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鋼結(jié)構(gòu)建筑節(jié)點(diǎn)的表現(xiàn)藝術(shù)

摘要：建筑結(jié)構(gòu)與形式表現(xiàn)藝術(shù)的關(guān)系是由古至今的熱議話題。在鋼結(jié)構(gòu)建筑中，結(jié)構(gòu)與形式之間出現(xiàn)了新的關(guān)系，其中節(jié)點(diǎn)作為鋼結(jié)構(gòu)建筑中構(gòu)造與結(jié)構(gòu)的細(xì)部表現(xiàn)，受到了建筑師和工程師的重視。鋼結(jié)構(gòu)建筑中的節(jié)點(diǎn)以其科學(xué)性展現(xiàn)出材料的變化、結(jié)構(gòu)的變化，塑造出不同的立面形式與空間氛圍。本文將探討鋼結(jié)構(gòu)建筑中節(jié)點(diǎn)的表現(xiàn)藝術(shù)。

關(guān)鍵詞：鋼結(jié)構(gòu)；節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)；節(jié)點(diǎn)表現(xiàn)

1  結(jié)構(gòu)與表現(xiàn)形式的歷史背景

維特魯威說(shuō)建筑應(yīng)具有“堅(jiān)固、實(shí)用、美觀”的特點(diǎn)，這三個(gè)詞點(diǎn)出了從古至今建筑中永恒不變的主題：“結(jié)構(gòu)、功能、形式�！标P(guān)于建筑結(jié)構(gòu)與形式關(guān)系的討論從未停息，每個(gè)時(shí)代，建造的技藝不同、材料不同、建筑背后的指導(dǎo)思想也不相同，這些原因都使得有關(guān)于結(jié)構(gòu)的話題值得被重新討論。

古希臘的神廟，威嚴(yán)地高聳在山地之上，讓人能看出其莊重的柱，簡(jiǎn)單有力的結(jié)構(gòu)形態(tài)；古羅馬建筑中，拱券和柱既是結(jié)構(gòu)同時(shí)也體現(xiàn)著形式之美；哥特建筑中，尖拱券的出現(xiàn)并不只是因?yàn)橹惺兰o(jì)教皇權(quán)利集中的政治文化背景，其背后原因更包含著尖拱券受力的合理性。文藝復(fù)興時(shí)期，建筑師成為獨(dú)立的身份，不再附屬于工匠或藝術(shù)家，關(guān)于建筑的討論變得更加主動(dòng)和深刻。文藝復(fù)興時(shí)期的建筑師，將建筑中所有的要素都統(tǒng)一到同一個(gè)體系中，他們崇尚古典、和諧的比例關(guān)系，這使得他們要處理建筑從內(nèi)到外所有要素之間的矛盾，建筑被整合成一個(gè)整體，不論是結(jié)構(gòu)還是裝飾，都要達(dá)到一種數(shù)的和諧秩序，融入進(jìn)同一個(gè)有著和諧比例的體系之中。阿爾伯蒂作為文藝復(fù)興時(shí)期早期的建筑師，致力于使建筑從內(nèi)到外達(dá)到和諧統(tǒng)一的完美比例關(guān)系，從對(duì)圣母瑪利亞教堂立面的探索，到圣安德烈教堂中局部與整體所有要素的完美統(tǒng)籌，阿爾伯蒂開(kāi)創(chuàng)出了文藝復(fù)興時(shí)期的一種標(biāo)準(zhǔn)的教堂形式。從艾森曼考證到阿爾伯蒂這里，建筑學(xué)次不止關(guān)注它的存在——制作法本身，還從內(nèi)部和外部關(guān)注它的存在和表現(xiàn)法。直到19世紀(jì)學(xué)科分離之前，結(jié)構(gòu)與建筑絕大多數(shù)情況下是由建筑師統(tǒng)籌考慮的，正如阿爾伯蒂在論建筑中所表達(dá)的思想一般：“建筑物這一整件事情是由外形輪廓與結(jié)構(gòu)所組成的�！�19世紀(jì)以來(lái)，建筑師們不斷地探索結(jié)構(gòu)與外在形式之間的關(guān)系，維奧萊·勒·迪克是結(jié)構(gòu)理性主義，他崇尚哥特建筑中的結(jié)構(gòu)美，認(rèn)為建筑應(yīng)遵循一整套視覺(jué)和內(nèi)部結(jié)構(gòu)相統(tǒng)一的邏輯系統(tǒng)。

