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1、结构概念体系现今进展的优点与不足一一以中银大厦和悉尼歌剧院为例摘要：结构是建筑物的基本受力骨架。无论工业建筑、居住建筑、公共建筑或某些特种构筑物，都必需承受自重、外部荷载作用、变形作用以及环境作用。对结构的基本功能要求是:牢靠、适用、时久，以及在偶然事故中，当局部结构遭到破坏后，仍能保持结构的整体稳定性。随着科学技术的快速进展，各类学科的分工越来越细，在土木工程专业范围内建筑力学、材料力学、建筑学、城市规划、结构、地基基础、施工组织、施工技术、房屋设施等很多学科进展都很快。对于结构工程师，也应具备必要的建筑设计学问，在建筑设计的方案阶段，主动考虑并建议最相宜的结构体系方案，使之与建筑功能和造型
2、有机结合，才能使建筑结构达到完善地统一。所以，各专业相互渗透、亲密协作，懂得各种组合结构对工程带来的结构稳定性，经济利益等等是是特别重要的。关键词:结构概念体系：缺点、;优点一、不足之处以悉尼歌剧院为例1.1悉尼歌剧院简介凡是去澳大利亚旅游的人,没有不去悉尼的;去悉尼,必定会去参观悉尼歌剧院。可以这样说,悉尼歌剧院现在是悉尼甚至是澳大利亚的一个标志。悉尼歌剧院位于悉尼湾一侧的班尼朗半岛上,距港湾大桥很近,位置特别显要,是各国船只进出港时必经之地。它不同于一般方盒子式房屋组成的建筑群,而是在坚实平整的基座上建筑了几组活跃起伏的壳体屋盖组成的、造型奇怪的建筑群,像群帆泊港,又似白鹤飞行,特别引人注
3、目。应当说,从建筑的角度看,它是很有特色的。8个壳体分成两组,每组4个,分别掩盖2个大厅;此外有2个小壳体置于餐厅之上。两组壳体对称互靠,外贴乳白色面砖,给人以丰富的联想:似乎白帆,又如贝壳,姿同海浪,貌了以莲花。这个杰作出自38岁的丹麦建筑师伍重之手,它是从30个我国参与竞赛的二百多个建筑方案中脱颖而出的,一举夺标,不行不称之出类拔萃。尽管有人批判它是功能迁就形式,但它能突破传统的建筑形式,标新立异,刻意创新,大家从建筑设计的角度上大力赞美它,应当说还是不过分的。悉尼歌剧院共耗时14年，斥资1200万澳币，于1973年10月20日正式竣工开幕歌剧院内部有很多地方是用法国进口的玻璃所镶嵌，配上
4、澳洲独有的建材材料，其内部建筑结构则是仿效玛雅文化和阿兹特克神庙。外面的玻璃是由法国制造的双层玻璃一素色及黄玉色，共有700种尺寸、2000片。悉尼歌剧院是世界闻名艺术表演场地，每年举办约2400次活动，曾邀请纽约爱乐、德国碧娜.鲍许乌帕塔舞蹈剧场(TanztheatreWuppertalPinaBausch)菲利浦.葛拉斯乐团(ThePhiliPGIaSSEnSembIe)等国际团体，并获得伊丽莎白女王、美国总统福特、柯林顿、南非总统曼德拉、联合国前安理睬总理安南等众多国际名人造访，为歌剧院增加很多光采。2007年被联合国教科文组织评为世界文化遗产。门1.2结构上存在的不足不过,这位杰出的建
5、筑师对悉尼歌剧院的结构方案却考虑的太少了。这个建筑方案中选后,邀请世界闻名的结构工程师关心作结构设计,结果经过近三年的讨论,得出的结论是:只能放弃它的壳体方案。为什么呢?由于悉尼歌剧院的建筑方案虽然好得无以复加,但其结构方案有一个致命的缺点:选错了结构型式。大家知道假如壳体屋盖都是凸面对上平放,当受重力作用时,可通过壳体的薄膜压应力来反抗外荷载;当受风力作用时,所受的向上风吸力,只要小于壳体自重,一般也无害。所以壳体的优越性是在重力作用下,其产生的大部分内应力是压应力,对混凝土这种耐压性能好的材料,采纳壳体结构型式是特别合适的,但悉尼歌剧院的壳体屋盖不是平放,而是斜向悬挑,这样壳体受到重力作用
