（杭州恒达钢构股份有限公司）
【摘 要】随着我国经济的快速发展和人民生活水平的提高，大型多功能建筑物逐渐增多，满足了人们物质和精神文明需求。大跨度结构作为建筑业发展的方向，在解决大面积覆盖的问题上具有明显效果。而面对建筑物功能和跨度越来越多，对建筑技术也提出了更高的要求。建筑结构设计对于满足人们对建筑的要求具有很重要的作用。结构技术理念的出现促进了大跨度钢结构建筑空间形态的进步与创新。本文主要从大跨度钢结构建筑的空间形态与结构技术理念两方面进行论述。
【关键词】大跨度钢结构建筑；空间形态；结构技术理念；Kangaroo插件
我国建筑业发展由来已久，纵观历史从我国古代开始建筑就作为一种文化存在于中华文化之中，而且以独特的姿态立足于世界建筑之林。建筑业发展到今天取得了巨大的发展和辉煌的成就，尤其表现在跨度及结构方面，其中，跨度呈现越来越大的趋势，而结构变得越来越复杂。近几年大跨度钢结构被广泛应用于建筑业，在结构技术理念的指导下，促进了大跨度钢结构建筑空间形态的发展与进步。
1．大跨度钢结构建筑空间形态
建筑空间由许多限定元素构成，例如屋面、地面、墙等，这些元素的大小、形状、方位、色彩等可以看到的现象共同构成了建筑空间的形态。而这些限定元素的决定因素为结构和材料[1]。空间的构成元素为点、线、面。建筑形态的决定因素就是这些限定元素以及建筑功能。其空间形态构成方法有以下三种：
1.1立意切入法
立意切入法的构成方向主要以人文艺术背景为目标，也就是根据一定的设计思路构成空间形态。在开展结构建筑时，我国建筑设计师一般将我国传统建筑的形象与现代结构技术相结合，体现我国传统文化。
1.2元素切入法
空间本身是无形的，而其构成通过建筑结构及构件对其进行划分，以满足空间取向[2]，因此建筑结构及构件是空间形态构成的前提。元素形体切入法是根据知觉形成的空间形态，也就是通过各个要素之间的组合作用，构成互相交融的形态，而各个要素也有自身独立的形态，使空间内存在多种形式。
1.3类型切入法
在人类发展的历史中逐渐形成的既有抽象性又有稳定性的空间类型，也就是通过各个国家和地区的文化或习俗的不同，形成不同的空间形态，与人类的精神与情感有很大关系，是人类历史传统的体现，对人文信息具有传递作用[3]。
2．结构技术理念
结构技术理念是建筑形式的整个发展过程，利用科学合理的方法进行研究所得出的理论总和。结构理念主要有三方面的特征，即社会性、科学性和艺术性[4]。其中科学性是结构理念的核心，必须保证结构技术科学合理运用到建筑中，才能保证建筑结构的存在性。其要求就是在做结构时要使用较少的材料，而且要对各种因素的有抵挡作用，例如，环境、荷载等。社会性作为次要特征，对建筑的适用性、功能及成本有所要求。而艺术性重点突出建筑结构的美观，给人以较好的视觉效果。
结构技术与社会生产力相适应，随着生产力的发展，结构技术也发展起来，在进行建筑结构设计及构建时，可以运用先进的结构技术，使建筑结构更加科学、合理、经济，尤其是在大跨度建筑中的应用，使其大跨度建筑结构更加合理。由于大跨度建筑有较为复杂的结构，而且有多重受力情况，同时是功能、经济及艺术的完美体现[5]。因此，在建筑工程师设计大跨度钢结构建筑时要以结构技术理念为基础，构建合理的建设结构设计。
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3．结构技术理念在大跨度钢结构建筑空间形态中的应用
