当代公共建筑设计的空间规模和物理复杂性日益增加，传统的钢筋混凝土体系常常被拉伸，导致钢结构的广泛使用来解决相应的问题。钢结构具有重量轻、易于加工、施工快捷等优点，因此被广泛应用于高层、大跨度、复杂建筑等领域。目前，钢结构设计在许多设计单位已成为独立的结构工种，这显示了钢结构在建筑工程设计中的特殊属性。
建筑师如何合理高效地选择钢结构形式，如何将钢结构与建筑语言有机结合，如何在工程设计过程中抓住建筑主导权，这些都给了建筑师许多需要考虑的问题。对于建筑师来说，建筑设计实践是一个扎实基础和积累经验相辅相成的过程，其中会有很多得与失。笔者在十几年的建筑实践过程中，也主持设计过一些采用钢结构体系的建筑项目，其中不仅包括多种公共建筑形式，还尝试了多种钢结构类型。在钢结构施工过程中，有人说——“衣服越来越宽，但我不再后悔，因为美丽而感到憔悴”。
本文记录了笔者一些钢结构项目的设计和施工过程，也做出了相应的思考和总结。可以说，时不时就能看到豹子的身影。
笔者设计的钢结构工程（唐家军、魏淑祥摄）
1、钢结构屋面类型选择的尝试
由于钢结构本身的受力优势，与钢筋混凝土体系相比可以具有更大的跨高比，并且可以形成空间杆结构。因此，钢结构在大跨度屋面系统中应用最为广泛。在建筑工程中，桁架、网格和钢梁是解决不同跨度要求的常用手段。
哈尔滨道外客运站
设计时间：2005年 施工时间：2007年
道外客运站项目位于哈尔滨道外老城区。这是笔者设计的第一个以钢结构为主的实际建筑项目。该项目体现了公共交通简洁、高效的空间特征。对于当时的笔者来说，整个设计过程可谓是摸着石头过河，一步步进行。由于该建筑竣工较早，设计的复杂程度和完成情况都比较简单。在整个设计和施工过程中，笔者初步了解了钢结构的施工流程、钢结构与幕墙的组合、钢结构的详细节点等基础知识。可以说，这是我钢结构施工的第一课。本课程的大部分内容是在施工过程中进行的。
道外客运站航拍图（唐家军 摄）
建筑设计结合交通建筑的特点，形成狭长的大跨度共享空间，同时在平面和立面上进行双曲面的空间变化。建筑大厅的开间排列为12米，最大深度为24米。这种单向的大跨度空间特征最适合采用钢桁架或钢梁的形式布置。由于本案的造型特点和经济考虑，最终方案中的共享大厅采用了落地管桁架的形式，将屋顶和前立面融为一体。
建筑剖面
钢桁架施工照片（唐家军 摄）
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钢结构屋面平面布置图
钢结构的每个桁架独立建造，并与幕墙系统完全连接，形成一体化的双曲面结构。设计希望展现结构的空间特征，在整个室内空间采用裸露钢结构处理。三角桁架的腹板形式由结构设计师计算。在这方面，建筑师往往无法很好地控制形式细节。为了加强空间中三角形桁架的水平视觉联系，作者在屋顶和幕墙上都进行了三角形的水平拉杆设计。虽然这些水平裸露的杆件不是最优的构件策略，但它们在结构形式上会增强整体效果，因此建筑师仍然可以在结构的合理范围内添加一些自己的小想法。
钢桁架施工节点（唐家军 摄）
外幕墙施工照片（唐家军 摄）
室内钢桁架完成后照片（魏淑祥 摄）
哈尔滨橄榄山礼拜堂
设计时间：2007年 施工时间：2009年
道外客运站建成后，笔者恰巧设计了另一个钢结构框架体系。该项目是一座位于哈尔滨郊区山脚下的基督教教堂。中国的基督教属于新教范畴。负责该项目的牧师希望教堂能够摆脱传统古典教堂形式的束缚，同时具备大型会议的功能。最终的教堂设计形成了局部犹太教堂式的空间类型。
礼拜堂照片（魏淑祥 摄）
由于教堂的建筑形态由多个双曲线造型组成，大空间屋顶最宽处达到30米跨度，整体钢结构设计将更好地体现建筑的空间逻辑。教堂大空间的两个方向相对平衡。一般来说，网格系统会更经济。但网架屋顶及周边竖向支撑钢柱的完整性欠缺，交接节点会相对混乱。如果教堂内的网格结构裸露，就会影响空间的气氛。因此，最终结构采用钢框架结构的形式，跨度20-30米的钢梁在经济上也是可以接受的。
建筑剖面
钢结构模型
