人類精神、情感直接建構(gòu)與傳達的物態(tài)方式，是文化總體中不可或缺的重要組成部分。</p><p>　　建筑是一門具有獨特魅力的藝術(shù)，主要是指由建筑材料和結(jié)構(gòu)營造出來的建筑的美，即建筑美。關(guān)于建筑美的論述，古今中外有建樹者頗多。古羅馬軍事工程師維特魯威

16、的《建筑十書》是建筑美學開山論著，是真正從建筑意義上提出建筑美的概念，提出了著名的、對今天仍有重要影響的“實用、堅固、美觀”的建筑美學原則。1923年柯布西耶在其具有劃時代意義的《走向新建筑》中指出“在這個破舊立新的時代里，建筑學的第一要義，就是改變價值取向”，由于柯布西耶以犀利的文筆提出了“機器美學”的論斷—“住房是居住的機器”，因此他的這本著作被認為是現(xiàn)代建筑美學對傳統(tǒng)美學的徹底革命。而20世紀美國得托伯特·哈姆林在其編著

17、的((2O世紀建筑的功能與形式》的第二卷“構(gòu)圖原理”(中譯本《建筑形式美的原則》)中發(fā)掘了建筑美所必需的和起主導作用的形式美的規(guī)律:統(tǒng)一與變化;主與從;對比與微差;均衡與穩(wěn)定;比例與尺度;節(jié)奏與韻律等，這幾乎成為了建筑形式美學的金科玉律。</p><p>　　在中國，建筑美的特征首先為“和諧美”，這是由于其深受中國傳統(tǒng)文化之濡染，是“天人合一”哲學思想在建筑藝術(shù)中的集中反映和體現(xiàn)[3l。建立在“天人合一”基礎(chǔ)之上

18、的中國建筑藝術(shù)的和諧美，影響到營造觀念的各個方面，指導著建筑的選址、規(guī)劃、布局和形制。其次，我國的建筑美的特征為“尚中”情節(jié)，其集中體現(xiàn)在對中軸線意識的強化和運用。中軸線南北貫穿，建筑物左右對稱，秩序井然，表現(xiàn)了蔥郁清醒的現(xiàn)實理性精神，成為中國古代建筑文化的一大傳統(tǒng)。對此，梁思成有過高度的總結(jié):“以多座建筑合組而成之宮殿、官署、廟宇，乃至住宅，通常均取左右均齊之絕對整齊對稱之布局。庭院四周，繞以建筑物，庭院數(shù)目無定。其所最注重者，乃主要

19、中線之成立。一切組織均根據(jù)中線以發(fā)展，其布置秩序均為左右分立，適于禮儀之莊嚴場合;公者如朝會大典，私者如婚喪喜慶之屬。</p><p>　　此外，建筑美學還是一種重要的社會文化，是人類的理想與意志的外在體現(xiàn)，也是時代特征和地域文化的有機結(jié)合。同時，建筑美學也應與社會生產(chǎn)力的發(fā)展以及當代科學技術(shù)水平密切相關(guān)。現(xiàn)代建筑運動的代表人物柯布西耶(L.Cothusier) 在《走向新建筑》一書中犀利地指出，“

20、建筑形象應該是新的，應該具有時代性，同歷史的風格迥然不同，因為我們所處的時代不斷地創(chuàng)造并決定著自己的風格”。因此，我國現(xiàn)代鋼結(jié)構(gòu)建筑應在我國當前社會和歷史發(fā)展的大環(huán)境下，應該跟上技術(shù)發(fā)展的步伐，我們應充分利用對技術(shù)的駕馭能力，使其在建筑的活動中充分體現(xiàn)出來。</p><p><b>　　1.2.2 實用意</b></p><p>　　我國現(xiàn)代鋼結(jié)構(gòu)建筑不乏一些超高層、

21、超大跨的具有世界影響力的建筑，如許多建筑界專家都認為，“鳥巢”不僅為2008年奧運會樹立一座獨特的歷史性的標志性建筑，而且在世界建筑發(fā)展史上也將具有開創(chuàng)性意義，將為21世紀的中國和世界建筑發(fā)展提供歷史見證;因此，探究我國現(xiàn)代鋼結(jié)構(gòu)建筑的美學表現(xiàn)的實用意義有：</p><p>　　(l)繼承和發(fā)揚我國傳統(tǒng)建筑的精髓，積極吸收世界建筑文化有益成分，充分體現(xiàn)當代建筑的哲學和藝術(shù)精神，對古往今來人類所創(chuàng)造的一切優(yōu)秀審美文

22、化進行融合、總結(jié)和發(fā)展，形成具有我國特色的現(xiàn)代鋼結(jié)構(gòu)建筑的美學表現(xiàn)手法，促進我國現(xiàn)代鋼結(jié)構(gòu)建筑美的評判標準;</p><p>　　(2)形成我國符合時代精神的大眾建筑審美意識，有助于正確處理“實用”、“經(jīng)濟”和“美觀””對立統(tǒng)一關(guān)系，避免浪費，引導健康的現(xiàn)代鋼結(jié)構(gòu)建筑發(fā)展理念和基本建設的正確走向，促進人類可持續(xù)發(fā)展;</p><p>　　(3)對從事現(xiàn)代鋼結(jié)構(gòu)建筑的建筑師而言，美學表現(xiàn)為其

23、審美價值尺度的創(chuàng)作提供了技術(shù)和藝術(shù)保障，有助于建筑師把握美學理論，實現(xiàn)社會和個人價值;對城市經(jīng)營和管理者而言，可以拓寬審美視野，賦予美的智慧啟迪;對社會而言，現(xiàn)代鋼結(jié)構(gòu)建筑的美學表現(xiàn)不僅可以引導人們對建筑的審美判斷與欣賞，而且提升人們的建筑審美水平，并產(chǎn)生認同感，是人類認識自身的重要途徑;</p><p>　　貝幸銘曾指出:“我們不能每有新建筑都往外看，中國建筑的根還在，還可以發(fā)芽。當然，只尋歷史的根是不夠的，還

24、要現(xiàn)代化。有了好的根可以插枝，把新的東西，能用的東西，接到老根上去?！?lt;/p><p><b>　　1.3研究的內(nèi)容</b></p><p>　　本文基于鋼結(jié)構(gòu)建筑的組成系統(tǒng)一材料、節(jié)點、構(gòu)件、體系四個方面，分別研究材料、節(jié)點、構(gòu)件、體系在現(xiàn)代鋼結(jié)構(gòu)建筑的美學表現(xiàn)中的特點、作用，以及在建筑設計中如何處理好材料、節(jié)點、構(gòu)件、體系四者的關(guān)系以更好地為現(xiàn)代鋼結(jié)構(gòu)建筑的美學表

25、現(xiàn)服務。</p><p>　　第二章 鋼結(jié)構(gòu)建筑的發(fā)展現(xiàn)狀</p><p>　　2.1鋼結(jié)構(gòu)建筑的歷史沿革</p><p>　　公元前1世紀，一位名叫馬庫斯.維特魯威.波利奧(MareusVi位uvlusPolllo)的羅馬人寫了一部最早記錄建筑演變的典籍，在這本著作中作者認為最早的遮蔽物是這樣建造的:先豎立起叉狀柱桿，再將靈活的小樹枝搭在其間，然后在墻面上涂抹泥漿