6、时,其内应力根本不是薄膜压应力,壳体的优越性完全没有了。特殊是受风力作用时,如风力施加于壳体凸面,则在与壳体自重的联合作用下,更会增加壳体的倾覆倾向。所以斜向悬挑放置的壳体屋盖,其内力不全是压力,而存在力矩,这样就不能采纳厚度很薄的壳体。所以建筑师要求壳体厚度用100(屋顶处)和500(基座处)根本不行能实现。但是,悉尼歌剧院的建筑形式的确太好了,人们舍不得放弃它,只好保留其外在形式,而转变其结构内涵。即悉尼歌剧院的建筑形式虽像壳体,但它本质上不属于壳体结构,而是由很多大小不同的三钱拱并歹嚼接而成的“壳体”。每个三较拱的截面从拱顶到拱脚是由Y形变化到T形,拱肋高度远远大于建筑师期望的壳体厚度。
7、由很多三较拱并列而成的“壳体”，外表面呈球面外形,其凹面形成招风的“口袋”，因此拱在风吸力作用下,其受力状态与平常拱在重力荷载作用下的状况完全相反,拱内力不是受压,而是受拉,必需采用拱的自重和施加预应力才能抵消其拉力。拱在风荷载和自重作用下所引起的整体倾覆问题,则需在拱脚实行抗拉措施解决。这样,一个外形气壳体、实际为一系列三较拱并列拼接的结构,就成了今日的悉尼歌剧院。它实在违反结构的力学原理,只能说是一个凑合的结构。它成就了悉尼歌剧院的建筑外形,但不能认为是一个今后值得效仿的、比较抱负的结构形式。1.3对于原设计不足的解决方案通过对悉尼歌剧院的结构分析可以知道歌剧院总体上属于拱的大跨度结构体系
8、，而非表面上所显示的壳结构体系。可最初建筑师的设计不单没有规律，各扇型结构都有不同的弯曲度，完全没有规律可言，而且不同的弯曲面是相互接触的，但在无规律弯曲面的接合上，是很难确保施工的品质管理。为了便利工程上的管理上，各扇型的单元便归一至类似的弯曲度，各部件只是比例上的不同。因此便可以用预制件的方式来制做各混凝土的部件，而不用在现场做模，品质管制方面便简单处理。至于结构承重则是更大的问题，由于在1960年时还未有任何工程师设计过这样的扇型的蛋型结构，而且由于室内是剧院的关系，是不行以在柱和梁来担当屋顶的重量。在最初的设计是把准备用混凝土作为结构外墙,但这样并不能够使这样的外型成为独立的平安结构，
9、之后工程师不断地讨论不同的方法，如在屋脊上加入钢结构框架，并屋顶建筑成厚厚的结构墙。不过,最终的方法是使用了折合式的混凝土结构墙,状况就似乎一个弯曲了的屏风一样，采用折合多层的结构来支撑屋顶，每一层的折合便有如一个拱门一样，这样便能承重亦不破坏原有设计外型的弯曲度。通过薄壳结构形成的贝壳或者帆状的屋顶表达了建筑师对于这一基地的特殊理解与感受力，尽管后来由于结构上的缘由，将壳结构改为拱体结构，但依旧表达了设计将形式与结构相统一的设计理念。1.4从实务角度分析其价值首先，由于这样的外型而大跨度的结构是前所未有的，工程师都未必知道折合式的结构是否适合，所以便采用了电脑作结构分析，这亦是世界第一次使用