在思想文化的不斷演變中，每個(gè)人都在自己的理解中處理著結(jié)構(gòu)與建筑外在展現(xiàn)形式的關(guān)系。19世紀(jì)，隨著鋼材的發(fā)展，以及結(jié)構(gòu)工程師與建筑師的學(xué)科分離，建筑結(jié)構(gòu)與形式之間出現(xiàn)了新的關(guān)系。由鐵架和玻璃建造的水晶宮開(kāi)啟了建筑形式的新紀(jì)元，完全暴露出鋼結(jié)構(gòu)的埃菲爾鐵塔，帶給人們難以言喻的震撼（但當(dāng)時(shí)的人們卻無(wú)法一下子接受這樣一個(gè)由鋼鐵塑造的巨型建筑）。水晶宮與埃菲爾鐵塔都由結(jié)構(gòu)工程師設(shè)計(jì)完成，這無(wú)疑引出了在鋼結(jié)構(gòu)背景下的結(jié)構(gòu)與形式的話題，隨著鋼結(jié)構(gòu)體系的不斷完善，計(jì)算機(jī)參數(shù)化等設(shè)計(jì)手段的發(fā)展，鋼結(jié)構(gòu)建筑迎來(lái)的是一個(gè)發(fā)展的高峰，而關(guān)于鋼結(jié)構(gòu)建筑結(jié)構(gòu)與表現(xiàn)形式的關(guān)系的探索與討論，自19世紀(jì)以來(lái)從未停歇。

2  節(jié)點(diǎn)的含義

建筑中的節(jié)點(diǎn)，反映著建筑物中多種多樣的連接關(guān)系，節(jié)點(diǎn)是局部的連接，通過(guò)這種局部的連接構(gòu)成系統(tǒng)反映著整體。“所謂節(jié)點(diǎn)，就是由各種不同性質(zhì)的單元體構(gòu)成，能夠獨(dú)立執(zhí)行一項(xiàng)或數(shù)項(xiàng)不同功能的綜合體�！�

一個(gè)完整的結(jié)構(gòu)體系由不同的受力構(gòu)件組成，構(gòu)件則通過(guò)節(jié)點(diǎn)來(lái)實(shí)現(xiàn)內(nèi)部轉(zhuǎn)換和相互連接。節(jié)點(diǎn)是受力的合理點(diǎn)，在結(jié)構(gòu)中設(shè)計(jì)清晰明了的節(jié)點(diǎn)，有利于力在結(jié)構(gòu)中有效地傳遞，能夠有效地發(fā)揮各構(gòu)件的力學(xué)性能，同時(shí)，節(jié)點(diǎn)也可能成為建筑中材料的交接處，需要考慮到不同材料的特性，充分體現(xiàn)材料的力學(xué)性能。

在傳統(tǒng)木結(jié)構(gòu)建筑中，斗拱就承擔(dān)著節(jié)點(diǎn)這樣一個(gè)重要角色。在清朝以前，斗拱是結(jié)構(gòu)的一個(gè)重要組成部分，斗與拱層層相疊，連接屋頂、梁、柱，實(shí)現(xiàn)了力的傳遞，同時(shí)，它具有很強(qiáng)的裝飾性，斗拱作為明露的結(jié)構(gòu)，成為中國(guó)傳統(tǒng)建筑中不可忽視的美學(xué)形式的組成部分，以至于到了清朝，雖已不需要斗拱作為承重構(gòu)件，卻依然沒(méi)有取消這一結(jié)構(gòu)構(gòu)件。

斗拱

鋼結(jié)構(gòu)具有材料均質(zhì)性好、各向同性、結(jié)構(gòu)總重量輕、塑性韌性好等眾多優(yōu)點(diǎn)，近20年來(lái)，我國(guó)的鋼結(jié)構(gòu)建筑數(shù)量迅猛增長(zhǎng)，衍生出豐富多樣的鋼結(jié)構(gòu)建筑的結(jié)構(gòu)與表現(xiàn)形式，而鋼結(jié)構(gòu)建筑體系中結(jié)構(gòu)的支撐也依賴于節(jié)點(diǎn)，合理的節(jié)點(diǎn)構(gòu)造能夠充分發(fā)揮鋼材料的力學(xué)性能，使得工作機(jī)理不同的構(gòu)件能夠協(xié)同工作，為千變?nèi)f化的結(jié)構(gòu)形態(tài)的穩(wěn)定提供基礎(chǔ)。