26、—這便是組合構(gòu)筑物最早的形態(tài)，也是人們熟知的抹灰籬笆墻，它在前工業(yè)社會乃至現(xiàn)在仍在全世界廣泛使用[4]。在如上所述的最早的建筑物出現(xiàn)之后，世界各地分別出現(xiàn)了具有當?shù)靥攸c的建筑材料用以建造房屋:在中國和日本，幾乎所有有價值的建筑物是以木材為主要的建筑材料;在歐洲，建筑—與普通的居民生活住房不同—所使用的材料主要是石材。</p><p>　　薪土是一種比木材更為普遍的建筑材料。經(jīng)過挖掘、夯實、晾曬以及烘烤等多種加工工

27、序，赫土制成了世界上最大量的建筑產(chǎn)品，最近大致估計的數(shù)值顯示目前有將近1/3甚至一半的人群任然居住在勃土制成的房屋中。</p><p>　　鋼的出現(xiàn)給建筑帶來了新的生機。1720年，在Coalbrookdale亞伯拉罕·達貝爾用焦炭代替木炭在高爐中煉鐵，首次獲得了成功，確立了大量生產(chǎn)鐵的條件。由于攪煉工序的技術(shù)革新，到1784年，就有可能再次把焦炭用來使生鐵轉(zhuǎn)為熟鐵，這就降低了鑄鐵中的含鉛量。1855年

28、亨利·貝斯麥(He刊卿Bessemer)發(fā)明了轉(zhuǎn)爐，1864年西門氏一馬丁(Siemens一Martin)法或平爐冶煉法問世，隨即開始了軟鋼時代。</p><p>　　鋼筋混凝土作為建筑材料起源于1824年英國人LAsPdin獲得波特蘭水泥專利，而1867年法國人約瑟·莫尼爾首先采用鋼筋混凝土而獲得專利的殊榮開始，至今還未滿150年的歷史。</p><p>　　然而，即

29、使如此鋼結(jié)構(gòu)建筑仍然以其獨到的魅力被歷屆世博會所青睞。1851年英國為第一屆世博會(當時正式名稱為“萬國工業(yè)博覽會，’)在倫敦海德公園內(nèi)建造了展館建筑一‘水晶宮，(圖2.1)，其共用去鐵柱3300根，鐵梁2300根，玻璃9.3萬平方米，從1850年8月到1851年5月，總共施工不到九個月時間。水晶宮的圓拱式屋蓋，雖然沒有了歌特式建筑“刺破青天愕未殘”的外部造型，但是，人們?nèi)匀荒軌驈哪橇_馬式的半圓形拱券上，感受到一切朝向上帝的宗教精神，因

30、為那透明的圓拱式玻璃屋頂，更便于人們與上帝神靈的溝通;看一看空曠直達透明玻璃屋頂?shù)拇髲d，“一片晶瑩，精彩眩目，高華名貴，璀璨可觀”，仍然使人回味起中世紀教堂的祈禱大廳;環(huán)繞大廳的柱廊，雖然失去了古希臘柱式和古羅馬柱式的風采，但是，人們?nèi)耘f能夠感受到歐洲古典建筑內(nèi)部空間的宗教氣氛;彩色玻璃幕墻上的多彩圖案，雖然沒有了歐洲古典主義建筑的浮華雕塑，但是卻也能夠勾起人們對歐洲古典建筑壁畫的遐想……這就是一種文化的精神，它可以在古典主義的磚石藝術(shù)

31、中得到展示，也可以在現(xiàn)代工業(yè)化材料、工藝和設計中得到體現(xiàn)。而這些建筑美及其精神的體現(xiàn)，主要依賴于英國園藝師J.帕</p><p>　　圖2.1 1851年倫教世博會一“水晶宮”</p><p>　　2.2鋼鐵建造的發(fā)展現(xiàn)狀</p><p>　　現(xiàn)代鋼結(jié)構(gòu)建筑呈現(xiàn)著剛的多樣化及體系多樣化的特點</p><p>　　從建筑用鋼方面講，不但有碳素結(jié)

32、構(gòu)鋼、低合金高強度結(jié)構(gòu)鋼，還有焊接結(jié)構(gòu)耐火剛、高耐候結(jié)構(gòu)鋼、船體用結(jié)構(gòu)鋼等特殊用途結(jié)構(gòu)剛，此外不銹鋼也在現(xiàn)代剛結(jié)構(gòu)中廣泛應用。</p><p>　　從結(jié)構(gòu)體系方面講，大跨度空間結(jié)構(gòu)體系是結(jié)構(gòu)方面近50年來最活躍的研究領(lǐng)域，其結(jié)構(gòu)形式經(jīng)歷了由傳統(tǒng)的梁肋體系、膜結(jié)構(gòu)體系、析架體系、薄殼空間體系，到現(xiàn)代的網(wǎng)架、霹殼、懸索、懸掛(斜拉)、充氣結(jié)構(gòu)、索膜結(jié)構(gòu)、各種雜交結(jié)構(gòu)、可伸展結(jié)構(gòu)、可折疊結(jié)構(gòu)以及張拉集成結(jié)構(gòu)等。<

33、/p><p>　　此外，由于新的結(jié)構(gòu)體系總是產(chǎn)生新的建筑形式，從西方建筑發(fā)展史可以看出任何一種結(jié)構(gòu)體系與基于此結(jié)構(gòu)體系的建筑形式間的關(guān)系都存在一個如下所示的演變過程:結(jié)構(gòu)作為建筑一結(jié)構(gòu)產(chǎn)生建筑形式一經(jīng)過裝飾的結(jié)構(gòu)一結(jié)構(gòu)被接受~結(jié)構(gòu)作為裝飾物一結(jié)構(gòu)被忽視。對于鋼結(jié)構(gòu)的建筑美學表現(xiàn)，亦不出此列。</p><p>　　本工程斜交網(wǎng)格外筒鋼結(jié)構(gòu)主要采用三臺 M900D 塔吊進行分段

34、散件吊裝，按照起重性能和焊接操作空間，對外筒柱進行合理分段。鋼柱分節(jié)點柱和非節(jié)點柱（即直段）兩種形式，三臺塔吊分區(qū)作業(yè)，鋼柱吊裝至就位位置后，安裝上臨時連接螺栓，通過倒鏈纜風繩、千斤頂?shù)日{(diào)節(jié)措施，在全站儀的觀測下，完成鋼柱校正并焊接，并及時連上直段鋼柱上主次鋼梁及環(huán)梁，校正后進行焊接。然后進行鋼管混凝土澆筑。</p><p>　　2.3鋼結(jié)構(gòu)建筑面臨的問題</p><p>　　鋼結(jié)構(gòu)建筑在

35、當代雖然呈現(xiàn)出了異常繁榮的景象，但由于一些特殊的原因，尚存在以下問題:</p><p>　　(1)在材料的美學表現(xiàn)上，過多依賴于玻璃幕墻、石材幕墻等幕墻材料，而忽略了一些特殊用途結(jié)構(gòu)鋼和不銹鋼在現(xiàn)代鋼結(jié)構(gòu)建筑中的材料表現(xiàn)所呈現(xiàn)效果;</p><p>　　(2)在節(jié)點的美學表現(xiàn)上，建筑師對節(jié)點的構(gòu)造關(guān)注較多，對節(jié)點與構(gòu)件的尺對比，以及在弱化節(jié)點體量以與構(gòu)件的尺度相匹配上缺乏嘗試;此外，從鋼結(jié)