钢架施工照片（唐家军 摄）
钢结构屋面平面布置图
钢结构立面图
钢结构的竖向钢柱和横向钢梁均采用H型钢结构。平面弧形钢柱沿外围发散排列，并与顶部钢梁焊接。同时，主体钢结构杆件延续了建筑的外部造型，形成了完整的框架。 。建筑的铝板、玻璃幕墙与双曲钢结构融为一体，一体化设计。钢结构和幕墙拉杆也暴露在室内，以凸显建筑形式和结构的完整性。
H型钢施工细节（唐家军 摄）
与道尾客运站落地式管桁架相比，异形钢架系统用钢量较大，计算也相对复杂。最终完成的H型钢截面尺寸比笔者预想的要大，而且部分钢梁、钢柱的裸露节点也较多，这会极大地影响钢结构的空间效果。但钢框架体系的建筑骨架清晰，建筑整体空间感较好，室内吊顶也会有更洁净的处理效果。这些也是钢框架系统的一些优点。不同钢结构体系的选择会给建筑带来不同的空间氛围，也会塑造建筑不同的性格。这是建筑师需要把握的。
室内钢结构完工照片（唐家军 摄）
室内钢结构一角（魏淑祥 摄）
大兴安岭文化体育中心
设计时间：2009年 施工时间：2013年
随着道外客运站和橄榄山礼拜堂的建成，笔者和当时的设计团队更加坚定了对钢结构设计的信心。大兴安岭文化体育中心是在经验积累的基础上建成的较大跨度的公共建筑。文体中心主要功能为体育赛事。同时，还将群众休闲健身、展览展示、文艺表演等功能需求融入场馆，充分利用体育场大空间特有的灵活性，进行多功能设计。
文体中心照片（唐家骏 摄）
根据建筑的空间特点和场馆的需要，设计采用两片式弧形网格系统，位于混凝土平台上。主体育场双向跨度接近70米。钢梁结构远远不适合。桁架结构不如网架结构清晰、经济。因此，主体育场经计算形成双层网格结构。设计。
建筑剖面
主体育场钢网架施工照片（唐家军 摄）
为了实现看台区域建筑的外部物理特征，避免屋顶给看台增加荷载，整体网格采用弧形落地处理。落地网格两侧由树桩钢柱支撑，形成完整的三维空间网格。
落地格子照片（唐家骏 摄）
网格细节照（唐家骏 摄）
侧向钢柱施工照片（唐家军 摄）
网格是一种刚度高、整体性好、成本低的空间受力系统。最适用于形状均匀的大跨度屋顶。但网格系统也存在极点混乱、视觉通透性差的缺点。而且，网格形式不利于凸显建筑与结构之间的秩序。因此，很多建筑网格最终都是室内的吊顶。处理。在一些钢梁无法解决的大跨度系统中，需要有效选择网格和桁架的形式。但基础杆系应从建筑师的角度进行优化，避免建筑师与结构工程师思想分离，从而达到对建筑空间更好的理解。设计理念。
钢结构雨棚施工细节（唐家军 摄）
主体育场钢网架竣工照片（唐家军 摄）
2、钢结构造型的思考
如上所述，钢结构的出现更多是为了解决屋顶的跨度问题。然而，随着当代审美意识的演变和软件技术的支持，大型公共建筑的建筑形式变得更加复杂，使得传统结构无法很好地解决异化的建筑形式。尤其是钢结构具有易加工、重量轻、施工方便等优点，可与幕墙系统一体化，广泛应用于当代复杂建筑造型的塑造。
大庆公路客运总站站
设计时间：2009年 施工时间：2011年
经过上述公建工程的钢结构实验后，笔者及团队进行了大庆公路客运站的建筑设计。该项目不仅解决了空间跨度的问题，还面临着如何利用结构将建筑形态、屋顶、幕墙融为一体。有机融合。该项目是一座集公路客运、办公、住宿于一体的综合交通大楼。现在回想起来，最初的设计总感觉比较正式，但这也可能是成长的过程。中国建筑业的快速发展为年轻建筑师提供了很多实践机会，但当然也反映出建筑学上的一些不成熟。
大庆公路客运站照片（魏淑祥 摄）
建筑部分（唐家骏 摄）
建筑剖面
为了降低复杂性，大庆公路客运站屋顶没有采用双曲面的三维变化，而是结合排水方向在屋顶上采用了单曲线形式。建筑底层大空间的屋顶仍然采用最经济合理的网格形式。屋顶系统没有太大突破。该项目的难点在于如何统一复杂立面的形式和结构。
钢结构施工照片（唐家军 拍摄）
沿街建筑主立面幕墙拉杆采用不规则斜撑。这部分钢结构与幕墙系统融为一体，形成整体竖向结构体系，既支撑屋顶又满足幕墙的抗风能力。 。由于主立面缺乏竖向杆件，整体承载能力不足，在室内网格中部增加了竖向三角支撑，以减轻主立面幕墙结构的屋面荷载压力。
