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钢结构建筑造型艺术探讨

 论文栏目:造型艺术论文     更新时间:2018/10/12 16:18:04   

1研究的缘起

随着经济的快速发展,现代钢结构建筑在我国的应用日益广泛,钢结构建筑得到快速发展并成为当代建筑造型艺术的时尚。由于在结构、质量和工期、环保等方面的优势,钢结构建筑被越来越多地应用到各类建筑中,凭借其独特的材料特性,已成为了当代建筑的重要表现手段。建筑师开始认识并充分利用钢结构的优势,摆脱了传统材料与结构的束缚,创造出更加千姿百态的建筑形态。从轻巧通透的“范斯沃斯住宅”到形态夸张的北京中央电视台新大楼,从材料外露的“蓬皮杜文化艺术中心”到自由形态的广州大剧院,国内外的钢结构建筑创造出了丰富多样的建筑形象。伴随着钢结构建筑的快速发展,钢结构建筑的造型艺术研究出现了滞后现象,常常出现造型艺术与结构逻辑相脱节的问题。钢结构建筑造型设计如何体现材料的特色,达到艺术与技术的完美结合,这是研究的方向。

2钢结构建筑的历史和发展趋势

2.1国外的发展

钢材是建筑近现代史上最重要的建筑材料之一。18世纪下半叶,随着工业工业革命和冶铁技术的发展,铁开始作为承载材料最先应用于建筑中[1]14。1779英国塞文河上建起的世界上第一座铁桥,19世纪,钢铁在建筑中的应用取得了重大突破,出现许多具有技术革命性意义的钢铁建筑。1851年钢铁与玻璃结合的建筑水晶宫在英国伦敦世博会诞生,1889年当时世界最高的建筑巴黎艾菲尔铁塔和跨度最大的建筑机械馆在法国巴黎世博会上诞生。19世纪70年代芝加哥学派在美国兴起,1885年世界上第一座铁柱钢梁框架结构的高层建筑家庭保险公司办公楼在芝加哥建成[2]。20世纪中叶,钢结构建筑再次得到飞速发展,建筑钢材与钢结构体系取得突破性进展,计算机的开始应用到建筑设计。50年代密斯引领了钢与玻璃的纯净建筑风格,成为技术精美主义的代表。70年代,代表高技派的法国蓬皮杜文化中心建成,钢结构外露成为一种新的建筑美学。80、90年代,雷诺汽车零件配送中心的悬挂结构、香港汇丰银行的新高技派等把钢结构推向了一个新的高度[3]。21世纪以来,计算机应用技术进一步提高,各种钢结构体系不断完善,钢材真正成为了建筑领域中最重要的建筑材料之一。钢结构成为了建筑师建筑空间创作的艺术源泉,钢结构建筑逐渐呈现出千差万别的建筑形态。

2.2国内的发展

由于历史原因,我国钢结构建筑在很长一段时间发展缓慢,到了近二十年才得到迅速的发展。21世纪以来,我国涌现不少优秀作品,如鸟巢、水立方、中央电视台新大楼、广州塔等等。然而这些造型独特的钢结构建筑基本上都由国外建筑师设计,我国在钢结构建筑的设计中关于其美学表现的研究起步较晚,对钢结构建筑的美学表现尚在起步阶段,还缺乏对国外现有钢结构建筑形式的归纳与总结。

