學士畢業(yè)-現(xiàn)代鋼結構的美學表現(xiàn)

題目：現(xiàn)代鋼結構建筑的美學表現(xiàn)研究院系：西南交通大學科技學院專業(yè)：建筑工程技術姓名：陳彥新指導老師：西南交通大學成人教育學院院系:西南交通大學科技學院專業(yè)：建筑工程技術年級：2009級學號:20101982姓名：陳彥新論文題目：現(xiàn)代鋼結構的美學表現(xiàn)研究指導教師評語是否同意答辯過程分(滿分20)指導教師(簽章)評閱人評語評閱人(簽章)成績答辯組組長(簽章)年月日目錄第一章緒論………51.選題背景…………51.2課題研究的學術意義和實用愈義…………71.2.1學術意義……………71.2.2實用意義……………81.3研究的內(nèi)容……………9第二章鋼結構建筑的發(fā)展現(xiàn)狀………102.1鋼結構建筑的歷史沿革……………………102.2鋼結構建筑的發(fā)展現(xiàn)狀……………………122.3鋼結構建筑面臨的問題……………………12第三章現(xiàn)代鋼結構建筑的美學表現(xiàn)理論……………143.1材料的美學表現(xiàn)理論……………………143.1.1結構鋼的種類和牌號…………143.1.2結構鋼的物理性質…………173.2節(jié)點的美學表現(xiàn)理論…………203.2.1鋼結構的連接方式………203.2.2鋼結構節(jié)點與鋼結構連接………………243.3構件的美學表現(xiàn)理論…………263.3.1剛材與鋼結構構件………26第四章現(xiàn)代鋼結構建筑的美學表現(xiàn)實踐………………314.1央視新大樓……………………314.2國家大劇院…………………33結論………………36參考文獻…………38致謝…………39摘要自1996年國家出臺鼓勵在建筑中用鋼的政策后,我國的鋼結構建筑已在建筑中占有很大份額,但是我國當前鋼結構建筑的美學表現(xiàn)研究還遠滯后于實際的需求。鋼材是加工制造鋼結構構件的基本材料,鋼結構構件是通過鋼結構節(jié)點的有效連接建造鋼結構建筑的基本單元。鋼結構節(jié)點、鋼結構構件乃至鋼結構建筑都是建立在建筑材料——鋼的基礎上的。因此為分析現(xiàn)代鋼結構建筑的美學表現(xiàn),本文采用“化整為零”的方法把鋼結構建筑劃分為材料、節(jié)點、構件和體系四個方面,分別研究了這四個方面在鋼結構建筑美學表現(xiàn)中的作用和特點,進而采用“化零為整”的方法得出現(xiàn)代鋼結構建筑的美學表現(xiàn)的一些結論。文章列舉了我國近期涌現(xiàn)出來的堪稱世界級的優(yōu)秀鋼結構建筑作品：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、構件和體系四個方面詳細分析闡述了鋼結構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構建筑的工程實例,詳細闡明了在具體的工程設計中,鋼結構建筑的美學理論與工程實踐有機結合,在實際工程設計中得到較好的應用和展現(xiàn)。論文認為,鋼結構建筑的美學表現(xiàn)是材料、節(jié)點、構件和體系的共同作用的結果。鋼結構建筑最能體現(xiàn)結構技術與藝術的完美結合。從結構工程師的角度,探討鋼結構建筑的美學表現(xiàn)方法,分析鋼結構建筑所表現(xiàn)出來的理性和功能、結構造型和建筑美學的統(tǒng)一性。關鍵詞:鋼結構建筑、美學表現(xiàn)、材料、節(jié)點、構件第一章緒論1.選題背景世界現(xiàn)代鋼結構建筑正在創(chuàng)造著我們這個時代的建筑奇跡。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)代鋼結構建筑創(chuàng)造出了風格各異、千姿百態(tài)的建筑形象。然而，我國在建筑中大面積應用鋼結構的時間只有區(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構[2]。到1996年我國鋼產(chǎn)量突破億噸大關，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《中國建筑技術政策》(19%一2010)才制了合理利用鋼材和積極采用鋼結構的技術政策，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導小組。至此，我國才在建筑中大面積應用鋼結構與之對應的是，我國在鋼結構的建筑設計中關于其美學表現(xiàn)的研究亦起步較晚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，本質上是棲居空間的藝術創(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，我國大型的鋼結構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，我國當前的鋼結構建筑的美學表現(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)有鋼結構建筑形式的歸納與學習，在標新立異的心態(tài)慫恿下，混亂與拼湊的鋼結構建筑形態(tài)也應運而生，這大大削弱了鋼結構建筑所應具有的魅力。根據(jù)國家統(tǒng)計局最新數(shù)據(jù)顯示，2009年我國粗鋼產(chǎn)量己達到5.6784億噸。尤其在2008年發(fā)生于美國的經(jīng)濟危機的影響下，全球的經(jīng)濟形勢走低，為拉動國家內(nèi)需，國務院撥款4萬億用于基礎建設，這更為發(fā)展鋼結構建筑提供了經(jīng)濟基礎。同時，擴大的鋼結構市場占有率將會增加全國建筑用鋼總量，為我國建筑業(yè)、冶金業(yè)以及相關產(chǎn)業(yè)的發(fā)展、拉動國民經(jīng)濟都有重要意義。改革開放30周年使我國國民經(jīng)濟持續(xù)高速增長，為鋼結構建筑的發(fā)展提供了廣闊的空間、奠定了雄厚的經(jīng)濟基礎。綜上所述，現(xiàn)代鋼結構建筑在我國的應用將呈現(xiàn)日益廣泛的局面，而我國當前的鋼結構建筑的美學表現(xiàn)研究卻十分滯后于建筑設計的要求。因此，基于鋼結構建筑的組成系統(tǒng)—材料、節(jié)點、構件、體系四個方面研究我國現(xiàn)代鋼結構建筑的美學表現(xiàn)不但具有學術意義，同樣具有實用意義。1.2課題研究的學術意義和實用愈義1.2.1學術意義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，它是人類精神、情感直接建構與傳達的物態(tài)方式，是文化總體中不可或缺的重要組成部分。