36、構(gòu)的節(jié)點構(gòu)成的“點系”出發(fā)探討鋼結(jié)構(gòu)節(jié)點所表現(xiàn)出的美學缺乏深入研究;</p><p>　　(3)在構(gòu)件的美學表現(xiàn)上，建筑師過多地傾向于構(gòu)件形狀所表現(xiàn)出來的美學特征，有時甚至不惜提高結(jié)構(gòu)造價的代價增大結(jié)構(gòu)構(gòu)件的尺寸，有時則不惜犧牲結(jié)構(gòu)安全性采用較為纖細的構(gòu)件以表現(xiàn)構(gòu)件的力度美;</p><p>　　(4)在體系的美學表現(xiàn)上，單一的結(jié)構(gòu)體系或組合的結(jié)構(gòu)體系己不能滿足建族師越來越高的美學表現(xiàn)欲望

37、，如何把各種結(jié)構(gòu)體系雜交或創(chuàng)造出新的結(jié)構(gòu)體系，是擺在當代建筑師面前的一個非常重要的課題。</p><p>　　就我國而言，盡管改革開放以來，我國鋼結(jié)構(gòu)建筑創(chuàng)作十分繁榮，不少優(yōu)秀作品相繼問世，但應該看到，我們在材料、工藝、設計手段等方面與世界先進水平相比，還存在著不的差距，特別是在建筑設計技術(shù)表現(xiàn)方面，更是一直處于較為落后的狀態(tài)。這一方面是由于我國建筑創(chuàng)作相對來說受文化思潮的影響較大，體現(xiàn)高科技建筑材料和新施工工藝

38、的應用也較少，許多建筑形象流于表面，缺少時代特性，不免令人為之遺憾;另一個重要的原因是由于長期以來，建筑設計與結(jié)構(gòu)設計和設備設計相脫節(jié)，使得發(fā)揮材料特性的結(jié)構(gòu)表現(xiàn)變得非常困難。</p><p>　　第三章 現(xiàn)代鋼結(jié)構(gòu)建筑的美學表現(xiàn)理論</p><p>　　3.1材料的美學表現(xiàn)理論</p><p>　　材料是影響建筑形式與風格變革的第一要素。</p>&

39、lt;p>　　在漫長的建筑發(fā)展歷程中，建筑的形式與風格的每一次大的的變遷，無不伴隨著相應的材料技術(shù)變革?？梢?，材料的變革無疑是左右建筑發(fā)展的最根本因素，會給建筑的各個層面帶來革新。建筑師只有掌握材料的相關(guān)技術(shù)、材料的物理、化學特性以及它們的制作工藝，才能隨心所欲的使用它?，F(xiàn)代建筑大師密斯氣凡·德·羅在談到材料對于建筑的意義時這樣說到，“每一種材料都有著具體的自己特征，如果要使用它，我們就必須去仔細理解它…，這一

40、點對鋼材和混凝土是千真萬確的(木材、磚和石頭也不例外)。我們必須記住的是任何建筑依賴于我們?nèi)绾稳ダ貌牧希皇遣牧纤约簳鯓印?。新的材料不一定就?yōu)越。每一種材料只不過是我們怎樣去生產(chǎn)了它……。我們必須像對建筑的功能了解那樣去熟悉每一種材料”。密斯還說:“只有通過材料的特性來提取其精華時，他們(建筑師)才能使對比、節(jié)奏、平衡、比例、尺度等抽象因素變?yōu)楝F(xiàn)實;這些因素只有以適當?shù)姆绞皆谀切┎牧现斜憩F(xiàn)出來，并且與作用在它們上面的各種力量取

41、得和諧時，這些因素才能存在”。由此可見，對鋼材特性的準確把握，是建構(gòu)鋼結(jié)構(gòu)建筑的美學表現(xiàn)的基石，建筑師只有進一步探索和豐富對鋼材特性的了解程度，才有在鋼結(jié)構(gòu)建筑</p><p>　　3.1.1結(jié)構(gòu)鋼的種類和牌號</p><p>　　對建筑師而言，為了能完美地表達鋼結(jié)構(gòu)建筑的美，合理選擇實現(xiàn)建筑美的鋼材，其不但要準確把握鋼材的特性，還需要熟悉鋼的種類和牌號。</p><p

42、>　　鋼的種類是指按表3.1所示的不同分類方法對鋼產(chǎn)品(一般指鋼錠)進行分類而得的鋼的類別，每一種分類方法都把鋼產(chǎn)品分為若干種類的鋼。</p><p>　　鋼的牌號簡稱鋼號，是對每一種具體鋼產(chǎn)品所取的名稱，是人們了解鋼的一共同語言。我國現(xiàn)行國家標準《鋼鐵產(chǎn)品牌號表示方法》(GB/T221一2000)規(guī):鋼鐵產(chǎn)品牌號的表示，一般采用漢語拼音字母，化學元素符號和阿拉伯數(shù)字相結(jié)合的方法表示，即:</p>

43、;<p>　　(l)鋼號中化學元素采用國際化學符號表示，例如Si，Mn，Cr……等?；旌舷⊥猎赜谩癛E”(或“Xi，’)表示。</p><p>　　(2)產(chǎn)品名稱、用途、冶煉和澆注方法等，一般采用漢語拼音的縮寫字母表示。</p><p>　　(3)鋼中主要化學元素含量(%)采用阿拉伯數(shù)字表示。 </p><p>　　需要指出的是，對于每一種具體鋼產(chǎn)品

44、，表示其種類的牌號是不同的鋼的分類方法的綜合體現(xiàn)。例如:Q235AF鋼是碳素鋼、沸騰鋼、普通鋼、結(jié)構(gòu)鋼。</p><p>　　我國現(xiàn)行結(jié)構(gòu)鋼的國家標準有:《碳素結(jié)構(gòu)鋼》(GB汀700一2006)和《低合金高強度結(jié)構(gòu)鋼))(GB汀1591一2008)。</p><p>　　國家標準《碳素結(jié)構(gòu)鋼》(GB/T7OO一2006)包含的結(jié)構(gòu)鋼有4種，即Q195鋼、QZ巧鋼、Q235鋼和Q275鋼。碳

45、素結(jié)構(gòu)鋼的牌號由代表屈服強度的字母、屈服強度數(shù)值、質(zhì)量等級符號、脫氧方法符號等4個部分按順序組成。例如:Q235AF。碳素結(jié)構(gòu)鋼的牌號中的符號含義為:</p><p>　　Q一鋼的屈服強度“屈”字漢語拼音首位字母;</p><p>　　A、B、C、D一分別為質(zhì)量等級，由A到D表示質(zhì)量由低到高。A級鋼只保證抗拉強度、屈服強度、伸長率凡，必要時尚可附加冷彎試驗的要求;B、C、D級鋼均保證抗拉強

46、度、屈服強度、伸長率占5、冷彎和沖擊韌性等力學性能;碳、硫、磷、硅和錳(A級鋼的碳、錳含量可不作為交貨條件)等化學成分的含量必須符合相關(guān)國家標準的規(guī)定。</p><p>　　F一沸騰鋼“沸”字漢語拼音首位字母;</p><p>　　Z一鎮(zhèn)靜鋼“鎮(zhèn)”字漢語拼音首位字母;</p><p>　　TZ-‘特殊鎮(zhèn)靜鋼“特鎮(zhèn)”兩字漢語拼音首位字母。</p><