3  鋼結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)的科學(xué)性

影響鋼結(jié)構(gòu)建筑中節(jié)點(diǎn)形式的因素有很多，節(jié)點(diǎn)的分類較為復(fù)雜，根據(jù)連接件的位置關(guān)系，節(jié)點(diǎn)可分為：搭接節(jié)點(diǎn)、平接節(jié)點(diǎn)、角接節(jié)點(diǎn)、對(duì)接節(jié)點(diǎn)等；根據(jù)節(jié)點(diǎn)的連接工藝不同可分為：焊接節(jié)點(diǎn)、鉚接節(jié)點(diǎn)、螺栓連接節(jié)點(diǎn)、銷栓連接節(jié)點(diǎn)、膠結(jié)連接節(jié)點(diǎn)等。

鋼結(jié)構(gòu)建筑中的節(jié)點(diǎn)根據(jù)其所起到的作用不同，大體可分為結(jié)構(gòu)性節(jié)點(diǎn)和構(gòu)造性節(jié)點(diǎn)。結(jié)構(gòu)性節(jié)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)構(gòu)件之間連接的節(jié)點(diǎn)，是建筑結(jié)構(gòu)中力的集中點(diǎn)與傳遞點(diǎn)，起到完成各構(gòu)件之間力的傳遞的作用，體現(xiàn)著各構(gòu)件之間的穩(wěn)定性和受力平衡，如：桿件與桿件之間的連接、索與索之間的連接、桿件與索之間的連接、構(gòu)件與支座之間的連接等。節(jié)點(diǎn)處的不同構(gòu)件受力方式不同，拉力、壓力、剪力等不同形式的力都反映在節(jié)點(diǎn)處，節(jié)點(diǎn)將這些力連接成一個(gè)整體，形成一個(gè)個(gè)視覺(jué)焦點(diǎn)，壓力在節(jié)點(diǎn)處往往雄健有力，增加空間的力量感，而拉力則輕盈明快，給空間增添活躍感。約翰內(nèi)斯堡體育館采用了一種懸掛結(jié)構(gòu)，節(jié)點(diǎn)連接了拉索與平衡桿，節(jié)點(diǎn)處拉索通過(guò)平衡桿處的封板將拉力轉(zhuǎn)化為壓力，節(jié)點(diǎn)部位的加勁肋增加了節(jié)點(diǎn)的剛度和強(qiáng)度，實(shí)現(xiàn)了力的平衡。圖中拉索顯然承受很大的力的作用，維持受力平衡的節(jié)點(diǎn)顯得強(qiáng)勁有力，體現(xiàn)出節(jié)點(diǎn)作為結(jié)構(gòu)構(gòu)件的力學(xué)美。以同濟(jì)大學(xué)B樓中庭大廳的屋頂為例，采用四角錐體系網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，支撐起大跨度空間的覆頂，采用螺栓球節(jié)點(diǎn)，具有節(jié)點(diǎn)部位沒(méi)有偏心、受力狀態(tài)好等優(yōu)點(diǎn)。

