随着科学技术的发展，钢结构越来越多地应用于各种建筑中。在建筑实践中，钢结构的灵活运用创造了许多特殊的建筑视觉和空间效果。本文以案例的形式分析总结了钢结构对建筑的不同影响，并对目前中国建筑中钢结构的使用提出了一些思考。
建筑设计与结构设计
建筑设计和结构设计是整个建筑设计过程中最重要的环节，两者之间存在着相互协调、相互制约的关系。对于建筑师来说，许多预期的空间效果往往与实际的结构要求相冲突，但这种矛盾也促进了建筑结构的不断创新和发展。
如果你回顾建筑的历史，你会发现建筑的结构一直有着悠久的表达自身的传统。在古典建筑的发展过程中，从传统的拱门结构开始，在建筑师对更高、更轻的追求下，发展到结构最为明显的哥特式教堂，形成了特色鲜明的尖肋拱门。尖拱、拱肋、横梁、小尖顶、飞扶壁等结构构件的组合及其布局、形状和尺寸，使荷载传递路径清晰可辨，产生非凡的艺术表现力。至今仍受到公众的好评。近代因结构表现力而引起广泛讨论的案例可以追溯到1851年的水晶宫、1889年的埃菲尔铁塔和机械馆（图1~3）。这三届世博会的“新”建筑结构带来了一种全新的美感，强烈震撼了那个时代的建筑理念，甚至可以说引领了整个工业美学的审美方向。近代以来，随着科学技术的发展，各种结构形式的出现以及新材料在建筑中的运用，结构逐渐成为建筑表现的重要因素，力的理性美学也得到了人们的广泛认可。建筑界。结构设计也成为建筑师设计的重要组成部分。选择合适的建筑结构不仅可以实现功能需求，甚至可以大大增强建筑的表现力。钢结构作为现代建筑技术的重要组成部分，受到了众多建筑师的青睐。尤其是在大跨度建筑和多种材料的组合方面，钢结构显示出其突出的优势，创造了许多优秀的建筑作品。
图1 水晶宫
图2 埃菲尔铁塔
图3 机械大厅
钢结构的应用带来建筑空间的变化
现代建筑理论基本上基于密斯的“宇宙空间”概念和勒·柯布西耶的多米诺骨牌系统。 “传统”现代建筑所使用的建筑材料主要是钢筋混凝土。由于其材料特性，建筑的结构体系主要为框架剪力墙结构。很难脱离传统的方形空间。然而，在当代建筑实践中，建筑师往往崇尚自由、流动之美，这就导致了很多矛盾。在建筑师对现代建筑不断批判的过程中，钢结构成为“超越”现代建筑最有力的“武器”。一方面，这拓宽了钢结构的应用方式，另一方面，也使得一种新型的建筑空间得以实现。突破，甚至产生新的建筑形式。
◆ 流动性
自由、流动是许多当代建筑师喊出的口号，但由于建筑本身固有用途的限制，很少有建筑师能够真正做到流动感的极致。
伊东丰雄的仙台媒体中心（图4、图5）建于2001年，可以说是当代建筑突破多米诺骨牌体系的一次重大尝试。这是一个由结构选择产生的平面，这种结构也形成了建筑最大的空间特征：灵活性和流动性。
图4 仙台媒体中心结构立体图
图5 仙台媒体中心剖面图
在结构上，本方案对传统的柱子进行了放大和分解，将不同数量的钢管层层连接起来，形成一组更大但更透明的巨柱。尺寸也根据功能和结构的需要而缩放。 “柱网”变得更加灵活，可以满足设备、管道、仓储、垂直运输等各种辅助功能的安置，使飞机能够充分用于施工活动，实现飞机机动性的最大释放（图6、图7）。
图6 仙台媒体中心内部空间
图7 仙台媒体中心平面图
楼板采用钢肋形式，每块厚约400毫米，并且没有梁，使整个建筑看起来像是从街道上漂浮起来。它由13根垂直变化的钢框架柱支撑，这些钢框架柱从地面延伸到屋顶。 ，形成强烈的视觉震撼效果（图8）。
图8 仙台媒体中心外实景
◆ 开放性
钢结构以及钢材与其他材料组成的组合结构的发展和应用，为无柱大跨空间的塑造提供了更多可能。使用所有其他材料很难实现这种空间效果。
唐户水产市场（2001年，图9）由日本建筑师池原义郎与结构学教授齐藤正男合作完成，由于荷载较大，需要更大的屋顶。另一方面，厚度不能影响屋顶花园的远观效果钢结构建筑效果图，梁高必须尽可能小。同时，基于结构抗盐害的耐久性和屋顶花园的功能需求，决定采用预制混凝土板、钢索拉梁和斜拉索组成的组合结构，形成巨大的立柱-跨度为44.8m的自由空间。在这个结构中，建筑师采用了带有弧度的预制屋面板，故意暴露出大量的结构，使2.57m高的张拉弦梁从屋顶伸出，在视觉上拉高了整个建筑的体量。这种张力的对比和力量形式的视觉表达使建筑不仅满足了功能需求，而且最大程度地体现了建筑师的设计意图：“将‘力的传递’和‘通常看不见的材料’可视化；使预制混凝土的强度（重量和高耐久性的视觉效果）与弦和缆绳的精致形成鲜明对比；三维的屋顶板和张拉的缆绳给人一种张力感，可以体现这里的劳动。人们的心情。”