10、电脑作结构计算的工程，创了建筑工程的先河。其次,可以说,如果没有这一世界顶尖结构工程公司的鼎力帮助，约翰伍重设计的歌剧院可能会成为“纸上谈兵”。建筑方案设计经受了从最初美丽的壳形但却无法实现的结构到经过几年艰辛的探究最终采纳拱结构来表达建筑师的设计理念的过程,反映了建筑师追求建筑形式与建筑结构的辨证统一，同时建筑结构亦成为了建筑设计欲表达寓意的丰富因子之最终，不得不承认其实他们很幸运，由于这项目是由我国彩票基金处支持，资金方面可谓源源不绝，否则又怎可能用12年时间来修改设计，成本又大幅增加数倍，可想而知其耗资的巨大，经典不是这样简单发生。二、组合结构优点的完善呈现一一香港中银大厦为例2.1 香
11、港中银大厦简介香港中国银行大厦，由贝聿铭建筑师事务所设计，1990年完工。总建筑面积12.9万平方米，地上70层，楼高315米，加顶上两杆的高度共有367.4米。建成时是香港最高的建筑物，亦是美国地区以外最高的摩天大厦。结构采纳4角12层高的巨形钢柱支撑，室内无一根柱子。认真观看中银大厦，会发觉很多贝氏作品惯用的设计，以平面为例，中银大厦是一个正方平面，对角划成4组三角形，每组三角形的高度不同，节节高升，使得各个立面在严谨的几何法律规范内变化多端，至于平面的概念，可以溯至1973年的马德里大厦，马德里大厦亦是以方正的正面做多边的分割，分析其组合，乃系两个公平四边形的变化。外型像竹子的“节节高升
12、”，象征著力气、生气、健壮和锐意进取的精神；基座的麻石外墙代表长城，代表中国。中银大厦楼高加上当地台风季节强劲的风力，使得建筑物的结构系统需要非比寻常的解决方式，结构工程师罗伯森，这位ENR杂志1989年的风云人物，向贝氏建议采纳合成的超强结构体，即以钢组构成盒状，内灌注混凝土，以之做为抗风力暨承重的主干。认真观看中银大厦，会发觉很多贝氏作品惯用的设计，以平面为例，中银大厦是一个正方平面，对角划成4组三角形，每组三角形的高度不同，节节高升，使得各个立面在严谨的几何法律规范内变化多端，至于平面的概念，可以溯至1973年的马德里大厦，马德里大厦亦是以方正的正面做多边的分割，分析其组合，乃系两个公平
13、四边形的变化。建筑立面如同一把锐利的剑，划破苍穹。整座大厦的立面，以蓝灰色玻璃作为幕墙，它贯灰色穿以法律规范的45穿以法律规范的450角的斜向装饰线，使由下至上的三角饰线，产生重叠感，又在重叠中发生变化，从而有了向上的动感，形成一种颇为突出的风格。创意来源于竹子，中国古人有这么一句格言：“宁可食无肉，不行居无竹J贝聿铭正是从中国古代的文学艺术中，吸取到这么一个美妙的创意。这与贝聿铭一贯强调的建筑艺术观相吻合的。22.2 整体结构特点大楼为钢-混凝土混合结构巨型桁架体系，并充分地发挥了两种材料的优势，相互取长补短，达到了减低用钢量和节省投资的良好效果。大楼的主体结构由沿正方形平面周边和对角线布置
14、的平面巨型钢桁架形成的空间支撑体系组成，有以下一些特点：1.采纳巨型空间桁架作为主要承重体系，由于桁架杆件受轴力，没有剪力滞后，结构效能高，用钢省并刚度大整座大楼采纳由8片平面支撑和5根型钢混凝土柱所组成的混合结构“大型立体支撑体系”，在改进结构性能方面具有如下独到之处:采纳几何不变的轴力代替几何可变的弯曲杆系,来反抗水平荷载，更加经济有效。2 .在体型上采纳了束筒的手法，单元筒体断面为三角形，有利于削减风荷载和避开横向风振。而且贝聿泯铭采纳合成的超强结构体，即以钢组构成盒状，内灌构体，即以钢组构成盒状，内灌注混凝,以之做为抗风力暨承注混凝土，以之做为抗风力暨承重的主干。这样就大大增加了大厦的