建筑是一門具有獨特魅力的藝術，主要是指由建筑材料和結構營造出來的建筑的美，即建筑美。關于建筑美的論述，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·哈姆林在其編著的((2O世紀建筑的功能與形式》的第二卷“構圖原理”(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。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中的集中反映和體現(xiàn)[3l。建立在“天人合一”基礎之上的中國建筑藝術的和諧美，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:“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。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水平密切相關?，F(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，“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)代鋼結構建筑應在我國當前社會和歷史發(fā)展的大環(huán)境下，應該跟上技術發(fā)展的步伐，我們應充分利用對技術的駕馭能力，使其在建筑的活動中充分體現(xiàn)出來。因此，以國外近代以來鋼結構建筑的美學表現(xiàn)為基礎，結合我國建筑美學的特征，基于鋼結構建筑的組成系統(tǒng)一材料、節(jié)點、構件、體系四個方面構建我國現(xiàn)代鋼結構建筑的美學表現(xiàn)理論具有較高的學術和理論價值，并為人與自然和諧共生和可持續(xù)發(fā)展的建筑理論提供些許美學理論支撐。1.2.2實用意我國現(xiàn)代鋼結構建筑不乏一些超高層、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)代鋼結構建筑的美學表現(xiàn)的實用意義有：(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精神，對古往今來人類所創(chuàng)造的一切優(yōu)秀審美文化進行融合、總結和發(fā)展，形成具有我國特色的現(xiàn)代鋼結構建筑的美學表現(xiàn)手法，促進我國現(xiàn)代鋼結構建筑美的評判標準;(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)一關系，避免浪費，引導健康的現(xiàn)代鋼結構建筑發(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;(3)對從事現(xiàn)代鋼結構建筑的建筑師而言，美學表現(xiàn)為其審美價值尺度的創(chuàng)作提供了技術和藝術保障，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)代鋼結構建筑的美學表現(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;(4)現(xiàn)代鋼結構建筑的美學表現(xiàn)的探索將拓展新的美學理念，如分形美學、模糊美學思想和信息論美學、生態(tài)美學以及反形式美學等設計思想，豐富了建筑創(chuàng)作思維。貝幸銘曾曾指出:“我們不能能每有新建建筑都往外外看，中國國建筑的根根還在，還還可以發(fā)芽芽。當然，只只尋歷史的的根是不夠夠的，還要要現(xiàn)代化。有有了好的根根可以插枝枝，把新的的東西，能能用的東西西，接到老老根上去。”1.3研究的內(nèi)內(nèi)容本文基于于鋼結構建建筑的組成成系統(tǒng)一材材料、節(jié)點點、構件、體體系四個方方面，分別別研究材料料、節(jié)點、構構件、體系系在現(xiàn)代鋼鋼結構建筑筑的美學表表現(xiàn)中的特特點、作用用，以及在在建筑設計計中如何處處理好材料料、節(jié)點、構構件、體系系四者的關關系以更好好地為現(xiàn)代代鋼結構建建筑的美學學表現(xiàn)服務務。第二章鋼結構構建筑的發(fā)發(fā)展現(xiàn)狀2.1鋼結構建建筑的歷史史沿革公元前11世紀，一一位名叫馬馬庫斯.維特魯威威.波利奧(MareeusVii位uvluusPollllo))的羅馬人人寫了一部部最早記錄錄建筑演變變的典籍，在在這本著作作中作者認認為最早的的遮蔽物是是這樣建造造的:先豎立起起叉狀柱桿桿，再將靈靈活的小樹樹枝搭在其其間，然后后在墻面上上涂抹泥漿漿—這便是組組合構筑物物最早的形形態(tài)，也是是人們熟知知的抹灰籬籬笆墻，它它在前工業(yè)業(yè)社會乃至至現(xiàn)在仍在在全世界廣廣泛使用[[4]。在在如上所述述的最早的的建筑物出出現(xiàn)之后，世世界各地分分別出現(xiàn)了了具有當?shù)氐靥攸c的建建筑材料用用以建造房房屋:在中國和和日本，幾幾乎所有有有價值的建建筑物是以以木材為主主要的建筑筑材料;在歐洲，建建筑—與普通的的居民生活活住房不同同—所使用的的材料主要要是石材。薪土是是一種比木木材更為普普遍的建筑筑材料。經(jīng)經(jīng)過挖掘、夯夯實、晾曬曬以及烘烤烤等多種加加工工序，赫赫土制成了了世界上最最大量的建建筑產(chǎn)品，最最近大致估估計的數(shù)值值顯示目前前有將近11/3甚至至一半的人人群任然居居住在勃土土制成的房房屋中。鋼的出出現(xiàn)給建筑筑帶來了新新的生機。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革新，到1784年，就有可能再次把焦炭用來使生鐵轉為熟鐵，這就降低了鑄鐵中的含鉛量。1855年亨利·貝斯麥(He刊卿Bessemer)發(fā)明了轉爐，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。鋼筋混混凝土作為為建筑材料料起源于11824年年英國人LLAsPddin獲得得波特蘭水水泥專利，而而18677年法國人人約瑟·莫尼爾首首先采用鋼鋼筋混凝土土而獲得專專利的殊榮榮開始，至至今還未滿滿150年的的歷史。鋼筋混混凝土自出出現(xiàn)后，就就因其造價價低廉而與與鋼形成了了強烈的競競爭。在建建筑和結構構的設計事事物所里，在在技術刊物物中，在會會議上，在在研究規(guī)劃劃的過程，以以及在大學學和技術院院校內(nèi)這種種競爭打得得不亦樂乎乎。