47、;p>　　在牌號組成表示方法中，“Z’，、“TZ’，符號可以省略</p><p>　　國家標準《低合金高強度結(jié)構(gòu)鋼》(GB汀1591一2008)包含的結(jié)構(gòu)鋼有8種，</p><p>　　即Q345鋼、Q390鋼、Q420鋼、Q460鋼、Q500鋼、Q550鋼、Q620鋼、Q690</p><p>　　鋼。低合金高強度結(jié)構(gòu)鋼的牌號由代表屈服強度的字母、屈服強度數(shù)

48、值、質(zhì)量等</p><p>　　級符號三個部分按順序組成。例如:Q345D。低合金高強度結(jié)構(gòu)鋼的牌號中的符</p><p><b>　　號含義為:</b></p><p>　　Q一鋼的屈服強度“屈”字漢語拼音首位字母;</p><p>　　345一屈服強度數(shù)值，單位MPa。</p><p>　　D

49、一質(zhì)量等級為D級;</p><p>　　當需方要求鋼板具有厚度方向性能時，則在上述規(guī)定的牌號后加上代表厚度方向(Z向)性能級別的符號，例如:Q345Dzzs。</p><p>　　對于上述12種結(jié)構(gòu)鋼，我國現(xiàn)行國家標準《鋼結(jié)構(gòu)設計規(guī)范》(GB50017一2003)中僅推薦使用碳素結(jié)構(gòu)鋼Q235和低合金高強度結(jié)構(gòu)鋼Q345、Q390和Q420。</p><p>　　此

50、外，不銹鋼作為建筑材料正日益廣泛。使用越來越廣泛有著多方面的原因，</p><p>　　其中包括對材料更好的了解、企圖更新某些設計，設想生產(chǎn)出一種既耐久又無需維護的結(jié)構(gòu)材料等。</p><p>　　3.1.2 結(jié)構(gòu)鋼的物理性質(zhì)</p><p>　　結(jié)構(gòu)鋼作為建筑材料，首先是其具有優(yōu)良的力學性能。鋼的力學性能主要由</p><p><b&

51、gt;　　下列指標衡量:</b></p><p>　　(l)抗拉強度認):表示鋼材斷裂前所能承受的最大應力，是鋼材抵抗脆性斷裂和大量變形后抗拉能力的最大指標;</p><p>　　(2)屈服點鑄):是衡量鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件的承載能力和確定其強度設計值的重要指標，設計中常以其作為鋼材強度的設計值;</p><p>　　(3)屈強比吠/壽):是衡量鋼材延性的標志，通

52、常認為當其值大于1.08時，鋼材具有足夠的延性;</p><p>　　(4)伸長率(6):是衡量鋼材塑性性能和鋼材承受巨大變形時抵抗斷裂能力的一個指標，通常規(guī)定65不得小于10%，此時認為鋼材具有足夠的延性，其中伸長率和試件標距的長短有關(guān)，當試件長度與試件直徑之比為5時，以占5表示伸長率;</p><p>　　(5)冷彎性能:是衡量鋼材的塑性、焊接性能和冷加工性能的一個綜合性指標，對冷彎型

53、鋼而言，影響更為直接。</p><p>　　(6)沖擊韌性:是衡量鋼材抵抗脆性破壞的一個指標。</p><p>　　除以上關(guān)于結(jié)構(gòu)鋼的力學性能外，結(jié)構(gòu)鋼還有可焊性的要求。鋼的可焊性是指焊接鋼材在采用一定的焊接工藝方法、工藝參數(shù)、焊接材料以及結(jié)構(gòu)型式等條件下獲得優(yōu)質(zhì)焊接接頭的難易程度。用同一種鋼材，采用不同的焊接方法或焊接材料，者在不同的結(jié)構(gòu)型式下，其可焊性往往差別很大。</p>

54、<p>　　結(jié)構(gòu)鋼的物理性能還表現(xiàn)在其質(zhì)地和色澤上。結(jié)構(gòu)鋼質(zhì)硬而帶有銀白色的金屬光澤而過了不久以后，鐵和水中的氧開始化合，形成氧化鐵，即鐵銹。水滴將變成微紅色，鐵銹則懸浮在水中。當水滴蒸發(fā)的時候，鐵銹留在表面上，形成了微紅色的銹層。這種結(jié)構(gòu)鋼的表面與大氣中的氧、水分及其酸、堿、鹽等物質(zhì)發(fā)生化學作用或電化學作用后的變色或腐蝕稱為銹蝕。鐵銹是一種松脆多孔的物質(zhì)(圖3.1)，它不能保護里層的鐵不被銹蝕，因此時間久了，鋼鐵制品就可

55、能銹蝕成一堆無用的廢品。尤其嚴重的是，鋼鐵在含有酸氣、氯氣的水蒸氣中，或接觸電解質(zhì)溶液時，銹蝕得特別快。據(jù)統(tǒng)計，每年世界上都有幾千萬噸鋼鐵變成了鐵銹，而鋼鐵制品遭破壞而引起的停工減產(chǎn)、產(chǎn)品質(zhì)量下降、環(huán)境污染、危害人體健康，甚至造成嚴重事故的損失是無法估量的。所以鋼結(jié)構(gòu)建筑的防腐問題一直以來被鋼結(jié)構(gòu)從業(yè)人員倍加關(guān)注。</p><p><b>　　圖3.1鐵銹圖片</b></p>

56、<p>　　當溫度升高時，結(jié)構(gòu)鋼的屈服強度、抗拉強度和剛度(彈性模量)等均趨于降低當溫度在150℃以下時，結(jié)構(gòu)鋼的這些力學性能的變化不大;當溫度在250℃左右時，鋼材的抗拉強度反而有較大的提高，但伸長率和沖擊韌性變差，鋼材在此溫度范圍內(nèi)呈脆性破壞特征，這種現(xiàn)象稱為“藍脆”(表面氧化膜呈現(xiàn)藍色)當溫度超過300℃、時，鋼材的屈服強度、抗拉強度和彈性模量開始顯著下降，而伸長率明顯增大，鋼材產(chǎn)生徐變;當溫度超過400℃時，鋼材的強度

57、和彈性模量都開始急劇降低;當溫度達到600℃時其強度幾乎完全喪失。</p><p>　　正是由于結(jié)構(gòu)鋼較容易發(fā)生銹蝕以及高溫對結(jié)構(gòu)鋼力學性能的影響較大，鋼結(jié)構(gòu)建筑中通常要在構(gòu)件和部件表面涂刷防腐涂料和防火涂料，圖3.2中深色的鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件為涂刷了鋼結(jié)構(gòu)防腐漆后的構(gòu)件，淺色的鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件為涂刷了鋼結(jié)構(gòu)防火涂料的構(gòu)件。由此可見，結(jié)構(gòu)鋼的光亮的銀白色色澤在鋼結(jié)構(gòu)建筑中一般是被完全覆蓋了的。</p><p

58、>　　圖3.2鑰結(jié)構(gòu)構(gòu)件的防腐與防火</p><p>　　焊接結(jié)構(gòu)用耐候鋼亦稱耐大氣腐蝕鋼，其生產(chǎn)是在鋼中加入少量的合金元素(Cu、Cr、Ni、Mo、Nb、Ti、Zr、V等)，使其在金屬基體表面上形成保護層，以提高鋼材的耐候性能，同時保持鋼材具有良好的焊接性能。高耐候性結(jié)構(gòu)鋼的生產(chǎn)是在鋼中加入少量的合金元素，如Cu、P、Cr和Ni、Mo、Nb、Ti、Zr、V等，使其在金屬基體表面上形成保護層，以提高鋼材的耐

