摘要：建筑结构与形式表现艺术的关系从古至今都是一个热门话题，在钢结构建筑中，出现了一种新的结构与形式关系，其中节点作为钢结构建筑中结构与构造的细部表现，一直受到建筑师和工程师的重视。钢结构建筑中的节点以其科学性展现着材料与结构的变化，塑造着不同的立面形式与空间氛围。本文将对钢结构建筑中的节点表现艺术进行探讨。
关键词：钢结构；节点设计；节点性能
1. 结构与表达的历史背景
维特鲁威说，建筑要“坚固、实用、美观”，这三个词点出了建筑从古至今永恒的主题：“结构、功能、形式”。关于建筑结构与形式关系的讨论从未停止，每个时代，建筑的建造技术、材料、背后的指导思想都不一样，这些原因使得结构这个话题值得重新探讨。
古希腊神庙巍峨耸立于山峦之上，人们可见其庄严的柱子和简洁有力的结构形式；
在古罗马建筑中，拱门和柱子既是结构，也体现形式美；
尖拱在哥特式建筑中的出现，除了中世纪教皇权力集中的政治文化背景外，其背后的原因还包括尖拱受力的合理性。
图1（左）巴黎郊区的圣丹尼斯修道院
图2（右上）圣母升天教堂
图3（右下）圣安德烈教堂
文艺复兴时期，建筑师变得独立，不再从属于工匠或艺术家钢结构建筑特点，关于建筑的讨论更加活跃和深刻。文艺复兴时期的建筑师将建筑的所有元素统一到同一个系统中。他们推崇古典和谐的比例关系，这就要求他们从内到外处理建筑所有元素之间的矛盾。建筑是一个整体，无论是结构还是装饰，都要达到数值上的和谐秩序，以和谐的比例融入同一个体系。
作为文艺复兴早期的建筑师，阿尔伯蒂致力于使建筑从内到外达到一种和谐统一的完美比例关系。从他对圣母玛利亚教堂立面的探索（图4），到圣安德烈亚教堂中各个局部与整体元素的完美协调（图5），阿尔伯蒂创造了文艺复兴时期教堂形式的标准。
从艾森曼到阿尔伯蒂，建筑第一次不仅仅关注它的存在——制造它的方法，而关注它从内到外的存在和表达[1]。直到19世纪学科分离之前，结构和建筑大多被建筑师以协调的方式考虑，正如阿尔伯蒂在《论建筑》中所表达的：“建筑的整体是由轮廓和结构构成的[2]。”19世纪以来，建筑师们一直在不断探索结构与外在形式之间的关系。维奥莱-勒-杜克是一位结构理性主义者，他欣赏哥特式建筑的结构美，认为建筑应该遵循一个完整的逻辑体系，将视觉与内部结构统一起来。
在思想文化的不断演进中，每个人都以自己的理解来处理结构与建筑外在形式之间的关系。19世纪，随着钢铁的发展，结构工程师与建筑师学科的分离，建筑结构与形式之间出现了一种新的关系。用铁架和玻璃建造的水晶宫开启了建筑形式新纪元，钢结构埃菲尔铁塔的全裸露在外，给人们带来了难以言喻的震撼（但当时的人们还不能一下子接受如此巨大的建筑全部由钢铁制成）。水晶宫和埃菲尔铁塔都是由结构工程师设计的，这无疑引出了钢结构语境下的结构与形式话题。随着钢结构体系的不断完善和计算机参数化等设计方法的发展，钢结构建筑迎来了发展的高峰，而对钢结构建筑结构与表达关系的探索和探讨从19世纪开始就从未停止过。
水晶宫
埃菲尔铁塔
2.节点的含义
建筑中的节点反映了建筑内各种连接关系，节点是局部连接，系统通过这种局部连接反映整体。“节点是由不同性质的单元组成的复合体，可以独立地完成一种或多种不同的功能[3]。”
一个完整的结构体系是由不同的承重构件组成的，构件之间通过节点实现内部转换和相互连接。节点是合理的受力点，在结构中设计清晰的节点有利于结构中力的有效传递，能有效发挥各构件的力学性能。同时，节点也可能成为建筑中材料的交汇点，需要兼顾不同材料的特性，充分体现材料的力学性能。
在传统木结构中，斗拱起着重要的节点作用。在清代以前，斗拱是结构的重要组成部分。斗拱和拱券层层堆叠，连接屋面、梁柱，实现力的传递。同时，斗拱的装饰性很强。斗拱作为外露结构，成为中国传统建筑美学形式中不可忽视的重要组成部分。到了清代，虽然斗拱作为承重构件已经不再需要，但这一结构构件仍然没有被淘汰。
斗拱
钢结构具有材质均匀性好、各向同性、结构总质量轻、塑性和韧性好等诸多优点。近20年来，我国钢结构建筑数量迅速增长，形成了丰富的钢结构建筑结构形式和表现形式。钢结构建筑体系中的结构支撑也取决于节点。合理的节点结构可以充分发挥钢材的力学性能，使具有不同工作机制的构件共同工作，为不断变化的结构形式的稳定性提供了基础。
3.钢结构节点的科学性
影响钢结构建筑节点形式的因素很多，节点的分类相对复杂，根据连接件的位置关系，节点可分为：搭接节点、平接节点、角接节点、对接节点等（如图9所示）；根据节点连接工艺的不同，可分为：焊接节点、铆接节点、螺栓连接节点、销接节点、胶接节点等（如图10所示）。
图9 根据连接器位置进行节点分类