對于很很多建筑是是和工程師師，包括許許多在職業(yè)業(yè)或商務上上并非隸屬屬于建筑工工業(yè)某一行行業(yè)的人，要要在鋼材和和鋼筋混凝凝土之間二二者選一，長長期以來一一直是一個個基本的問問題，幾乎乎像是一件件有關良心心的事。然而，即即使如此鋼鋼結構建筑筑仍然以其其獨到的魅魅力被歷屆屆世博會所所青睞。11851年年英國為第第一屆世博博會(當時正式式名稱為“萬國工業(yè)業(yè)博覽會，’)在倫敦海海德公園內(nèi)內(nèi)建造了展展館建筑一一‘水晶宮，((圖2.1))，其共用用去鐵柱33300根根，鐵梁22300根根，玻璃99.3萬平平方米，從從18500年8月到18551年5月，總共共施工不到到九個月時時間。水晶晶宮的圓拱拱式屋蓋，雖雖然沒有了了歌特式建建筑“刺破青天天愕未殘”的外部造造型，但是是，人們?nèi)匀匀荒軌驈膹哪橇_馬式式的半圓形形拱券上，感感受到一切切朝向上帝帝的宗教精精神，因為為那透明的的圓拱式玻玻璃屋頂，更更便于人們們與上帝神神靈的溝通通;看一看空空曠直達透透明玻璃屋屋頂?shù)拇髲d廳，“一片晶瑩瑩，精彩眩眩目，高華華名貴，璀璀璨可觀”，仍然使使人回味起起中世紀教教堂的祈禱禱大廳;環(huán)繞大廳廳的柱廊，雖雖然失去了了古希臘柱柱式和古羅羅馬柱式的的風采，但但是，人們們?nèi)耘f能夠夠感受到歐歐洲古典建建筑內(nèi)部空空間的宗教教氣氛;彩色玻璃璃幕墻上的的多彩圖案案，雖然沒沒有了歐洲洲古典主義義建筑的浮浮華雕塑，但但是卻也能能夠勾起人人們對歐洲洲古典建筑筑壁畫的遐遐想……這就是一一種文化的的精神，它它可以在古古典主義的的磚石藝術術中得到展展示，也可可以在現(xiàn)代代工業(yè)化材材料、工藝藝和設計中中得到體現(xiàn)現(xiàn)。而這些些建筑美及及其精神的的體現(xiàn)，主主要依賴于于英國園藝藝師J.帕克斯斯頓大膽采采用了新材材料—鋼材，大大膽按植物物園溫室和和鐵路站棚棚進行了建建筑設計，其其意義除了了擯棄了古古典主義的的裝飾風格格，還向人人們預示了了一種新的的建筑美學學質量，是是以輕、光光、透、薄薄等特點開開辟建筑形形式新紀元元的紀念碑碑式建筑。圖2.118551年倫教世世博會一“水晶宮”2.2鋼鐵建造造的發(fā)展現(xiàn)現(xiàn)狀現(xiàn)代鋼結構建筑筑呈現(xiàn)著剛剛的多樣化化及體系多多樣化的特特點從建筑用鋼方面面講，不但但有碳素結結構鋼、低低合金高強強度結構鋼鋼，還有焊焊接結構耐耐火剛、高高耐候結構構鋼、船體體用結構鋼鋼等特殊用用途結構剛剛，此外不不銹鋼也在在現(xiàn)代剛結結構中廣泛泛應用。從結構體系方面面講，大跨跨度空間結結構體系是是結構方面面近50年來最最活躍的研研究領域，其其結構形式式經(jīng)歷了由由傳統(tǒng)的梁梁肋體系、膜膜結構體系系、析架體體系、薄殼殼空間體系系，到現(xiàn)代代的網(wǎng)架、霹霹殼、懸索索、懸掛((斜拉)、充氣結結構、索膜膜結構、各各種雜交結結構、可伸伸展結構、可可折疊結構構以及張拉拉集成結構構等。高層及超高層結結構體系的的發(fā)展雖不不如大跨度度空間體系系的發(fā)展那那么活躍，但但也出現(xiàn)不不少新的體體系，從傳傳統(tǒng)的框架架結構體系系、框架支支撐體系((框架一抗抗剪析架、框框架一剪、框框架一核心心筒等)到框筒結結構體系((內(nèi)框筒、外外框筒、筒筒中筒、束束簡等)、巨構體體系(巨型析架架、巨型框框架等)以及蒙皮皮結構體系系等。此外，由于新的的結構體系系總是產(chǎn)生生新的建筑筑形式，從從西方建筑筑發(fā)展史可可以看出任任何一種結結構體系與與基于此結結構體系的的建筑形式式間的關系系都存在一一個如下所所示的演變變過程:結構作為為建筑一結結構產(chǎn)生建建筑形式一一經(jīng)過裝飾飾的結構一一結構被接接受~結構作為為裝飾物一一結構被忽忽視。對于于鋼結構的的建筑美學學表現(xiàn)，亦亦不出此列列。2.3鋼結構建建筑面臨的的問題鋼結構建筑在當當代雖然呈呈現(xiàn)出了異異常繁榮的的景象，但但由于一些些特殊的原原因，尚存存在以下問問題:(1)在材料的美美學表現(xiàn)上上，過多依依賴于玻璃璃幕墻、石石材幕墻等等幕墻材料料，而忽略略了一些特特殊用途結結構鋼和不不銹鋼在現(xiàn)現(xiàn)代鋼結構構建筑中的的材料表現(xiàn)現(xiàn)所呈現(xiàn)效效果;(2)在節(jié)點的美美學表現(xiàn)上上，建筑師師對節(jié)點的的構造關注注較多，對對節(jié)點與構構件的尺對對比，以及及在弱化節(jié)節(jié)點體量以以與構件的的尺度相匹匹配上缺乏乏嘗試;此外，從從鋼結構的的節(jié)點構成成的“點系”出發(fā)探討討鋼結構節(jié)節(jié)點所表現(xiàn)現(xiàn)出的美學學缺乏深入入研究;(3)在構件的美美學表現(xiàn)上上，建筑師師過多地傾傾向于構件件形狀所表表現(xiàn)出來的的美學特征征，有時甚甚至不惜提提高結構造造價的代價價增大結構構構件的尺尺寸，有時時則不惜犧犧牲結構安安全性采用用較為纖細細的構件以以表現(xiàn)構件件的力度美美;(4)在體系的美美學表現(xiàn)上上，單一的的結構體系系或組合的的結構體系系己不能滿滿足建族師師越來越高高的美學表表現(xiàn)欲望，如如何把各種種結構體系系雜交或創(chuàng)創(chuàng)造出新的的結構體系系，是擺在在當代建筑筑師面前的的一個非常常重要的課課題。就我國而言，盡盡管改革開開放以來，我我國鋼結構構建筑創(chuàng)作作十分繁榮榮，不少優(yōu)優(yōu)秀作品相相繼問世，但但應該看到到，我們在在材料、工工藝、設計計手段等方方面與世界界先進水平平相比，還還存在著不不的差距，特特別是在建建筑設計技技術表現(xiàn)方方面，更是是一直處于于較為落后后的狀態(tài)。這這一方面是是由于我國國建筑創(chuàng)作作相對來說說受文化思思潮的影響響較大，體體現(xiàn)高科技技建筑材料料和新施工工工藝的應應用也較少少，許多建建筑形象流流于表面，缺缺少時代特特性，不免免令人為之之遺憾;另一個重重要的原因因是由于長長期以來，建建筑設計與與結構設計計和設備設設計相脫節(jié)節(jié)，使得發(fā)發(fā)揮材料特特性的結構構表現(xiàn)變得得非常困難難。第三章現(xiàn)代鋼鋼結構建筑筑的美學表表現(xiàn)理論3.1材料的美美學表現(xiàn)理理論材料是影響建筑筑形式與風風格變革的的第一要素素。在漫長的建筑發(fā)發(fā)展歷程中中，建筑的的形式與風風格的每一一次大的的的變遷，無無不伴隨著著相應的材材料技術變變革?？梢娨姡牧系牡淖兏餆o疑疑是左右建建筑發(fā)展的的最根本因因素，會給給建筑的各各個層面帶帶來革新。建建筑師只有有掌握材料料的相關技技術、材料料的物理、化化學特性以以及它們的的制作工藝藝，才能隨隨心所欲的的使用它。