59、候性能。這類鋼的耐候性能比焊接結(jié)構(gòu)用耐候鋼好，所以稱作高耐候性結(jié)構(gòu)鋼。焊接結(jié)構(gòu)用耐候鋼和高耐候性結(jié)構(gòu)鋼都是特殊用途結(jié)構(gòu)鋼，其力學性能基本與對應的低合金高強度結(jié)構(gòu)鋼的類似，但是通過加入妮、鋁、磷、欽等耐候性元素，使鋼鐵材料在銹層和基體之間形成一層約50~100卿厚的致密且與基體金屬粘附性好的氧化物層。這一特殊致密氧化層具有穩(wěn)定、均勻的自然銹紅色。</p><p>　　從加工性能方面講，含鉻不銹鋼還集機械強度和高延伸

60、性于一身，易于部件的加工制造;從色澤方面講，不銹鋼的表面可以是高反射的或是無光澤的，光面的、拋光的或壓花的，著色的、彩色的或甚至是涂鉛錫合金以產(chǎn)生類似于鉛的外觀的。</p><p>　　由于特殊用途結(jié)構(gòu)鋼和不銹鋼的表面不需要涂刷防腐漆和防火涂料，因此給建筑師在鋼結(jié)構(gòu)建筑中表現(xiàn)材料的美學帶來了福音。</p><p>　　3.2 節(jié)點的美學表現(xiàn)理論</p><p>　　

61、3.2.1鋼結(jié)構(gòu)的連接方式</p><p>　　從鋼結(jié)構(gòu)建筑的連接歷史來看，連接方法可分為焊接連接、鉚釘連接、螺栓連接和輕型鋼結(jié)構(gòu)用的緊固件連接等(圖3.3)。</p><p><b>　　(l)焊縫連接</b></p><p>　　焊接連接是現(xiàn)代鋼結(jié)構(gòu)最主要的連接方法。其優(yōu)點是:構(gòu)造簡單，任何形式的構(gòu)件都可直接相連;用料經(jīng)濟，不削弱截面;制作

62、加工方便，可實現(xiàn)自動化操作;連接的密閉性好，結(jié)構(gòu)剛度大。其缺點是:在焊縫附近的熱影響區(qū)內(nèi)，鋼材的金相組織發(fā)生改變，導致局部材質(zhì)變脆;焊接殘余應力和殘余變形使受壓構(gòu)件承載力降低;焊接結(jié)構(gòu)對裂紋很敏感，局部裂紋一旦發(fā)生，就容易擴展到整體，低溫冷脆問題較為突出。</p><p><b>　　(2)鉚釘連接</b></p><p>　　鉚釘連接的制造有熱鉚和冷鉚二種方法。熱鉚

63、是由燒紅的釘坯插入構(gòu)件的釘孔中，用鉚釘槍或壓鉚機鉚合而成。冷鉚是在常溫下鉚合而成。在建筑結(jié)構(gòu)中一般都采用熱鉚。如蘭州的中山橋(圖3.4)和上海的外白渡橋(圖3.5)都是采用熱鉚連接的橋梁。</p><p>　　鉚釘連接的質(zhì)量和受力性能與釘孔的制法有很大關(guān)系。釘孔的制法分為I、n兩類。I類孔是用鉆模鉆成，或先沖成較小的孔，裝配時再擴鉆而成，質(zhì)量較好。11類孔是沖成或不用鉆模鉆成，雖然制法簡單，但構(gòu)件拼裝時釘孔不易對

64、齊，故質(zhì)量較差。重要的結(jié)構(gòu)應該采用B類孔。</p><p>　　鉚釘打好后，釘桿由高溫逐漸冷卻而發(fā)生收縮，但被釘頭之間的鋼板阻止住所以釘桿中產(chǎn)生了收縮拉應力，對鋼板則產(chǎn)生壓縮系緊力。這種系緊力使連接十分緊密。當構(gòu)件受剪力作用時，鋼板接觸面上產(chǎn)生很大的磨擦力，因而能大大提高連接的工作性能。</p><p><b>　　(3)螺栓連接</b></p><

65、;p>　　螺栓連接分普通螺栓連接和高強度螺栓連接兩種。</p><p><b>　　1、普通螺栓連接</b></p><p>　　普通螺栓分為A、B、C三級。A級與B級為精制螺栓，C級為粗制螺栓。C級螺栓材料性能等級為4.6級或4.8級。</p><p>　　A、B級精制螺栓是由毛坯在車床上經(jīng)過切削加工精制而成。表面光滑，尺寸準確，螺桿直

66、徑與螺栓孔徑相同，但螺桿直徑僅允許負公差，螺栓孔直徑僅允許正公差對成孔質(zhì)量要求高。由于有較高的精度，因而受剪性能好。但制作和安裝復雜，價格較高，已很少在鋼結(jié)構(gòu)中采用。</p><p>　　C級螺栓由未經(jīng)加工的圓鋼壓制而成。由于螺栓表面粗糙，一般采用在單個零件上一次沖成或不用鉆模鉆成的孔(n類孔)。螺栓孔的直徑比螺栓桿的直徑大1.5一3~。對于采用C級螺栓的連接，由于螺桿與栓孔之間有較大的間隙，受剪力作用時，將會產(chǎn)

67、生較大的剪切滑移，連接的變形大。但安裝方便，且能有效地傳遞拉力，故一般可用于沿螺栓桿軸受拉的連接中，以及次要結(jié)構(gòu)的抗剪連接或安裝時的臨時固定。</p><p><b>　　2、高強度螺栓連接</b></p><p>　　高強度螺栓分大六角頭型(圖3.6a)和扭剪型(圖3.6b)兩種。安裝時通過特別的板手，以較大的扭矩上緊螺帽，使螺桿產(chǎn)生很大的預拉力。高強螺栓的預拉力把

68、被連接的部件夾緊，使部件的接觸面間產(chǎn)生很大的磨擦力，外力通過摩擦力來傳遞。這種連接稱為高強度螺栓摩擦型連接。它的優(yōu)點是施工方便，對構(gòu)件的削弱較小，可拆換，能承受動力荷載，耐疲勞，韌性和塑性好，包含了普通螺栓和鉚釘連接的各自優(yōu)點，目前己成為代替鉚接的優(yōu)良連接形式。另外，高強度螺釘也可同普通螺栓一樣，允許接觸面滑移，依靠螺栓桿和螺栓孔之間的承壓來傳力。這種連接稱為高強度螺栓承壓型連接。</p><p>　　摩擦型連接

69、的栓孔直徑比螺桿的公稱直徑d大1.5一2.Ornrn;承壓型連接的栓孔直徑比螺桿的公稱直徑d大1.0一1.smrn。摩擦型連接的剪切變形小，彈性性能好，特別適用于隨動荷載的結(jié)構(gòu)。承壓型連接的承載力高于摩擦型，連接緊湊，但剪切變形大，不得用于承受動力荷載的結(jié)構(gòu)中。</p><p><b>　　圖3.6高強度螺栓</b></p><p>　　3.2.2 剛結(jié)構(gòu)節(jié)點與剛結(jié)構(gòu)