15、稳固性厦的稳固性。3 .各巨型钢桁架交汇于巨型钢骨混凝土立柱，落地的四角立柱底部截面对上渐渐削减，其中埋置属于三个桁架平面的三根丁字型钢柱。用混凝土柱体现了充分采用混凝土抗压强度的思想,大量节省了钢材。4 .采用多片平面支撑的组合，形成一个立体支撑体系，使立体支撑在担当全部水平荷载的同时,还担当了高楼的几乎全部重力，从而进一步增加了立体支撑反抗倾覆力矩的力量。将反抗倾覆力矩用的抗压和抗拉竖杆件,布置在建筑方形平面的4个角，从而在反抗任何方向的水平力时，均具有最大抗力矩的力偶臂。采用立体支撑及各支撑平面内的钢柱和斜杆,将各楼层重力荷载传递至角柱,加大了楼层重力荷载作为反抗倾覆力矩平衡重的力偶臂,
16、从而提高了作为平衡重的有效性。32.3艺术与结构的完善结合贝聿铭的创意，是来源于竹子一一这一点拨，我们立刻便联想到竹笋向上的一个个三角尖片。中国古人有这么一句格言：“宁可食无肉，不行居无竹。”也就是说，居住之处务必有竹，有竹方高雅，有竹方幽静，有竹方见人的品行一一自古以来，吟诵竹子的名诗名句，可谓数不胜数。贝聿铭正是从中国古代的文学艺术中，吸取到这么一个美妙的创意。这也是与他一贯强调的建筑艺术观相吻合的，他曾不止一次地指出：建筑与艺术，虽然各有不同，可其实质却是全都的，他的目标，便是寻求二者之间的和谐统一。4三、其他具有代表性的建筑的关于结构组合的优缺点说到缺点，不能不说鸟巢，它只为了追求艺术
17、效果，完全不考虑经济性，受力传力不合理，不明确，材料不能很好发挥其作用。用钢量巨大，大约达到了500kgm2,一些同规模的体育场馆，假如结构设计得合理，用钢量会在100kgm2以下。像这种大跨度空间结构，材料采用效率最高的应当就是索穹顶结构，同样的跨度用钢量会在50kgm2左右，似乎美国亚特兰大体育馆就是。再一个比较出名的就是央视大楼，完全不考虑基本的力学规律，很大跨度的悬挑，内力可想有多大，它特别的铺张材料，而且结构外形不规章，对抗震很不利，再一个，施工难度也会加大，成本就不用说了，关键它的造型这也不肯定能符合大众的审美。5最终再说一下，沈阳的方圆大厦，也是大跨度悬挑，只为了造型的好看，不考
18、虑内力，材料用量大，施工难度大。6缺点多的建筑很多，同样奇妙采用了本身受力特点的建筑物也很多。类似北京石景山体育馆、哈尔滨工业高校体育馆、北京朝阳体育馆、哈尔滨速滑馆等等,他们都很好的采用了自身结构的受力特点，而且也是造型别致，是很好的科技与艺术结合的典范。四、对将来的展望目前来说，我们土木工程的方向会有向大跨房展的趋势，而且各种建筑会越来越高，地下结构也会做的越来越大。这就需要更好的耐久性，稳定性，材料的强度会越来越高,与此同时，结构布置的合理性要求也越来越高，一个好的结构设计不仅可以美观，给人带来视觉盛宴，更会采用好组合结构，节省材料，并且达到更好的稳定性，耐久性。我们应当打扎实理论基础，不断学习，将结构概念体系进展到更高的高度。参考文献1汪达尊.建筑的巨人结构的侏儒一从悉尼歌剧院谈起J.建筑工人.2000.7:42-43.2高山.抗震建筑的杰作：香港中银大厦Ln.防灾博览.2022.6:28-293舒斯榕,江崇元.中银大厦：贝聿铭作品J.室内设计与装修.2002.10:26-324舒斯榕,江崇元.建筑大师贝聿铭巨作一一中银大厦室内设计J.现代装饰2003.01:64-715糜毅,姚明净.论解构主义建筑一一以新央视大楼为例J.城市建筑2022.02:2246于成业.别具一格的建筑一一方圆大厦J.现在装饰2003.9:16-19