現(xiàn)現(xiàn)代建筑大大師密斯氣氣凡·德·羅在談到到材料對于于建筑的意意義時這樣樣說到，“每一種材材料都有著著具體的自自己特征，如如果要使用用它，我們們就必須去去仔細理解解它…，這一點點對鋼材和和混凝土是是千真萬確確的(木材、磚磚和石頭也也不例外))。我們必必須記住的的是任何建建筑依賴于于我們?nèi)绾魏稳ダ貌牟牧?，而不不是材料它它自己會怎怎樣……。新的材材料不一定定就?yōu)越。每每一種材料料只不過是是我們怎樣樣去生產(chǎn)了了它……。我們必必須像對建建筑的功能能了解那樣樣去熟悉每每一種材料料”。密斯還還說:“只有通過過材料的特特性來提取取其精華時時，他們((建筑師)才能使對對比、節(jié)奏奏、平衡、比比例、尺度度等抽象因因素變?yōu)楝F(xiàn)現(xiàn)實;這些因素素只有以適適當?shù)姆绞绞皆谀切┎牟牧现斜憩F(xiàn)現(xiàn)出來，并并且與作用用在它們上上面的各種種力量取得得和諧時，這這些因素才才能存在”。由此可可見，對鋼鋼材特性的的準確把握握，是建構構鋼結構建建筑的美學學表現(xiàn)的基基石，建筑筑師只有進進一步探索索和豐富對對鋼材特性性的了解程程度，才有有在鋼結構構建筑中實實現(xiàn)建筑美美的表現(xiàn)的的可能性。3.1.1結構構鋼的種類類和牌號對建筑師而言，為為了能完美美地表達鋼鋼結構建筑筑的美，合合理選擇實實現(xiàn)建筑美美的鋼材，其其不但要準準確把握鋼鋼材的特性性，還需要要熟悉鋼的的種類和牌牌號。鋼的種類是指按按表3.11所示的不不同分類方方法對鋼產(chǎn)產(chǎn)品(一般指鋼鋼錠)進行分類類而得的鋼鋼的類別，每每一種分類類方法都把把鋼產(chǎn)品分分為若干種種類的鋼。鋼的牌號簡稱鋼鋼號，是對對每一種具具體鋼產(chǎn)品品所取的名名稱，是人人們了解鋼鋼的一共同同語言。我我國現(xiàn)行國國家標準《鋼鋼鐵產(chǎn)品牌牌號表示方方法》(GB/TT221一一20000)規(guī):鋼鐵產(chǎn)品品牌號的表表示，一般般采用漢語語拼音字母母，化學元元素符號和和阿拉伯數(shù)數(shù)字相結合合的方法表表示，即::(l))鋼號中化化學元素采采用國際化化學符號表表示，例如如Si，Mn，Cr……等。混合合稀土元素素用“RE”(或“Xi，’)表示。(2)產(chǎn)品名稱、用用途、冶煉煉和澆注方方法等，一一般采用漢漢語拼音的的縮寫字母母表示。(3)鋼中主要化化學元素含含量(%)采用阿阿拉伯數(shù)字字表示。需要指指出的是，對對于每一種種具體鋼產(chǎn)產(chǎn)品，表示示其種類的的牌號是不不同的鋼的的分類方法法的綜合體體現(xiàn)。例如如:Q2335AF鋼鋼是碳素鋼鋼、沸騰鋼鋼、普通鋼鋼、結構鋼鋼。我國現(xiàn)行結構鋼鋼的國家標標準有:《碳素結結構鋼》((GB汀700一20066)和《低低合金高強強度結構鋼鋼))(GGB汀15911一20088)。國家標準《碳素素結構鋼》(GB/T7OO一2006)包含的結構鋼有4種，即Q195鋼、QZ巧鋼、Q235鋼和Q275鋼。碳素結構鋼的牌號由代表屈服強度的字母、屈服強度數(shù)值、質量等級符號、脫氧方法符號等4個部分按順序組成。例如:Q235AF。碳素結構鋼的牌號中的符號含義為:Q一鋼的屈服強度度“屈”字漢語拼拼音首位字字母;A、B、C、D一分別為質量等等級，由AA到D表示質量量由低到高高。A級鋼只保保證抗拉強強度、屈服服強度、伸伸長率凡，必必要時尚可可附加冷彎彎試驗的要要求;B、C、D級鋼均保保證抗拉強強度、屈服服強度、伸伸長率占55、冷彎和和沖擊韌性性等力學性性能;碳、硫、磷磷、硅和錳錳(A級鋼的碳碳、錳含量量可不作為為交貨條件件)等化學成成分的含量量必須符合合相關國家家標準的規(guī)規(guī)定。F一沸騰鋼“沸”字漢語拼拼音首位字字母;Z一鎮(zhèn)靜鋼“鎮(zhèn)”字漢語拼拼音首位字字母;TZ-‘特殊鎮(zhèn)鎮(zhèn)靜鋼“特鎮(zhèn)”兩字漢語語拼音首位位字母。在牌號組成表示示方法中，“Z’，、“TZ’，符號可可以省略國家標準《低合合金高強度度結構鋼》(GB汀1591一2008)包含的結構鋼有8種，即Q345鋼、QQ390鋼鋼、Q4220鋼、Q4660鋼、Q5000鋼、Q5550鋼、Q6220鋼、Q6990鋼。低合金高強強度結構鋼鋼的牌號由由代表屈服服強度的字字母、屈服服強度數(shù)值值、質量等等級符號三個部分分按順序組組成。例如如:Q3445D。低低合金高強強度結構鋼鋼的牌號中中的符號含義為:Q一鋼的屈服強度度“屈”字漢語拼拼音首位字字母;345一屈服強強度數(shù)值，單單位MPaa。D一質量等級為DD級;當需方要求鋼板板具有厚度度方向性能能時，則在在上述規(guī)定定的牌號后后加上代表表厚度方向向(Z向)性能級別別的符號，例例如:Q3345Dzzzs。對于上述12種種結構鋼，我我國現(xiàn)行國國家標準《鋼鋼結構設計計規(guī)范》((GB500017一一20033)中僅推推薦使用碳碳素結構鋼鋼Q2355和低合金金高強度結結構鋼Q3345、Q3900和Q4200。除了上述的碳素素結構鋼和和低合金高高強度結構構鋼作為建建筑材料用用在鋼結構構建筑中外外，還有一一些特殊用用途結構鋼鋼也可在鋼鋼結構建筑筑中使用，如如我國現(xiàn)行行國家標準準《焊接結結構用耐候候鋼})((GB/TT41722一20000)中的Q2335NH鋼鋼、Q2995NH鋼鋼、Q3555NH鋼鋼和Q4660NH鋼鋼，((高耐候結結構鋼)))(GB//T41771·20000)中的Q2995GNHH鋼、Q2995GNHHL鋼、Q3445GNHH鋼、Q3445GNHHL鋼和Q399OGNHH鋼以及((船體用結結構鋼》((GB7112一20000)中的一一般強度鋼鋼和高強度度鋼。此外，不銹鋼作作為建筑材材料正日益益廣泛。使使用越來越越廣泛有著著多方面的的原因，其中包括對材料料更好的了了解、企圖圖更新某些些設計，設設想生產(chǎn)出出一種既耐耐久又無需需維護的結結構材料等等。3.1.2結結構鋼的物物理性質結構鋼作作為建筑材材料，首先先是其具有有優(yōu)良的力力學性能。鋼鋼的力學性性能主要由由下列指標衡量::(l))抗拉強度度認):表示鋼鋼材斷裂前前所能承受受的最大應應力，是鋼鋼材抵抗脆脆性斷裂和和大量變形形后抗拉能能力的最大大指標;(2)屈屈服點鑄)):是衡量量鋼結構構構件的承載載能力和確確定其強度度設計值的的重要指標標，設計中中常以其作作為鋼材強強度的設計計值;(3)屈強強比吠/壽):是衡量量鋼材延性性的標志，通通常認為當當其值大于于1.088時，鋼材材具有足夠夠的延性;;(4)伸長長率(6):是衡衡量鋼材塑塑性性能和和鋼材承受受巨大變形形時抵抗斷斷裂能力的的一個指標標，通常規(guī)規(guī)定65不得小小于10%%，此時認認為鋼材具具有足夠的的延性，其其中伸長率率和試件標標距的長短短有關，當當試件長度度與試件直直徑之比為為5時，以占占5表示伸長長率;(5)冷彎彎性能:是衡量鋼鋼材的塑性性、焊接性性能和冷加加工性能的的一個綜合合性指標，對對冷彎型鋼鋼而言，影影響更為直直接。