3钢结构的材料特性

钢结构建筑的造型艺术与其材料特性是分不开的。钢铁建筑具有的轻质高强、使用灵活、生态性好、抗震性能好、建造周期短等优势,随着人们对钢结构特点的充分认识和时代的发展的需求,得到充分利用,钢结构建筑得以迅猛发展。(1)钢的性质钢最重要的特征体现在强度、断裂韧度、可焊性、可塑性和耐腐蚀性上。钢材具有较高的抗拉强度和抗压强度,在同样受力的情况下,钢结构的构件较小,重量较轻。钢结构具有较好的塑性,偶然超载或局部超载一般不会对其产生破坏。钢结构有良好的韧性,结构体系相对较柔,对动力荷载的适应性强,适合高烈度地震区[4]。在选择需要的钢材特征时,能够利用现在可用的技术,精确地预定钢制品的外形,通过加工、使用来获得这些特征。钢材可以重复利用,增加了生态价值,钢结构使用灵活,便于拆除与重建,在建筑工业中起到了相当重要的作用[5]。(2)钢材的构件形态钢结构通常以线形构件为主,与传统的砖石、混凝土相比,钢结构表现出的形态细长而纤薄,混泥土的表现形态通常比较厚重。随着现代炼钢技术、构造技术、结构体系的完善,以及计算机软件技术的进步,钢结构构件形式更加新颖多样。钢结构构件利用其自身的形态、构造节点技术、机理形成特有的表现形式。钢结构可以塑造更富有动感的建筑形态,展示出现代钢结构的材料美与技术美。(3)钢结构建筑形态不同的建筑材料因性质不同而表现出不同的艺术效果,钢结构材料与砖石、木材等传统建筑材料相比,石材的粗糙、木材的细腻、玻璃的明亮,能表现出凝重、温馨和纯净的艺术[6]。而钢材,由于其轻质高强的特点,它可能表现出雕塑的特质,或是轻盈的体态与优美的韵律感,或它展示实体本身的美。混凝土材料通过浇筑的方式进行施工,因而可以塑造出直线、曲线以及特殊的建筑形状。而钢结构建筑结构形式多样,既有常规的框架结构,也有复杂的空间网壳结构,以及独特的索膜结构,因而可以表现出更加丰富多样的建筑形态。

4钢结构建筑艺术表达形式

钢结构建筑从诞生开始便体现自己独特的艺术表现形式。与传统结构的比较,钢结构使建筑获得更大程度的自由和更丰富的表现力。钢结构建筑颠覆传统的规则与观念,创造出新的建筑美学:钢结构与玻璃结合表现纯净通透的几何形体;钢结构利用其自身的材料特性以及张拉结构等特殊结构可以拥有较大的出挑尺度与高度;钢结构展示自身材料特征与技术形式成为机器美学;钢结构利用计算机辅助设计以及空间网格结构塑造自由的复杂形体。

4.1表现轻、光、透、薄的特性

钢结构充分利用其杆件结构体系的特点,凭借结构轻、杆件截面小的特质,塑造轻巧的建筑形象。钢结构和玻璃材料完美结合,建筑空间与环境相互渗透形成了一种内外交融的空间特征,建筑表现出光线明亮、通透、轻薄的形象特点。1851年建成的水晶宫,是钢与玻璃结合的典范,让人们认识到钢与玻璃建筑带来的全新建筑美学:轻、光、透、薄。20世纪的现代主义建筑大师密斯充分认识到钢结构的特性并且在他的作品中表现钢的材料美,如巴塞罗那博览会德国馆(图1),展示出钢结构作为结构的材料美、以及通透流动的空间。1988年贝聿铭设计的巴黎卢浮宫改造建成(图2),入口广场设计了四个“金字塔”型,全部由钢与玻璃组成,与卢浮宫原有的传统建筑相比,这些钢与玻璃组成的空间呈现出明显的轻、光、透、薄的特点。

4.2表现大悬挑大跨度的造型特点

与传统结构相比,钢结构建筑在跨度和高度方面都有着明显的优势。钢结构构件有非常出色的受拉性能,悬挂结构对不同的应用来说都是比较理想的结构形式,由链、杆、钢索、网等组成不同的形式,塑造新的钢结构建筑造型。1972年建造的慕尼黑奥林匹克中心是由杆、钢网、网构成的悬挂结构,整个棚顶呈圆锥形,由网索钢缆组成[7]。该建筑由弗雷•奥托设计,是帐篷结构的出色代表。帐篷结构的实现是建筑空间结构革命性的进步,帐篷结构的屋顶使综合性建筑的线性形式不仅具有与众不同的外观,而且确保区域内有舒适的白天效果。福斯特设计的英国雷诺汽车公司产品配送中心,整体结构都由42个24米×24米见方的标准模块单元组成,帐篷结构的屋顶悬挂在高高的钢结构柱之上,所有相关功能与设施都安置在建筑的整个棚架结构之下[8]。利用钢材的材料特性,配合适当的结构形式,钢结构塑造了一个个造型奇迹。如沙利文设计的圣路易斯拱门采用不锈钢悬链线的形式,创造了前无仅有的建筑形象,大拱门高达192米,远看就像是一条优美的抛物线(图3)。国内中央电视台总部大楼,呈现大悬挑的形式,钢网架包裹主体建筑,让大楼形成刚度很强的整体,地面的建筑牢牢地扎入地面,有力地拉住了悬挑的建筑(图4)。