70、連接</p><p>　　鋼結(jié)構(gòu)節(jié)點作為鋼結(jié)構(gòu)建筑的重要組成部分，在鋼結(jié)構(gòu)建筑中發(fā)揮著極為關(guān)鍵的作用。</p><p>　　鋼結(jié)構(gòu)的節(jié)點通常包含了被連接構(gòu)件(端部)、節(jié)點區(qū)、連接件或連接材料(焊縫、螺栓、錨栓、緊固件、拼接板或其他部件)等部分，因此鋼結(jié)構(gòu)節(jié)點是指將2個或2個以上鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件連接起來的部位，或指鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件與基礎(chǔ)或非結(jié)構(gòu)構(gòu)件連接的部位。由此我們可以看出，鋼結(jié)構(gòu)連接與鋼結(jié)構(gòu)節(jié)點是完

71、全不同的兩個概念，連接是一種形成構(gòu)件連續(xù)化的施工方式，而節(jié)點是包含連接方式在內(nèi)的一個區(qū)域。故對于因鋼板長度不夠，將2塊鋼板采用對接焊縫拼接而產(chǎn)生的拼接處稱為連接接頭;同樣地，對于3塊鋼板用焊縫連接成為工字形截面，腹板與翼緣的連接處也不是我們定義中的節(jié)點。</p><p>　　鋼結(jié)構(gòu)節(jié)點的分類有:</p><p>　　(l)按結(jié)構(gòu)體系區(qū)分的節(jié)點形式</p><p>　

72、?、倨矫嫖黾芄?jié)點，主要有弦桿與腹桿的連接節(jié)點、析架與柱(屋架與排架柱、屋架與抗風柱、墻柱)的連接節(jié)點。當然，在平面析架中也存在著三維節(jié)點，如與水平支撐和豎向支撐連接的節(jié)點，但這種三維節(jié)點仍可做一些簡化而看做平面節(jié)點。</p><p>　?、诳臻g析架、網(wǎng)架、網(wǎng)殼等的節(jié)點，主要有空間析架桿件間的連接節(jié)點、交叉精架(垂直相交的平面管析架)間的桿件連接節(jié)點、空間網(wǎng)架或網(wǎng)殼桿件間的連接節(jié)(圖3.8)。這些節(jié)點的特點是本身就

73、是三維節(jié)點，如鑄鋼節(jié)點、加肋章的式柱狀節(jié)點;但對于單層網(wǎng)殼的節(jié)點，在一定條件下可作為平面節(jié)點處理。</p><p>　?、劭蚣芙Y(jié)構(gòu)節(jié)點，主要有梁柱節(jié)點(圖3.9)、梁一柱一支撐節(jié)點、柱腳節(jié)點?？蚣芙Y(jié)構(gòu)節(jié)點既有平面的節(jié)點方式也有空間的節(jié)點方式。</p><p>　　(2)按桿件截面形式區(qū)分的節(jié)點形式</p><p>　　①鋼管連接節(jié)點(全圓管桿件、全方管或矩形管桿件、

74、方圓鋼管桿件)。如直接利用鋼管本身的相貫節(jié)點(圖3.10)、螺栓球節(jié)點(圖3.11)、焊接球節(jié)點(圖3.12)、法蘭節(jié)點等。</p><p>　?、诜卿摴軛U件的連接節(jié)點。</p><p>　?、垆摴芘c非鋼管的連接節(jié)點。</p><p>　　(3)按連接方式區(qū)分的節(jié)點形式，有焊接節(jié)點、螺栓連接節(jié)點、栓焊混合節(jié)點等。</p><p>　　圖3.1

75、0鋼管相貫節(jié)點</p><p>　　(4)按材料類別區(qū)分的節(jié)點形式，有鑄鋼節(jié)點(圖3.13)、鍛鋼節(jié)點(圖3.14)等。(5)按</p><p>　　(5)按構(gòu)造特點區(qū)分的節(jié)點形式，有板式節(jié)點(析架)與端板式節(jié)點(門架)、相貫節(jié)點與加勁式節(jié)點(鋼管結(jié)構(gòu))、柱貫通式節(jié)點和隔板貫通式節(jié)點(框架)。</p><p>　　適用于復雜形狀、復雜環(huán)境的鋼結(jié)構(gòu)節(jié)點三維空間定位測量

76、，特別是體育場館等不規(guī)則鋼結(jié)構(gòu)節(jié)點的三維空間定位測量。</p><p>　　將鋼結(jié)構(gòu)節(jié)點三維空間坐標簡化為二維平面坐標和高程，采用高精度的Leica 全站儀對節(jié)點進行平面定位測量，采用高精度水準儀控制其高程。精確計算節(jié)點球與桿件的安裝連接數(shù)據(jù)，在節(jié)點球上標出連接記號，按照節(jié)點球上標記安裝桿件；保證桿件中心線過球中心。</p><p>　　3.3鋼材與鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件</p>

77、<p>　　鋼材的種類是指按使用需求把鋼產(chǎn)品加工成一定形狀的鋼材后根據(jù)鋼材的形狀對其進行分類而得的鋼材的類別。鋼材的種類有鋼軌、型鋼、線材、帶鋼、中厚鋼板、薄鋼板、無縫鋼管、接縫鋼管等，但不包括由鋼錠直接鍛成的鍛鋼件及鋼絲、鋼絲繩、鐵絲等金屬制品。</p><p>　　圖3.15給出了常見的部分熱軋型材，圖3.16給出了鋼結(jié)構(gòu)建筑中常用的冷成型的型材[‘4]。無論是熱軋型材還是冷成型材，由于其在不同

78、體系、類型的建筑中使用不同，因此可以使得建筑美得表現(xiàn)靈活而富有特色，如H型鋼的兩個主軸方向的慣性矩接近，使構(gòu)件受力更加合理，目前H型鋼已廣泛應用于高層建筑、輕型工業(yè)廠房和大型工業(yè)廠房中，使這些建筑簡潔規(guī)整而富有鋼結(jié)構(gòu)的力度美。</p><p><b>　　。</b></p><p>　　圖3.15常見的熱軋型鋼</p><p>　　鋼索這個術(shù)語

79、常常不加區(qū)分地用來指鋼絲、鋼絞線、鋼纜。鋼索一般采用強度鋼筋、鋼絲或鋼絞線制作。鋼索種類主要有如下幾種形式[l5](圖3.18):</p><p><b>　　(l)平行鋼筋索</b></p><p><b>　　(2)平行鋼絲索</b></p><p><b>　　(3)鋼絞線索</b></p

80、><p><b>　　(4)單股鋼絞纜</b></p><p><b>　　(5)封閉式鋼纜</b></p><p>　　鋼索在拉索構(gòu)造中承受拉力，鋼索類型的選擇取決于要求的力學特性(彈性模量、極限抗拉強度、耐久性等)，以及施工和經(jīng)濟條件(安裝，錨具設計等)。</p><p>　　圖3.16冷成型材

81、 圖3.17琶洲會展中心</p><p>　　圖3.18鑰索的種類和構(gòu)造</p><p>　　第四章 現(xiàn)代鋼結(jié)構(gòu)建筑的美學表現(xiàn)實踐</p><p><b>　　4.1央視新大樓</b></p><p>　　中央電視臺新臺址地處北京市朝陽區(qū)東三環(huán)中路東，在北京市中央商務(cBD)區(qū)規(guī)劃范圍內(nèi)。用地面積18.7萬