(6)沖擊擊韌性:是衡量鋼鋼材抵抗脆脆性破壞的的一個指標標。除以上關關于結構鋼鋼的力學性性能外，結結構鋼還有有可焊性的的要求。鋼鋼的可焊性性是指焊接接鋼材在采采用一定的的焊接工藝藝方法、工工藝參數(shù)、焊焊接材料以以及結構型型式等條件件下獲得優(yōu)優(yōu)質焊接接接頭的難易易程度。用用同一種鋼鋼材，采用用不同的焊焊接方法或或焊接材料料，者在不不同的結構構型式下，其其可焊性往往往差別很很大。結構鋼的的物理性能能還表現(xiàn)在在其質地和和色澤上。結結構鋼質硬硬而帶有銀銀白色的金金屬光澤而而過了不久久以后，鐵鐵和水中的的氧開始化化合，形成成氧化鐵，即即鐵銹。水水滴將變成成微紅色，鐵鐵銹則懸浮浮在水中。當當水滴蒸發(fā)發(fā)的時候，鐵鐵銹留在表表面上，形形成了微紅紅色的銹層層。這種結結構鋼的表表面與大氣氣中的氧、水水分及其酸酸、堿、鹽鹽等物質發(fā)發(fā)生化學作作用或電化化學作用后后的變色或或腐蝕稱為為銹蝕。鐵鐵銹是一種種松脆多孔孔的物質((圖3.1))，它不能能保護里層層的鐵不被被銹蝕，因因此時間久久了，鋼鐵鐵制品就可可能銹蝕成成一堆無用用的廢品。尤尤其嚴重的的是，鋼鐵鐵在含有酸酸氣、氯氣氣的水蒸氣氣中，或接接觸電解質質溶液時，銹銹蝕得特別別快。據(jù)統(tǒng)統(tǒng)計，每年年世界上都都有幾千萬萬噸鋼鐵變變成了鐵銹銹，而鋼鐵鐵制品遭破破壞而引起起的停工減減產(chǎn)、產(chǎn)品品質量下降降、環(huán)境污污染、危害害人體健康康，甚至造造成嚴重事事故的損失失是無法估估量的。所所以鋼結構構建筑的防防腐問題一一直以來被被鋼結構從從業(yè)人員倍倍加關注。圖3.1鐵銹圖片片當溫度度升高時，結結構鋼的屈屈服強度、抗抗拉強度和和剛度(彈性模量量)等均趨于于降低當溫溫度在1550℃以下時，結結構鋼的這這些力學性性能的變化化不大;當溫度在在250℃左右時，鋼鋼材的抗拉拉強度反而而有較大的的提高，但但伸長率和和沖擊韌性性變差，鋼鋼材在此溫溫度范圍內(nèi)內(nèi)呈脆性破破壞特征，這這種現(xiàn)象稱稱為“藍脆”(表面氧化化膜呈現(xiàn)藍藍色)當溫度超超過3000℃、時，鋼鋼材的屈服服強度、抗抗拉強度和和彈性模量量開始顯著著下降，而而伸長率明明顯增大，鋼鋼材產(chǎn)生徐徐變;當溫度超超過4000℃時，鋼材材的強度和和彈性模量量都開始急急劇降低;;當溫度達達到6000℃時其強度度幾乎完全全喪失。正是由于于結構鋼較較容易發(fā)生生銹蝕以及及高溫對結結構鋼力學學性能的影影響較大，鋼鋼結構建筑筑中通常要要在構件和和部件表面面涂刷防腐腐涂料和防防火涂料，圖圖3.2中深深色的鋼結結構構件為為涂刷了鋼鋼結構防腐腐漆后的構構件，淺色色的鋼結構構構件為涂涂刷了鋼結結構防火涂涂料的構件件。由此可可見，結構構鋼的光亮亮的銀白色色色澤在鋼鋼結構建筑筑中一般是是被完全覆覆蓋了的。圖3.2鑰結構構構件的防腐腐與防火焊接結構構用耐候鋼鋼亦稱耐大大氣腐蝕鋼鋼，其生產(chǎn)產(chǎn)是在鋼中中加入少量量的合金元元素(Cu、Cr、Ni、Mo、Nb、Ti、Zr、V等)，使其在在金屬基體體表面上形形成保護層層，以提高高鋼材的耐耐候性能，同同時保持鋼鋼材具有良良好的焊接接性能。高高耐候性結結構鋼的生生產(chǎn)是在鋼鋼中加入少少量的合金金元素，如如Cu、P、Cr和Ni、Mo、Nb、Ti、Zr、V等，使其其在金屬基基體表面上上形成保護護層，以提提高鋼材的的耐候性能能。這類鋼鋼的耐候性性能比焊接接結構用耐耐候鋼好，所所以稱作高高耐候性結結構鋼。焊焊接結構用用耐候鋼和和高耐候性性結構鋼都都是特殊用用途結構鋼鋼，其力學學性能基本本與對應的的低合金高高強度結構構鋼的類似似，但是通通過加入妮妮、鋁、磷磷、欽等耐耐候性元素素，使鋼鐵鐵材料在銹銹層和基體體之間形成成一層約550~1000卿厚的的致密且與與基體金屬屬粘附性好好的氧化物物層。這一一特殊致密密氧化層具具有穩(wěn)定、均均勻的自然然銹紅色。不銹鋼是在在鋼冶煉時時加入了112%以上上的鉻，從從而使表面面形成很薄薄的鉻膜，這這個膜隔離離開與鋼內(nèi)內(nèi)侵入的氧氧氣起耐腐腐蝕的作用用。所有的的金屬當與與空氣中的的氧作用時時，在其表表面會形成成一層氧化化膜。在普普通鋼上形形成的氧化化物會繼續(xù)續(xù)氧化形成成生銹的表表面。但是是由于不銹銹鋼中含有有大于122%的鉻，因因此氧化層層的性質發(fā)發(fā)生了改變變，可阻止止進一步的的氧化，并并且如果氧氧化膜偶然然被去掉，新新的氧化膜膜又會形成成，繼續(xù)起起保護作用用。從加工性性能方面講講，含鉻不不銹鋼還集集機械強度度和高延伸伸性于一身身，易于部部件的加工工制造;從色澤方方面講，不不銹鋼的表表面可以是是高反射的的或是無光光澤的，光光面的、拋拋光的或壓壓花的，著著色的、彩彩色的或甚甚至是涂鉛鉛錫合金以以產(chǎn)生類似似于鉛的外外觀的。由于特殊殊用途結構構鋼和不銹銹鋼的表面面不需要涂涂刷防腐漆漆和防火涂涂料，因此此給建筑師師在鋼結構構建筑中表表現(xiàn)材料的的美學帶來來了福音。3.2節(jié)點的的美學表現(xiàn)現(xiàn)理論3.2.1鋼結結構的連接接方式從鋼結構建建筑的連接接歷史來看看，連接方方法可分為為焊接連接接、鉚釘連連接、螺栓栓連接和輕輕型鋼結構構用的緊固固件連接等等(圖3.3))。(l)焊焊縫連接焊接連接接是現(xiàn)代鋼鋼結構最主主要的連接接方法。其其優(yōu)點是::構造簡單單，任何形形式的構件件都可直接接相連;用料經(jīng)濟濟，不削弱弱截面;制作加工工方便，可可實現(xiàn)自動動化操作;;連接的密密閉性好，結結構剛度大大。其缺點點是:在焊縫附附近的熱影影響區(qū)內(nèi)，鋼鋼材的金相相組織發(fā)生生改變，導導致局部材材質變脆;;焊接殘余余應力和殘殘余變形使使受壓構件件承載力降降低;焊接結構構對裂紋很很敏感，局局部裂紋一一旦發(fā)生，就就容易擴展展到整體，低低溫冷脆問問題較為突突出。(2)鉚鉚釘連接鉚釘連接的制造造有熱鉚和和冷鉚二種種方法。熱熱鉚是由燒燒紅的釘坯坯插入構件件的釘孔中中，用鉚釘釘槍或壓鉚鉚機鉚合而而成。冷鉚鉚是在常溫溫下鉚合而而成。在建建筑結構中中一般都采采用熱鉚。如如蘭州的中中山橋(圖3.4))和上海的的外白渡橋橋(圖3.5))都是采用用熱鉚連接接的橋梁。鉚釘連接的質量量和受力性性能與釘孔孔的制法有有很大關系系。釘孔的的制法分為為I、n兩類。