图10 按照连接过程进行节点分类
钢结构建筑中的节点按照其作用的不同，大致可分为结构节点和施工节点。结构节点是连接结构构件的节点，是建筑结构中力的集中和传递点，起到完成构件间力的传递作用，体现构件间的稳定性和力的平衡性，如杆与杆的连接、缆与缆的连接、构件与支撑的连接等（图11）。节点处的不同构件所受的力是不同的，拉力、压力、剪力等不同形式的力在节点处都会体现出来，节点将这些力连成一个整体，形成视觉焦点。节点处的压力往往强劲有力，增加了空间的力量感，而张力则轻盈明亮，增加了空间的活动感（图12）。约翰内斯堡体育场采用悬吊结构，节点连接拉索与平衡杆（图13），节点处的拉索通过平衡杆处的封板将拉力转化为压力。 节点处的加劲肋增加了节点的刚度和强度，并达到了受力平衡。图中拉索明显受力很大，保持受力平衡的节点显得刚强有力，体现了节点作为结构构件的力学美[4]。以同济大学B栋中庭大厅屋面为例（图14），采用四面体体系网架结构支撑大跨度空间屋面，采用螺栓球节点（图15），具有节点处无偏心、受力状态好的优点。
图 11 结构节点
图 12 节点视觉焦点
图13 约翰内斯堡体育场采用的悬挂结构
图14 同济大学B栋中庭大厅屋顶
图 15 螺栓球接头
结构节点连接钢结构建筑的辅助功能构件与结构构件，是皮与骨的连接。节点处不同的材料有不同的纹理变化和材料质感，如钢与玻璃、钢与膜材料等，这些不同的材料在节点处形成强烈的对比，表现出各种材料的冲突。节点使这些材料在冲突中形成和谐稳定的关系，凸显不同材料的融合（图16）。以玻璃幕墙与承重构件的连接为例（图17），玻璃幕墙与结构构件的连接方式比较多样，如明框玻璃幕墙结构、隐框半隐框玻璃幕墙结构、全玻璃幕墙结构、点支式玻璃幕墙结构等。如上海当代艺术馆的玻璃幕墙采用的就是点支式玻璃幕墙结构。 “每块玻璃的四角均由四点不锈钢支撑爪固定，支撑爪后方安装11mm钢索系统，纵横收紧固定[5]”（图18）。这种点支式玻璃幕墙强调了玻璃的通透性，使建筑立面更加鲜明，室内空间更加开阔。正是因为节点结构的不断进步，才让不同材料的特性和性能得到更好的展现。
图 16 结构节点
图17 玻璃幕墙与承重构件连接处
图18上海当代艺术馆玻璃幕墙采用点支式玻璃幕墙结构
4、钢结构节点的艺术性
节点的艺术性体现在节点所展现出的力学美感钢结构建筑特点，以及节点对建筑表情和空间的塑造。节点的设计可以丰富建筑的立面，结构节点连接建筑表皮和骨架，为立面带来质感。充分利用节点的形式，可以凸显立面的表现力。例如，东京国际论坛中心玻璃幕墙的节点设计，凸显了简洁有力的立面形式（图19）。
节点设计是塑造内部空间的重要形式。节点往往设计在结构的转折处，结构的转折处通常带来空间的变化，因此节点设计对于空间的转化和界定具有重要意义。例如，在雷诺中心的中央走廊设计中（图20），在圆柱钢管上放置了单独设计的构件，完成了工字型与圆形截面的结合，同时钢柱与横杆共同界定了走廊空间。
图19 东京国际论坛玻璃幕墙
图20 Reno Center 中心走廊
节点的连接方式对室内空间的塑造也起着重要作用。节点的设计不只是局部设计，对整体建筑有着不可忽视的影响。例如螺栓球节点表现出灵活、轻便的特点，焊接则更为有力。在汉堡机场航站楼和日本关西国际机场的巨型钢管桁架中，均采用直接连接进行相贯焊接（图21）。没有多余的连接构件，节点体系干净利落，营造出开阔的大空间。
图21 相交焊
节点作为结构与建筑的重要组成部分，在设计中体现了受力特性与材质的多样性，每一个转折点都体现了材质的变化、力的作用与光影的变化。节点体系设计在钢结构建筑中起着重要作用，它作为一部分与建筑整体体系融为一体，形成一个由内而外、由局部到整体的逻辑体系。正是因为节点设计的复杂性与多样性，建筑师的设计思路才能在节点上得到更好的体现，或轻或刚，或简或重，或多变。建筑师在细节上追求精妙的营造，比如结构端部的处理、材料交接的转折点等。精妙的节点设计乍一看可能很清晰，但却能精准地融入整个建筑，与其他构件共同构筑出尺度与层次丰富细腻的空间。
参考：
[1]彼得·艾森曼.插图日记[M].陈欣欣、何杰译.北京:中国建筑工业出版社，2004。
[2]莱昂·巴蒂斯塔·阿尔伯蒂.论建筑：阿尔伯蒂的十本建筑著作[M].王桂香译.北京：中国建筑工业出版社，2009。
[3]李胜才.钢结构建筑节点体系的解构与构建[M].上海:同济大学出版社,2007.
[4]谢旭.钢结构建筑细部设计-节点结构[J].建筑师，2006(2):29-35。
[5] 闫洪亮. 特种建筑结构[M]. 上海: 同济大学出版社, 2008.