82、mZ，總建筑面積約55萬mZ，包括新的CCTV主樓、電視文化中心以及服務樓三個單體建筑。</p><p>　　CCTV主樓由塔1和塔2兩座塔樓、裙房及基座組成，地下3層，地上總建筑面積40萬襯。塔樓1、2均呈雙向6o傾斜，分別為51層和44層，在第37層(塔樓2為第30層)以上部分用14層高的L形懸臂結(jié)構(gòu)連為一體，因此這棟別具特色的建筑不是二維的漲滿天空的，而是真正意義上的三維建筑。結(jié)構(gòu)屋面高度234m，最大懸挑

83、長度75m。裙房為9層，與塔樓連為一體(圖4.1)。</p><p><b>　　圖4.1央視新大樓</b></p><p>　　從材料角度分析，央視新大樓的外筒結(jié)構(gòu)大量采用了高強度鋼，如牌號Q390、Q420以及Q460，構(gòu)件最大鋼板厚100Inln。雖然該大樓竣工后大部分外筒結(jié)構(gòu)構(gòu)件會被玻璃幕所覆蓋而遮擋，但還是有部分構(gòu)件會暴露在外(圖4.2)，這盡管與鋼幕墻表現(xiàn)

84、出的金屬色澤及質(zhì)感的力度相去甚遠，但多多少少也能從央視新大樓的表皮肌理中體現(xiàn)出些許的材質(zhì)之美。</p><p><b>　　圖4.2央視新大樓</b></p><p>　　從節(jié)點角度分析，由于央視新大樓采用了斜梁斜柱的骨架結(jié)構(gòu)體系，斜交的梁和柱較難采用傳統(tǒng)鋼框架結(jié)構(gòu)的梁柱節(jié)點形式，而建筑師提出了“蝶形板節(jié)點”不但有效地解決了傳統(tǒng)節(jié)點所不能實現(xiàn)的連接問題，同時也豐富了鋼

85、結(jié)構(gòu)節(jié)點形式，為現(xiàn)代鋼結(jié)構(gòu)建筑的節(jié)點美學表現(xiàn)開拓了新思路(圖4.3)。</p><p><b>　　圖4.3嫉形板節(jié)點</b></p><p><b>　　4.2國家大劇院</b></p><p>　　國家大劇院工程位于北京市西城區(qū)石碑胡同4號，由法國巴黎機場設計公司著名建筑師保羅·安德魯設計，北京城建集團有限責

86、任公司、香港建設(控股)有限公司、上海建工(集團)總公司聯(lián)合體承建。總建筑面積155，ooom2，建筑總高4628m。由南側(cè)建筑、北側(cè)建筑、中心建筑三部分組成:南北側(cè)建筑物均為地下建筑，中心建筑物為長軸216.57m，短軸145.57m的橢球體建筑(圖4.4)。</p><p>　　圖4.4中國國家大劇院</p><p>　　從材料美學表現(xiàn)角度分析，國家大劇院大廳裸露的立柱既是承重支撐的功

87、能柱，同時也是觀賞的“藝術(shù)品”。該立柱采用的由武鋼自主研發(fā)的高性能耐火耐候建筑用鋼WGJS1OCZ是在較低的碳含量基礎(chǔ)上，通過加入多種適量的合金元素及采取適當?shù)纳a(chǎn)工藝，以達到鋼板在常溫及高溫狀態(tài)下強度和剛度的同時，還保證鋼具有優(yōu)良的韌性、焊接性和耐候性</p><p>　　從節(jié)點角度分析，國家大劇院既有常用的鋼結(jié)構(gòu)節(jié)點形式(圖4.5)，以保證結(jié)構(gòu)受力安全可靠;也有開發(fā)出的新型節(jié)點(圖4.6)。這種新型節(jié)點出現(xiàn)在

88、圓鋼管截面與工字型構(gòu)件的腹板連接處，按照鋼結(jié)構(gòu)設計的傳統(tǒng)做法，該節(jié)點形式應該采用板式節(jié)點，即在工字型構(gòu)件的腹板上焊接一塊節(jié)點板，再在圓鋼管截面上開出該節(jié)點板能夠插入的凹槽，把節(jié)點板插入該凹槽后焊接即可。但是在國家大劇院中，節(jié)點的位置正好在工字型截面的節(jié)點域處，是受力非常復雜的節(jié)點局部，如果再焊接一塊節(jié)點板，勢必影響該區(qū)域的受力，所以建筑師開發(fā)出了如圖4.6所示的新型節(jié)點。</p><p>　　圖4.5傳統(tǒng)節(jié)點

89、 圖4.6新型節(jié)點</p><p>　　該新型節(jié)點的開發(fā)不僅具有結(jié)構(gòu)受力上非常重要的意義，在建筑美學表現(xiàn)中也意義非凡。圖4.7所示是國家大劇院玻璃幕處的新型節(jié)點，由于玻璃幕是透明的，所以國家大劇院建成后，這些節(jié)點從建筑外部看是暴露出來的，如果采用傳統(tǒng)的板式節(jié)點，勢必影響國家大劇院的美觀。而新型節(jié)點由于采用了圖4.8所示的連接件，有效地把節(jié)點本身的體量控制在了與圓鋼管截面體量

90、的一致，同時把節(jié)點的體量消解在構(gòu)件之中，是從節(jié)點自身出發(fā)的“體”與從節(jié)點與構(gòu)件的對比關(guān)系產(chǎn)生的“點”來表現(xiàn)節(jié)點美學的絕佳實例。同時，從國家大劇院外部觀察到的由諸多新型節(jié)點表現(xiàn)出來的“點系”也表現(xiàn)出了“點系”的韻律美，形成了國家大劇院獨特的節(jié)點美學特征。</p><p>　　圖4.7玻璃幕處的新型節(jié)點 圖4.8連接件</p><p>　　從構(gòu)件角度分析，國家大

91、劇院的鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件既有圓管截面的直線型構(gòu)件，亦有字鋼截面的曲線形構(gòu)件(圖4.10)。直線型構(gòu)件展示出了力流的“順暢”，曲線型則以其優(yōu)美的線型孕育著強大的力量，產(chǎn)生著一躍而過的力動感與跨越感，在國家大劇院主體結(jié)構(gòu)中的這種柔美的曲線和筆直的直線相結(jié)合，呈現(xiàn)出剛?cè)岵嵚蓛?yōu)美的綽約豐姿。此外，格構(gòu)化的處理手法亦在國家大劇院的鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件中表露無疑(圖4.10)。被格構(gòu)化的主體結(jié)構(gòu)的構(gòu)件具有強度好、剛度大、材料省、自重輕的經(jīng)濟效果，同時使得給構(gòu)件

92、產(chǎn)生了簡潔、輕盈、通透、開放的視覺效果。</p><p>　　圖4.10國家大劇院主體結(jié)構(gòu)的構(gòu)件</p><p>　　從體積角度分析，國家大劇院是大跨度空間結(jié)構(gòu)，但卻有別于傳統(tǒng)的網(wǎng)格結(jié)構(gòu)體系、索膜結(jié)構(gòu)體系以及管析架結(jié)構(gòu)體系。從國家大劇院的體型及受力構(gòu)件的布置方式來看，其接近于網(wǎng)格結(jié)構(gòu)體系中的網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)，但其構(gòu)件采用了圓管截面積工字型鋼截面，這有別于傳統(tǒng)的網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)大多采用圓鋼管截面的單一形式，