I類孔是用用鉆模鉆成成，或先沖沖成較小的的孔，裝配配時再擴鉆鉆而成，質質量較好。11類孔是沖成或不用鉆模鉆成，雖然制法簡單，但構件拼裝時釘孔不易對齊，故質量較差。重要的結構應該采用B類孔。鉚釘打打好后，釘釘桿由高溫溫逐漸冷卻卻而發(fā)生收收縮，但被被釘頭之間間的鋼板阻阻止住所以以釘桿中產(chǎn)產(chǎn)生了收縮縮拉應力，對對鋼板則產(chǎn)產(chǎn)生壓縮系系緊力。這這種系緊力力使連接十十分緊密。當當構件受剪剪力作用時時，鋼板接接觸面上產(chǎn)產(chǎn)生很大的的磨擦力，因因而能大大大提高連接接的工作性性能。鉚釘連接接由于構造造復雜，費費鋼費工，現(xiàn)現(xiàn)己很少采采用。但是是鉚釘連接接的塑性和和韌性較好好，傳力可可靠，質量量易于檢查查，在一些些重型和直直接承受動動力荷載的的結構中，有有時仍然采采用。(3)螺螺栓連接螺栓連接接分普通螺螺栓連接和和高強度螺螺栓連接兩兩種。1、普通通螺栓連接接普通螺栓栓分為A、B、C三級。A級與B級為精制制螺栓，CC級為粗制制螺栓。CC級螺栓材材料性能等等級為4..6級或4.88級。A、B級級精制螺栓栓是由毛坯坯在車床上上經(jīng)過切削削加工精制制而成。表表面光滑，尺尺寸準確，螺螺桿直徑與與螺栓孔徑徑相同，但但螺桿直徑徑僅允許負負公差，螺螺栓孔直徑徑僅允許正正公差對成成孔質量要要求高。由由于有較高高的精度，因因而受剪性性能好。但但制作和安安裝復雜，價價格較高，已已很少在鋼鋼結構中采采用。C級螺栓栓由未經(jīng)加加工的圓鋼鋼壓制而成成。由于螺螺栓表面粗粗糙，一般般采用在單單個零件上上一次沖成成或不用鉆鉆模鉆成的的孔(n類孔)。螺栓孔孔的直徑比比螺栓桿的的直徑大11.5一3~。對于于采用C級螺栓的的連接，由由于螺桿與與栓孔之間間有較大的的間隙，受受剪力作用用時，將會會產(chǎn)生較大大的剪切滑滑移，連接接的變形大大。但安裝裝方便，且且能有效地地傳遞拉力力，故一般般可用于沿沿螺栓桿軸軸受拉的連連接中，以以及次要結結構的抗剪剪連接或安安裝時的臨臨時固定。2、高高強度螺栓栓連接高強度度螺栓分大大六角頭型型(圖3.6aa)和扭剪剪型(圖3.6bb)兩種。安安裝時通過過特別的板板手，以較較大的扭矩矩上緊螺帽帽，使螺桿桿產(chǎn)生很大大的預拉力力。高強螺螺栓的預拉拉力把被連連接的部件件夾緊，使使部件的接接觸面間產(chǎn)產(chǎn)生很大的的磨擦力，外外力通過摩摩擦力來傳傳遞。這種種連接稱為為高強度螺螺栓摩擦型型連接。它它的優(yōu)點是是施工方便便，對構件件的削弱較較小，可拆拆換，能承承受動力荷荷載，耐疲疲勞，韌性性和塑性好好，包含了了普通螺栓栓和鉚釘連連接的各自自優(yōu)點，目目前己成為為代替鉚接接的優(yōu)良連連接形式。另另外，高強強度螺釘也也可同普通通螺栓一樣樣，允許接接觸面滑移移，依靠螺螺栓桿和螺螺栓孔之間間的承壓來來傳力。這這種連接稱稱為高強度度螺栓承壓壓型連接。摩擦型連接的栓栓孔直徑比比螺桿的公公稱直徑dd大1.5一2.Orrnrn;;承壓型連連接的栓孔孔直徑比螺螺桿的公稱稱直徑d大1.0一1.smmrn。摩摩擦型連接接的剪切變變形小，彈彈性性能好好，特別適適用于隨動動荷載的結結構。承壓壓型連接的的承載力高高于摩擦型型，連接緊緊湊，但剪剪切變形大大，不得用用于承受動動力荷載的的結構中。圖3.6高強度螺螺栓(4)緊固件連接接(輕鋼結構構)在冷彎薄壁型鋼鋼結構中經(jīng)經(jīng)常采用自自攻螺釘、鋼鋼拉鉚釘、射射釘?shù)葯C械械式緊固件件連接方式式(圖3.7))，主要用用于壓型鋼鋼板之間和和壓型鋼板板與冷彎型型鋼等支承承構件之間間的連接。圖3.7輕剛結構構緊固件自攻螺釘有兩種種類型，一一類為一般般的自攻螺螺釘(圖3.7aa)，需先先行在被連連板件和構構件上鉆一一定大小的的孔后，再再用電動板板子或扭力力板子將其其擰入連接接板的孔中中;一類為自自鉆自攻螺螺釘(圖3.7bb)，無需需預先鉆孔孔，可直接接用電動板板子自行鉆鉆孔和攻入入被連板件件。拉鉚釘(圖3..7c)有有鋁材和鋼鋼材制作的的二類，為為防止電化化學反應，輕輕鋼結構均均采用鋼制制拉鉚釘。射射釘(圖3.7dd)由帶有有錐桿和固固定帽的桿桿身與下部部活動帽組組成，靠射射釘槍的動動力將射釘釘穿過被連連板件打入入母材基體體中(見圖3.77d)。射射釘只用于于薄板與支支承構件((如擦條、墻墻梁等)的連接。3.2.2剛剛結構節(jié)點點與剛結構構連接鋼結構節(jié)節(jié)點作為鋼鋼結構建筑筑的重要組組成部分，在在鋼結構建建筑中發(fā)揮揮著極為關關鍵的作用用。鋼結構的的節(jié)點通常常包含了被被連接構件件(端部)、節(jié)點區(qū)區(qū)、連接件件或連接材材料(焊縫、螺螺栓、錨栓栓、緊固件件、拼接板板或其他部部件)等部分，因因此鋼結構構節(jié)點是指指將2個或2個以上鋼鋼結構構件件連接起來來的部位，或或指鋼結構構構件與基基礎或非結結構構件連連接的部位位。由此我我們可以看看出，鋼結結構連接與與鋼結構節(jié)節(jié)點是完全全不同的兩兩個概念，連連接是一種種形成構件件連續(xù)化的的施工方式式，而節(jié)點點是包含連連接方式在在內(nèi)的一個個區(qū)域。故故對于因鋼鋼板長度不不夠，將22塊鋼板采采用對接焊焊縫拼接而而產(chǎn)生的拼拼接處稱為為連接接頭頭;同樣地，對對于3塊鋼板用用焊縫連接接成為工字字形截面，腹腹板與翼緣緣的連接處處也不是我我們定義中中的節(jié)點。鋼結構節(jié)點點的分類有有:(l)按結結構體系區(qū)區(qū)分的節(jié)點點形式①平面析析架節(jié)點，主主要有弦桿桿與腹桿的的連接節(jié)點點、析架與與柱(屋架與排排架柱、屋屋架與抗風風柱、墻柱柱)的連接節(jié)節(jié)點。當然然，在平面面析架中也也存在著三三維節(jié)點，如如與水平支支撐和豎向向支撐連接接的節(jié)點，但但這種三維維節(jié)點仍可可做一些簡簡化而看做做平面節(jié)點點。②空間析析架、網(wǎng)架架、網(wǎng)殼等等的節(jié)點，主主要有空間間析架桿件件間的連接接節(jié)點、交交叉精架((垂直相交交的平面管管析架)間的桿件件連接節(jié)點點、空間網(wǎng)網(wǎng)架或網(wǎng)殼殼桿件間的的連接節(jié)((圖3.8))。這些節(jié)節(jié)點的特點點是本身就就是三維節(jié)節(jié)點，如鑄鑄鋼節(jié)點、加加肋章的式式柱狀節(jié)點點;但對于單單層網(wǎng)殼的的節(jié)點，在在一定條件件下可作為為平面節(jié)點點處理。③框架結結構節(jié)點，主主要有梁柱柱節(jié)點(圖3.9))、梁一柱柱一支撐節(jié)節(jié)點、柱腳腳節(jié)點?？