在大跨度钢结构建筑空间形态形成中要坚持结构技术理念，首先要利用结构力学将建筑空间得以拓展。整体结构要承受各种外力作用，结构体系的不同将导致结构的抗力不同。尤其是大跨度钢结构建筑，结构空间形态的差异，导致结构体系的选择不同，结构的用钢量也将大不相同，最终导致建筑成本的大不相同。不合理的建筑空间形态的选择，将造成社会成本的极大浪费，与节约型社会的主流意识大相庭径。因此要利用结构力学来对建筑结构进行科学设计，利用空间形态方法将其结构构件进行优化组合，不但使其构件具有独立性，而且也有整体的效果，将结构设计与空间形态结合起来。不但达到了建筑结构的安全性同时体现了结构的艺术性。目前，大跨度钢结构建筑按刚性差异以及它们的组合不同,分成三类:刚性结构(网架、网壳、空间桁架)、柔性结构(索结构、膜结构、索一膜结构、张拉集成结构)和杂交结构。杂交结构既可通过刚性结构和柔性结构的有机组合获得,也可通过变更传统结构的特性得到,如拉索一网架结构、拉索一网壳、拱一索、索一桁架等。
随着三维建模软件的崛起，大跨度建筑的复杂空间形态付诸于工程实践变得越来越可行。目前火爆的Rhino软件，可以创建、编辑、分析和转换NURBS曲线、曲面、和实体，并且在复杂度、角度、和尺寸方面没有任何限制。其中的Kangaroo插件，将传统影视动画或结构计算中使用的物理计算能力引入到参数化设计的领域中来，帮助造型及空间设计师获取动力学模拟过程中的某个状态，还能够通过模拟展平网格、均匀化节点或膜结构张拉力来使得某些造型更加的合理化。[6]例如，富勒的Tensegrity结构即可以通过Kangaroo实现结构找型。“张拉整体”（Tensegrity）概念是美国著名建筑师富勒（R.B.Fuller）的发明，这指“张拉”（tensile）和“整体”（integrity）的缩合。富勒认为宇宙的运行是按照张拉一只析原理进行的，即万有引力是一个平衡的张力网，而各个星球是这个网中的一个个孤立点。自然界中总是趋于由孤立的压杆所支承的连续的张力状态，大自然符合“间断压连续拉”的规律。由于张拉整体结构固有的符合自然规律的特点，最大限度地利用了材料和截面的特性，可以用尽量少的钢材建造超大跨度建筑。
要将大跨度钢结构建筑的空间形态与结构技术理念结合起来，对建筑师有很高的要求，首先，建筑师要充分了解空间构件的具体情况以及平面结构的各种形式，其次，要对结构体系进行优化，使其建筑的使用空间变大；第三，要对新型建筑结构的受力情况与空间形态结合起来，将各种结构体系结合起来，以此适应建筑结构的发展；最后，建筑师要以结构技术理念为基础，充分运用建筑的空间形态方法进行建筑结构设计，使其具有实用性和艺术性，构建成功能丰富、安全可靠、艺术性高的大跨度钢结构建筑。
4．结语
随着我国经济的发展，建筑也随之呈现极大的发展趋势，大跨度钢结构建筑在我国越来越多，在进行大跨度钢结构建筑结构设计时要将空间形态与结构技术理念充分的结合起来，不但使其具有实用性而且要具有美观性，运用空间形态方法使其建筑更有内涵，坚持结构技术理念使其结构更科学合理，是我国大跨度钢结构建筑结构设计发展的必然趋势，尤其是对建筑师的要求也有所提高。建筑师在结构设计中是主导者，必须充分重视空间形态与结构技术理念的统一，才能促进大跨度钢结构建筑结构的发展。
参考文献：
[1]王驰.大跨度钢结构施工过程的结构分析方法研究[J].中国建筑金属结构,2013 (10).
[2]黄国财,任超峰,张大海等.大跨度建筑的空间形态与结构技术研究[J].城市建设理论研究（电子版）,2012(24).
[3]邓中美.大跨度建筑的空间形态与结构技术理念探析[D].武汉理工大学,2003.
[4]王磊磊,郭学文.关于大跨度建筑钢结构设计分析[J].城市建设理论研究,2014(12).
[5]张宏波.大跨度建筑钢结构设计浅议[J].建筑·建材·装饰,2014(8).
[6]王豪翔.Kangaroo运算器中文教程
作者简介：
叶卓贇，男，1985年4月出生，工程师，一级注册结构工程师，主要从事钢结构设计
论文作者:叶卓贇
论文发表刊物:《工程建设标准化》2015年6月总第199期供稿
论文发表时间:2015/10/14
标签：结构论文; 建筑论文; 形态论文; 空间论文; 钢结构论文; 大跨度论文; 理念论文; 《工程建设标准化》2015年6月总第199期供稿论文;