93、同時國家大劇院的節(jié)點形式既非焊接球節(jié)點也非螺栓球節(jié)點，所以看似是網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)卻不是真正的網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)。國家大劇院的結(jié)構(gòu)體系的創(chuàng)作靈感取自網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)與骨架結(jié)構(gòu)體系兩者的雜交，因此是建筑師創(chuàng)造出的新型結(jié)構(gòu)體系。</p><p><b>　　結(jié) 論</b></p><p>　　本文從鋼結(jié)構(gòu)建筑的材料、節(jié)點、構(gòu)件和體系四個方面分別研究了現(xiàn)代鋼結(jié)構(gòu)建筑美學表現(xiàn)的特點和表現(xiàn)手法，得到了如

94、下結(jié)論:</p><p>　　(1)由于鋼結(jié)構(gòu)建筑的防腐、防火要求較高，通常要在鋼結(jié)構(gòu)節(jié)點和構(gòu)件上涂刷防腐漆和防火涂料，由此而帶來的對鋼這種合金的色澤和質(zhì)地的遮蔽造成了建筑師無法表現(xiàn)現(xiàn)代鋼結(jié)構(gòu)建筑的材料美的諸多遺憾。幸而不銹鋼由于可以有效地阻止節(jié)點和構(gòu)件的表面銹蝕，給建筑師在建筑設計中需要利用鋼的金屬色澤和質(zhì)地表現(xiàn)建筑美帶來的轉(zhuǎn)機，而一些特殊結(jié)構(gòu)用鋼由于也可直接把鋼的表面直接暴露于外界環(huán)境之中，其銹蝕而產(chǎn)生的棕紅

95、色既豐富了建筑美學表現(xiàn)中對色澤的要求，同時又滿足了美學表現(xiàn)中對金屬質(zhì)地的飾材的需求。</p><p>　　(2)鋼結(jié)構(gòu)節(jié)點就其自身而言，是一個“體”;若把鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件看做是一個“線段”，則節(jié)點就是這個“線段”上的一“點”，該點可以是“線段”的端點，也可以在“線段”內(nèi);而就整個結(jié)構(gòu)而言，鋼結(jié)構(gòu)節(jié)點則組成整體結(jié)構(gòu)的一個“點系”。因此，在鋼結(jié)構(gòu)建筑美學表現(xiàn)中需要處理好“體”的“構(gòu)成”和造出”的關(guān)系才能從節(jié)點本身體現(xiàn)出建筑

96、的美;從“點”的角度出發(fā)，需要處理好各“點”在“線段”中的位置分布和“點”與“線段”的尺度對比;對“點系”而言，各“點”的位置分布不能雜亂，應保持一定的規(guī)律，表現(xiàn)出“統(tǒng)一”的“點系”美;同時要在統(tǒng)一中求變化，表現(xiàn)出變化的“韻律美”。</p><p>　　(3)鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件雖然纖細但卻具有較高的承載能力，故而能表現(xiàn)出其強有力的“力度美”;在現(xiàn)代建筑不斷要求大跨度和超高度的背景下，現(xiàn)代鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件表現(xiàn)出了豐富的組合形式，

97、這些形式的通透特色是鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件有別于其他材料構(gòu)件的特點之一;由于鋼材的良好加工性能，鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件幾乎可以加工成建筑師所需要的任何形狀，直線構(gòu)件的流暢，曲線構(gòu)件的優(yōu)美都是鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件“形狀美”的具體體現(xiàn)。建筑師在對如上鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件美學特征精確把握的情況下，可不斷創(chuàng)造出更為優(yōu)美的構(gòu)件形式。</p><p>　　以上分別從鋼結(jié)構(gòu)建筑的材料、節(jié)點、構(gòu)件和體系四方面分析了現(xiàn)代鋼結(jié)構(gòu)建筑的美學表現(xiàn)，然而對于作為一個整體的某一鋼結(jié)構(gòu)

98、建筑，其美學表現(xiàn)是以上四方面綜合的結(jié)果，偏袒任何一方面或弱化任何一方面都會導致拙劣的建筑作品的出現(xiàn)，因此在實際設計中，需要綜合起來考慮。論文認為，鋼結(jié)構(gòu)建筑的美學表現(xiàn)是材料、節(jié)點、構(gòu)件和體系的共同作用的結(jié)果，其中體系是鋼結(jié)構(gòu)美學表現(xiàn)的統(tǒng)領(lǐng)，構(gòu)件和節(jié)點是鋼結(jié)構(gòu)美學表現(xiàn)的基本元素，而材料是鋼結(jié)構(gòu)美學表現(xiàn)的材料基礎(chǔ)。正是由于結(jié)構(gòu)鋼具有良好的力學性能和金屬色澤、質(zhì)地，才使得現(xiàn)代鋼結(jié)構(gòu)建筑煥發(fā)出攝人心魄的美感。</p><p&

99、gt;　　同時，現(xiàn)代鋼結(jié)構(gòu)建筑己不再滿足在一個建筑中以單一的結(jié)構(gòu)體系表現(xiàn)其建筑美，常常是把兩種或兩種以上的結(jié)構(gòu)體系綜合起來，以一種作為主導，其他結(jié)構(gòu)體系作為輔助共同體現(xiàn)建筑美學，這樣的實例已不勝枚舉，建筑師只有在建筑作品創(chuàng)作中多思考、多嘗試才能獲得較優(yōu)的美學表現(xiàn)作品。</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　[l]吳愛民.鋼結(jié)構(gòu)建筑語言研究〔

100、Rl.同濟大學博士后研究工作報告，2005.</p><p>　　[2」翟克勇.鋼構(gòu)建筑的建造表現(xiàn)[D].東南大學碩士學位論文，2004、</p><p>　　[3]劉月.中西建筑美學比較研究田.復旦大學博士學位論文，2004.</p><p>　　[4RiehardWeston.MaterialFormandArchitectUre.InternationalPr

101、oPertyPublieationHouse，2003.</p><p>　　[5」【西德」F·哈特，W·海恩，H·桑塔格著，夏英超，李大夏，趙國明燈譯.鋼構(gòu)建筑資料集〔M」.北京:中國建筑工業(yè)出版社，1983.</p><p>　　[6]羅仁.鋼結(jié)構(gòu)建筑的美學表現(xiàn)一談建筑的技術(shù)美[J].建材發(fā)展導向，2006(l):66一69.</p><

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103、;/p><p>　　[10]AmenrieanhistitUteofSteelConstrUetion.StructuralSteelDetailing(FifthEdition).AmenrieanInstituteofConstruetionIne，Chieago，Illionis，1981.</p><p>　　[l1]李勝才.鋼結(jié)構(gòu)建筑中節(jié)點系統(tǒng)的解析與建構(gòu)田].同濟大學博士學位論文，

104、2007</p><p>　　[12]孫淦.鋼結(jié)構(gòu)建筑的藝術(shù)表現(xiàn)特征研究[D」.山東大學碩士學位論文，2008.</p><p>　　[13]裴峻.鋼構(gòu)在建筑中的形式研究[R」.東南大學碩士學位論文，2006.</p><p><b>　　致 謝</b></p><p>　　首先感謝學校安排了這次畢業(yè)論文，通過論文的撰