蚩蚣芙Y構節(jié)節(jié)點既有平平面的節(jié)點點方式也有有空間的節(jié)節(jié)點方式。(2)按桿桿件截面形形式區(qū)分的的節(jié)點形式式①鋼管連接接節(jié)點(全圓管桿桿件、全方方管或矩形形管桿件、方方圓鋼管桿桿件)。如直接接利用鋼管管本身的相相貫節(jié)點((圖3.100)、螺栓栓球節(jié)點((圖3.111)、焊接接球節(jié)點((圖3.122)、法蘭蘭節(jié)點等。②非鋼管桿桿件的連接接節(jié)點。③鋼管與非非鋼管的連連接節(jié)點。(3)按連接方式式區(qū)分的節(jié)節(jié)點形式，有有焊接節(jié)點點、螺栓連連接節(jié)點、栓栓焊混合節(jié)節(jié)點等。圖3.10鋼管相相貫節(jié)點(4)按材料類別別區(qū)分的節(jié)節(jié)點形式，有有鑄鋼節(jié)點點(圖3.133)、鍛鋼鋼節(jié)點(圖3.144)等。(5)按(5)按按構造特點點區(qū)分的節(jié)節(jié)點形式，有有板式節(jié)點點(析架)與端板式式節(jié)點(門架)、相貫節(jié)點點與加勁式式節(jié)點(鋼管結構構)、柱貫通通式節(jié)點和和隔板貫通通式節(jié)點((框架)。3.3構件的美美學表現(xiàn)理理論3.3.1鋼材材與鋼結構構構件鋼材的種種類是指按按使用需求求把鋼產(chǎn)品品加工成一一定形狀的的鋼材后根根據(jù)鋼材的的形狀對其其進行分類類而得的鋼鋼材的類別別。鋼材的的種類有鋼鋼軌、型鋼鋼、線材、帶帶鋼、中厚厚鋼板、薄薄鋼板、無無縫鋼管、接接縫鋼管等等，但不包包括由鋼錠錠直接鍛成成的鍛鋼件件及鋼絲、鋼鋼絲繩、鐵鐵絲等金屬屬制品。圖3.115給出了了常見的部部分熱軋型型材，圖33.16給給出了鋼結結構建筑中中常用的冷冷成型的型型材[‘4]。無論論是熱軋型型材還是冷冷成型材，由由于其在不不同體系、類類型的建筑筑中使用不不同，因此此可以使得得建筑美得得表現(xiàn)靈活活而富有特特色，如HH型鋼的兩兩個主軸方方向的慣性性矩接近，使使構件受力力更加合理理，目前HH型鋼已廣廣泛應用于于高層建筑筑、輕型工工業(yè)廠房和和大型工業(yè)業(yè)廠房中，使使這些建筑筑簡潔規(guī)整整而富有鋼鋼結構的力力度美。雖然從鋼材的定定義我們了了解到了其其不包括由由鋼錠直接接鍛成的鍛鍛鋼件及鋼鋼絲、鋼絲絲繩、鐵絲絲等金屬制制品，但由由于新近發(fā)發(fā)展起來的的張弦梁結結構(圖3.177)中因用用到柔性拉拉索，所以以本節(jié)也對對鋼索做一一簡單介紹紹。圖3.15常見的的熱軋型鋼鋼鋼索這個術語常常常不加區(qū)區(qū)分地用來來指鋼絲、鋼鋼絞線、鋼鋼纜。鋼索索一般采用用強度鋼筋筋、鋼絲或或鋼絞線制制作。鋼索索種類主要要有如下幾幾種形式[[l5]((圖3.188):(l)平行鋼鋼筋索(2)平行鋼鋼絲索(3)鋼絞線線索(4)單股鋼鋼絞纜(5)封閉式式鋼纜鋼索在拉索索構造中承承受拉力，鋼鋼索類型的的選擇取決決于要求的的力學特性性(彈性模量量、極限抗抗拉強度、耐耐久性等))，以及施施工和經(jīng)濟濟條件(安裝，錨錨具設計等等)。圖3.16冷成型型材圖3.17琶洲會展展中心圖圖3.188鑰索的種種類和構造造前己述及，鋼材材的種類是是指按使用用需求把鋼鋼產(chǎn)品加工工成一定形形狀的鋼材材后根據(jù)鋼鋼材的形狀狀對其進行行分類而得得的鋼材的的類別。鋼鋼材的種類類有鋼軌、型型鋼、材、帶帶鋼、中厚厚鋼板、薄薄鋼板、無無縫鋼管、接接縫鋼管等等，但不包包括由鋼錠錠直接鍛成成的鍛鋼件件及鋼絲、鋼鋼絲繩、鐵鐵絲等金屬屬制品。因因此，鋼材材是工業(yè)產(chǎn)產(chǎn)品，對于于某具體鋼鋼材種類，其其具有一定定的長度，橫橫截面具有有一定的厚厚度、高度度等幾何參參數(shù)的要求求。鋼材一般不可以以直接在施施工現(xiàn)場進進行安裝，這這是因為為為了保證形形成整體性性能好的結結構，必須須在根據(jù)鋼鋼結構受力力特點及建建筑美學表表現(xiàn)的要求求，對鋼材材進行切割割、焊接、沖沖孔等加工工，形成可可以通過焊焊接、栓接接、鉚接等等連接方式式形成結構構整體的基基本構件，而而后才能在在施工現(xiàn)場場安裝，所所以鋼結構構構件是建建筑中的基基本構件，它它來源于鋼鋼材，但從從建筑美學學表現(xiàn)的角角度來講卻卻高于鋼材材。圖3.19所示的弧弧形鋼梁是是在先對鋼鋼板這種鋼鋼材進行切切割，形成成弧形鋼梁梁所需要的的翼緣和腹腹板的形狀狀，然后對對通過焊接接的方式把把翼緣板和和腹板焊接接而成，當當然為了進進一步與其其他鋼結構構構件連接接，還需要要在圖中的的加勁肋上上沖出螺栓栓連接的螺螺栓孔。圖圖3.20所示的現(xiàn)現(xiàn)代鋼結構構建筑中常常見的構件件即圖3.21所示的格格構式鋼柱柱同樣也是是在鋼材的的基礎上經(jīng)經(jīng)過上述的的加工、制制造后形成成的能夠變變現(xiàn)建筑美美學的基本本構件。圖3.19弧形鋼鋼梁第四章現(xiàn)代鋼鋼結構建筑筑的美學表表現(xiàn)實踐4.1央視新大大樓中央電視臺臺新臺址地地處北京市市朝陽區(qū)東東三環(huán)中路路東，在北北京市中央央商務(cBD))區(qū)規(guī)劃范范圍內(nèi)。用用地面積118.7萬萬mZ，總建建筑面積約約55萬mZ，包括括新的CCCTV主樓樓、電視文文化中心以以及服務樓樓三個單體體建筑。CCTV主主樓由塔11和塔2兩座塔樓樓、裙房及及基座組成成，地下33層，地上上總建筑面面積40萬襯。塔塔樓1、2均呈雙向向6o傾斜，分分別為511層和44層，在在第37層(塔樓2為第30層)以上部分分用14層高的的L形懸臂結結構連為一一體，因此此這棟別具具特色的建建筑不是二二維的漲滿滿天空的，而而是真正意意義上的三三維建筑。結結構屋面高高度2344m，最大大懸挑長度度75m。裙裙房為9層，與塔塔樓連為一一體(圖4.1))。圖4.1央視新大大樓從材料角度度分析，央央視新大樓樓的外筒結結構大量采采用了高強強度鋼，如如牌號Q3390、Q4200以及Q4660，構件件最大鋼板板厚1000Inlnn。雖然該該大樓竣工工后大部分分外筒結構構構件會被被玻璃幕所所覆蓋而遮遮擋，但還還是有部分分構件會暴暴露在外((圖4.2))，這盡管管與鋼幕墻墻表現(xiàn)出的的金屬色澤澤及質感的的力度相去去甚遠，但但多多少少少也能從央央視新大樓樓的表皮肌肌理中體現(xiàn)現(xiàn)出些許的的材質之美美。圖4.2央視新大大樓從節(jié)點角度度分析，由由于央視新新大樓采用用了斜梁斜斜柱的骨架架結構體系系，斜交的的梁和柱較較難采用傳傳統(tǒng)鋼框架架結構的梁梁柱節(jié)點形形式，而建建筑師提出出了“蝶形板節(jié)節(jié)點”不但有效效地解決了了傳統(tǒng)節(jié)點點所不能實實現(xiàn)的連接接問題，同同時也豐富富了鋼結構構節(jié)點形式式，為現(xiàn)代代鋼結構建建筑的節(jié)點點美學表現(xiàn)現(xiàn)開拓了新新思路(圖4.3))。