4.3机器美学

钢结构在建筑中的应用最开始由工程师引导,逐渐成为建筑师的宠儿。钢结构建筑颠覆传统的规则与观念,创造出新的建筑美学,展示了现代结构技术成就,是技术与艺术的结合。在这些建筑中,钢结构本身作为主要的表现特性:高调的裸露材料与结构,不加多余的装饰、充满张力的节点构造、富有技术表现力的钢结构系统,都给人以机器美学的震撼。1976年在巴黎建成的蓬皮杜国家艺术与文化中心是这方面的代表(图5),该建筑由第三代现代建筑师皮亚诺和罗杰斯设计,建筑由巨型钢管、钢架构成建筑的主体,被称为“巴黎现代文化工厂”。蓬皮杜国家艺术与文化中心崇尚结构与技术外在的造型美,它的结构与设备完全暴露。雷诺产品配送中心显示出强烈的工业技术感,悬挑结构漆成黄色,钢梁组件与绳索丝毫不加掩饰地露在外面。香港汇丰银行大楼也是这方面的代表,无论是外形上显著的钢柱和钢桁架,粗壮的管、柱、还是各种流线型的建筑形体,无不显示现代钢结构的成就。

4.4自由形态

随着计算机辅助设计的进步,钢结构建筑的结构类型多种多样,使得各种各样的建筑形态成为可能。钢结构建筑可以利用钢结构变化丰富的空间网格结构形式,可以塑造复杂的自由形态。如扎哈设计的广州大剧院(图6),外形为不规则的自然形态,因造型像两块被江水冲刷过的灵石而被人称为“圆润双砾”。大剧院的设计突破了以往建筑的结构特点,利用三向斜交折板式网壳的铸钢结构帮助其实现丰富的造型与空间。荷兰信基建筑事务所设计的“广州塔”利用钢结构的扭转与截面的变化,形成连续变化的外部造型。塔身为镂空的钢结构框架,钢柱自下而上逆时针扭转与斜撑和圆环交叉构成椭圆形的渐变网格结构[9]。由于结构与技术的完美配合,设计师所设想的空间和整体效果得以完美展现出来。

结语

钢铁在建筑中的应用促进了建筑结构与技术的发展,成为建筑师手中突破传统思维的有力工具。建筑师们开始尝试用轻盈通透替代厚重,以夸张的动态取代严谨的静态稳定,以钢结构的自身技术美拓展建筑美学新的内涵,形成了表现技术美的机器美学,用自由形态代替规整方正。钢结构丰富多样的结构形式及其多姿多彩的表现方式,使其成为当今建筑界的时尚,极大地丰富了建筑造型,拓展了建筑艺术的范畴。文从钢结构的材料特性入手,对钢结构建筑的造型艺术进行深入地研究,分析总结钢结构独特的造型特征,从而促进钢结构建筑造型艺术的进一步发展。

参考文献:

[1](德)舒立茨.殷福新.钢结构手册(精)[M].大连理工大学出版社,2004.

[2]罗小未.外国近现代建筑史(第二版)[M].中国建筑工业出版社,2004.

[3]孙淦.钢结构建筑的艺术表现特征研究[D].山东大学,2008.

[4]李方芳.谈钢结构——基于建筑学视角[J].甘肃科技,2013(1).[5]同[1]92.

[6]赵剑男,钢结构建筑“因何而美丽”[J].河南建材,2011(10).[7]同[1]33.

[8]同[2]407.[9]张华.当代钢结构建筑美学基本特征[C].第十四届全国现代结构工程学术研讨会,2014.

作者:蒋正容

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