構(gòu)造性節(jié)點(diǎn)，連接的是鋼結(jié)構(gòu)建筑的附屬功能構(gòu)件與結(jié)構(gòu)構(gòu)件，是皮與骨的連接，節(jié)點(diǎn)處不同的材質(zhì)有著不同的肌理變化和材料質(zhì)感，如鋼材與玻璃、鋼材與膜材等，這些不同的材料在節(jié)點(diǎn)處形成強(qiáng)烈的對(duì)比，展現(xiàn)出各種材料的沖突，節(jié)點(diǎn)使這些材料在沖突中形成一種和諧、穩(wěn)定的關(guān)系，突出不同材料的交融。以玻璃幕墻與受力構(gòu)件之間的連接為例，玻璃幕墻與結(jié)構(gòu)構(gòu)件之間的連接方式較為多樣，如明框式玻璃幕墻構(gòu)造、隱框半隱框玻璃幕墻構(gòu)造、全玻式玻璃幕墻構(gòu)造、點(diǎn)支玻璃幕墻構(gòu)造等。例如上海當(dāng)代藝術(shù)館的玻璃幕墻即采用點(diǎn)支玻璃幕墻構(gòu)造，“每塊玻璃的四個(gè)角分別由不銹鋼支撐爪件作四點(diǎn)固定，在支撐爪件背后設(shè)有11mm的鋼索系統(tǒng)縱橫繃緊固定”，這種點(diǎn)支玻璃幕墻更強(qiáng)調(diào)玻璃的通透性，使得建筑外立面更具特色、內(nèi)部空間更顯開(kāi)敞。正是由于節(jié)點(diǎn)構(gòu)造的不斷進(jìn)步才更好地展現(xiàn)了不同材料的特征與性能。

4  鋼結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)的藝術(shù)性

節(jié)點(diǎn)的藝術(shù)性一方面體現(xiàn)在其本身所展現(xiàn)出的力學(xué)美上，另一方面體現(xiàn)在節(jié)點(diǎn)對(duì)建筑表現(xiàn)形式與空間的塑造中。節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)可以豐富建筑的立面，構(gòu)造節(jié)點(diǎn)在聯(lián)系建筑的表皮與骨架時(shí)，會(huì)帶來(lái)立面上的肌理，充分利用節(jié)點(diǎn)的形態(tài)，可以突出立面的表現(xiàn)形式。如東京國(guó)際會(huì)議中心的玻璃幕墻的節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)，突出了簡(jiǎn)潔有力的立面形式。

節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)可以成為內(nèi)部空間塑造的重要形式，節(jié)點(diǎn)往往設(shè)計(jì)于結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)折處，結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)折通常會(huì)帶來(lái)空間的變化，因此節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)對(duì)于空間的變換與界定有著重要意義。如雷諾中心中廊道的設(shè)計(jì)，在圓柱形鋼管上套了單獨(dú)設(shè)計(jì)的構(gòu)件，完成工字形和圓形截面的結(jié)合，同時(shí)鋼柱與橫檔共同界定出廊道空間。

節(jié)點(diǎn)的連接方式同樣對(duì)內(nèi)部空間的塑造起著重要作用，節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)不只是局部設(shè)計(jì)，它對(duì)于建筑整體有著不可忽視的影響，如螺栓球節(jié)點(diǎn)展現(xiàn)出的是靈活輕盈的特性，焊接則更具力度，在漢堡航空港候機(jī)樓和日本關(guān)西國(guó)際機(jī)場(chǎng)的巨大鋼管桁架中，采用直接連接的方式相貫焊接，沒(méi)有多余的連接構(gòu)件，節(jié)點(diǎn)體系干凈利落，營(yíng)造出開(kāi)敞的大空間。

相貫焊接

節(jié)點(diǎn)作為結(jié)構(gòu)和構(gòu)造上起到起承轉(zhuǎn)合作用的重要部分，在設(shè)計(jì)中體現(xiàn)著受力特點(diǎn)和材料的多樣性，每一個(gè)轉(zhuǎn)折都體現(xiàn)著材質(zhì)的變化、力的作用以及光影的變化。節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)在鋼結(jié)構(gòu)建筑中起到重要的作用，它作為局部，與建筑這一整體系統(tǒng)融為一體，形成一個(gè)由內(nèi)而外、由局部到整體的邏輯系統(tǒng)。正是因?yàn)楣?jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)的復(fù)雜性和多樣性，在節(jié)點(diǎn)處才更能體現(xiàn)一個(gè)建筑師的設(shè)計(jì)思想，或輕快或有力，或質(zhì)樸厚重，或變化多樣。建筑師在細(xì)節(jié)處追求精致的構(gòu)造，如結(jié)構(gòu)收頭的處理、材料交接的轉(zhuǎn)折等，精致的節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)可能看起來(lái)一目了然，卻能精確地融合入整個(gè)建筑，與其他構(gòu)件一同構(gòu)建出尺度、層次均豐富細(xì)膩的空間。