圖4.3嫉形板節(jié)節(jié)點4.2國家大劇劇院國家大劇院工程程位于北京京市西城區(qū)區(qū)石碑胡同同4號，由法法國巴黎機機場設計公公司著名建建筑師保羅羅·安德魯設設計，北京京城建集團團有限責任任公司、香香港建設(控股)有限公司司、上海建建工(集團)總公司聯(lián)聯(lián)合體承建建?？偨ㄖ娣e155，ooomm2，建筑總總高46288m。由南側側建筑、北北側建筑、中中心建筑三三部分組成成:南北側建建筑物均為為地下建筑筑，中心建建筑物為長長軸216..57m，短軸145..57m的橢球體體建筑(圖4.4)。圖4.4中國國家家大劇院從材料美學表現(xiàn)現(xiàn)角度分析析，國家大大劇院大廳廳裸露的立立柱既是承承重支撐的的功能柱，同同時也是觀觀賞的“藝術品”。該立柱柱采用的由由武鋼自主主研發(fā)的高高性能耐火火耐候建筑筑用鋼WGGJS1OOCZ是在在較低的碳碳含量基礎礎上，通過過加入多種種適量的合合金元素及及采取適當當?shù)纳a(chǎn)工工藝，以達達到鋼板在在常溫及高高溫狀態(tài)下下強度和剛剛度的同時時，還保證證鋼具有優(yōu)優(yōu)良的韌性性、焊接性性和耐候性性從節(jié)點角度分析析，國家大大劇院既有有常用的鋼鋼結構節(jié)點點形式(圖4.5))，以保證證結構受力力安全可靠靠;也有開發(fā)發(fā)出的新型型節(jié)點(圖4.6))。這種新新型節(jié)點出出現(xiàn)在圓鋼鋼管截面與與工字型構構件的腹板板連接處，按按照鋼結構構設計的傳傳統(tǒng)做法，該該節(jié)點形式式應該采用用板式節(jié)點點，即在工工字型構件件的腹板上上焊接一塊塊節(jié)點板，再再在圓鋼管管截面上開開出該節(jié)點點板能夠插插入的凹槽槽，把節(jié)點點板插入該該凹槽后焊焊接即可。但但是在國家家大劇院中中，節(jié)點的的位置正好好在工字型型截面的節(jié)節(jié)點域處，是是受力非常常復雜的節(jié)節(jié)點局部，如如果再焊接接一塊節(jié)點點板，勢必必影響該區(qū)區(qū)域的受力力，所以建建筑師開發(fā)發(fā)出了如圖圖4.6所示示的新型節(jié)節(jié)點。圖4.5傳統(tǒng)統(tǒng)節(jié)點圖4.6新型型節(jié)點該新型節(jié)點的開開發(fā)不僅具具有結構受受力上非常常重要的意意義，在建建筑美學表表現(xiàn)中也意意義非凡。圖圖4.7所示示是國家大大劇院玻璃璃幕處的新新型節(jié)點，由由于玻璃幕幕是透明的的，所以國國家大劇院院建成后，這這些節(jié)點從從建筑外部部看是暴露露出來的，如如果采用傳傳統(tǒng)的板式式節(jié)點，勢勢必影響國國家大劇院院的美觀。而而新型節(jié)點點由于采用用了圖4..8所示的的連接件，有有效地把節(jié)節(jié)點本身的的體量控制制在了與圓圓鋼管截面面體量的一一致，同時時把節(jié)點的的體量消解解在構件之之中，是從從節(jié)點自身身出發(fā)的“體”與從節(jié)點點與構件的的對比關系系產(chǎn)生的“點”來表現(xiàn)節(jié)節(jié)點美學的的絕佳實例例。同時，從從國家大劇劇院外部觀觀察到的由由諸多新型型節(jié)點表現(xiàn)現(xiàn)出來的“點系”也表現(xiàn)出出了“點系”的韻律美美，形成了了國家大劇劇院獨特的的節(jié)點美學學特征。圖4.7玻璃幕處處的新型節(jié)節(jié)點圖4.8連接件從構件件角度分析析，國家大大劇院的鋼鋼結構構件件既有圓管管截面的直直線型構件件，亦有字字鋼截面的的曲線形構構件(圖4.100)。直線線型構件展展示出了力力流的“順暢”，曲線型型則以其優(yōu)優(yōu)美的線型型孕育著強強大的力量量，產(chǎn)生著著一躍而過過的力動感感與跨越感感，在國家家大劇院主主體結構中中的這種柔柔美的曲線線和筆直的的直線相結結合，呈現(xiàn)現(xiàn)出剛柔并并濟，韻律律優(yōu)美的綽綽約豐姿。此此外，格構構化的處理理手法亦在在國家大劇劇院的鋼結結構構件中中表露無疑疑(圖4.100)。被格格構化的主主體結構的的構件具有有強度好、剛剛度大、材材料省、自自重輕的經(jīng)經(jīng)濟效果，同同時使得給給構件產(chǎn)生生了簡潔、輕輕盈、通透透、開放的的視覺效果果。圖4.10國家大大劇院主體體結構的構構件從體積角角度分析，國國家大劇院院是大跨度度空間結構構，但卻有有別于傳統(tǒng)統(tǒng)的網(wǎng)格結結構體系、索索膜結構體體系以及管管析架結構構體系。從從國家大劇劇院的體型型及受力構構件的布置置方式來看看，其接近近于網(wǎng)格結結構體系中中的網(wǎng)殼結結構，但其其構件采用用了圓管截截面積工字字型鋼截面面，這有別別于傳統(tǒng)的的網(wǎng)殼結構構大多采用用圓鋼管截截面的單一一形式，同同時國家大大劇院的節(jié)節(jié)點形式既既非焊接球球節(jié)點也非非螺栓球節(jié)節(jié)點，所以以看似是網(wǎng)網(wǎng)殼結構卻卻不是真正正的網(wǎng)殼結結構。國家家大劇院的的結構體系系的創(chuàng)作靈靈感取自網(wǎng)網(wǎng)殼結構與與骨架結構構體系兩者者的雜交，因因此是建筑筑師創(chuàng)造出出的新型結結構體系。結論本文從鋼結結構建筑的的材料、節(jié)節(jié)點、構件件和體系四四個方面分分別研究了了現(xiàn)代鋼結結構建筑美美學表現(xiàn)的的特點和表表現(xiàn)手法，得得到了如下下結論:(1)由由于鋼結構構建筑的防防腐、防火火要求較高高，通常要要在鋼結構構節(jié)點和構構件上涂刷刷防腐漆和和防火涂料料，由此而而帶來的對對鋼這種合合金的色澤澤和質地的的遮蔽造成成了建筑師師無法表現(xiàn)現(xiàn)現(xiàn)代鋼結結構建筑的的材料美的的諸多遺憾憾。幸而不不銹鋼由于于可以有效效地阻止節(jié)節(jié)點和構件件的表面銹銹蝕，給建建筑師在建建筑設計中中需要利用用鋼的金屬屬色澤和質質地表現(xiàn)建建筑美帶來來的轉機，而而一些特殊殊結構用鋼鋼由于也可可直接把鋼鋼的表面直直接暴露于于外界環(huán)境境之中，其其銹蝕而產(chǎn)產(chǎn)生的棕紅紅色既豐富富了建筑美美學表現(xiàn)中中對色澤的的要求，同同時又滿足足了美學表表現(xiàn)中對金金屬質地的的飾材的需需求。(2)鋼鋼結構節(jié)點點就其自身身而言，是是一個“體”;若把鋼結結構構件看看做是一個個