图9 塘湖市场实景及结构图
◆ 透明度
从古典建筑的发展中，我们可以看到建筑师对透明度和光线的追求。现代，钢铁、玻璃等新兴材料引发的对建筑透明性的向往从未停止，第一个例子就是水晶宫。水晶宫由网格组件组成，形成平行和倾斜的透视线，然后消失在透明的光雾中。自此，透明度成为现代建筑的一个重要问题和典型特征。追求最大的透明度意味着尽量减少结构构件的投影面积，也就意味着让结构构件尽可能的细长，而钢结构在这方面具有天然的优势。工业化带来的进步使得部件的纤薄化和标准化成为可能。金属加工和玻璃制造技术的配合，使得当今的建筑能够在保证安全的同时，使用大面积的玻璃幕墙，而不会受到众多钢支撑的阻碍而失去透明度。
早在1981年，菲利普·约翰逊就设计了水晶大教堂（1981年，图10）。一万多块镀银玻璃用硅酮胶粘贴在一个巨大的三维网格上，形成一个几乎完全透明的结构，网格采用单向下弦排列，最大限度地减少横杆对光线的阻碍。同时，钢桁架的结构美感和韵律形式也在内部空间营造出独特的光影效果。 。
图10 水晶教堂内部实景图
◆特殊的皮肤纹理
由于钢结构的灵活性，可以根据需要选择其形式。您可以选择将主要支撑结构包裹在表皮下，或者选择将其暴露为建筑本身的立面，以创造独特的视觉效果。
由 Herzog & de Meuron Architekten 设计的东京 Prada Boutique Aoyama 旗舰店（Prada Boutique Aoyama，2003 年，图 11）在地基中使用氯丁橡胶轴承进行隔震。细长的钢框架构件确保立面覆盖菱形玻璃，与水平楼板和管状过渡室一起形成一个可以抵御地震的刚性笼子。外部笼状结构形成完整立面的同时，也彻底解放了内部空间钢结构建筑效果图，实现了空间、结构、表现力的高度统一。同时，钢结构的外部为黑色，内部被漆成白色，尽量减少其对光线和视线的阻碍，使结构在不违背整体建造逻辑和建筑语言的情况下最大程度地在视觉上易于消化。无论白天还是夜晚，整个建筑都清晰如水晶，就像一个三维展示窗。
图11 青山Prada旗舰店
另一个利用裸露钢结构表达建筑立面的典型例子是中国国家体育场——鸟巢（图12~14）。外部为整体焊接钢框架。整个建筑通过一个巨大的网状结构连接起来，并由结构构件支撑。里面没有一根柱子。每个大跨度主桁架通过相互配合、搭接形成主支撑系统。立面和顶面的二级结构与柱结构连接，形成大跨度的空间结构体系。最终，主次结构共同形成了最终的鸟巢形状的立面。
图12 鸟巢主体结构平面图
图13 鸟巢总体结构平面图
图14 鸟巢空间结构等轴测图
现在
形状
对面的
思考
在我国目前的建设实践中，大型公共建筑（航站楼、体育场馆等）仍主要采用钢结构。相比之下，在日本建筑业，钢结构广泛应用于小型建筑。例如上面提到的仙台媒体中心和青山Prada旗舰店都是中小型公共建筑。同时，日本存在大量的钢木混合结构，钢索等构件经常被许多日本设计师用来实现特殊的空间效果。
在中国的建筑实践中，钢结构使用的局限性是由许多实际因素造成的。笔者认为主要原因有两个。首先，在实际的施工实践过程中，建筑师和结构工程师之间的配合是比较被动和消极的，尤其是在一些中型工程中。沟通的后果是建筑师的设计意图往往与结构相反，无法实现空间效果与结构的相互成就。在小型项目和大型项目中，建筑师和结构工程师之间的互动都比较密切。这也和中国施工单位的运作方式有关系。与中国相比，日本的结构咨询多以办事处的形式运作。因此，建筑事务所和结构事务所之间的合作往往更加自由和开放，沟通也更加密切。因此，更容易产生新的、有趣的结构。形式和创新用途。在这方面，中国的建筑公司和设计院也在不断完善，建筑事务所的数量也在不断增加。其次，建设保守、落后。在实际工程施工中，日本工人的服从性比较高，能够严格按照图纸进行。中国工人很难接受新材料、新施工方法。他们更喜欢使用安全且无错误的方法。这也给建筑师在钢结构的使用上带来了很大的问题。但这方面也在不断完善。
对于建筑师来说，现实条件不容忽视，但他们能做的就是从建筑师的专业角度更多地了解结构知识，尝试更积极地沟通，最大程度地与结构工程师实现双赢并实现自己的设计意图。