钢结构模型示意图
主立面钢结构图纸
主立面幕墙钢结构施工（唐家军 摄）
最终设计的主体幕墙大胆拆除了竖向支撑柱，使建筑室内外立面和谐统一。当时大庆公路客运站的结构体系表现出极大的综合性和复杂性钢结构雨棚效果图，这对建筑师和结构工程师都提出了一定的挑战。在与钢结构设计师合作的过程中，为了控制整体造价，笔者及团队在屋面结构体系上做出了一定的让步，而对立面幕墙的结构体系则相对坚持。整个塑身过程可谓有得有失。为了实现建筑理念，甚至有些结构体系并不完全符合常规合理性。可以说，如何利用钢结构来提升建筑语言是当代公共建筑的重要问题之一。
网格与三角柱（唐家骏 摄）
完成后的室内照片（唐家俊拍摄）
龙江公路客运北站
设计时间：2016年 施工时间：2019年
龙江公路客运北站是一座中小型公共建筑。由于项目规模较小且形状不规则，整个建筑采用了更为纯粹的全钢结构设计。同时，笔者主持了从建筑到室内到幕墙的整体设计，从而更有效地进行综合控制。
龙江公路客运北站照片（唐家军 摄）
由于建筑屋面未达到大跨度的空间尺度，钢框架成为建筑的结构体系，建筑的水平屋面、楼板支撑广泛采用H型钢。 H型钢随着建筑造型的变化而上下设置，钢架成为建筑表皮下清晰的骨架。
建筑剖面
钢架施工照片（唐家军 摄）
通常钢结构和幕墙的设计往往是由不同专业完成的，因此两个专业之间往往存在分离，两个专业之间也存在一些交叉碰撞。龙江公路客运北站尝试了立面三角形幕墙的详细设计。该部分在设计之初就包含在钢结构设计中，以避免竖向支撑与幕墙拉杆反复发生冲突。主立面上的垂直钢柱和斜向幕墙拉杆均采用矩形管形式。钢柱通过斜拉杆连接，取消了高耸钢柱之间的横向拉杆，展现了整体立面。幕墙结构。
室内外幕墙施工照片（唐家军 摄）
钢结构在塑造建筑形态时要注意与建筑的一致性。一方面，在设计之初，要避免结构与形式的孤立，避免杂乱的结构构件成为建筑形式的附属物；另一方面，必须加强钢结构各个环节的实践经验，特别是钢结构和幕墙系统的整体思考，同时掌握建筑室内外钢结构语言的综合效果。 。
内饰完成照（唐家骏拍摄）
3、钢结构结构创新探索
建筑师所谓的钢结构创新，不是简单的结构选择，也不是繁琐的建筑造型，而是探索钢结构特性、展现钢结构美学的创造。当然，这一点对于作者来说还有很长的路要走。在后续的设计中，作者也力求在钢结构方面做出一些突破性的尝试。
大庆西城公路客运总站站
设计时间：2016年预计竣工时间：2022年
大庆西城公路客运总站站是一座功能性很强的建筑。由于中国的火车站和车站广场隶属于不同的主管部门，火车站和周边建筑往往各行其是。该建筑与火车站轴线进行突破性连接，延续火车站的出站功能，集长途汽车、公交车、出租车、私家车综合集疏运功能于一体。整体建筑呈现中央通道式交通建筑格局。
西城客运站航拍效果图
一方面，新站房必须穿过广场下方的城市隧道与火车站出站通道相连接；另一方面，必须通过立交桥与二楼火车站发车通道相连。建筑的功能布局最终呈现出三边雨棚、一连廊的格局，大大增强了未来建筑结构的复杂性。因此钢结构雨棚效果图，建筑方案尽可能简化建筑语言，使物理特征与建筑功能更加融合。
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建筑部分1
钢结构模型1
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钢结构模型2
考虑到建筑特点和功能需求，建筑的地上部分仍然采用了笔者熟悉的全钢结构框架体系。当然，这一次会面临更多的实际问题。为了迎合火车站的造型，建筑采用了斜柱和弧形钢梁的格局。同时，两侧室外雨篷根据功能需求降低，与主体建筑形成一体的结构语言，最终呈现出中间和两侧的高挑高度。底部框架图案。
建筑第2部分
钢框架结构施工照片（唐家军 摄）
由于屋顶最大跨度达到60米，建筑中部增加了两排垂直屋顶支撑。为了找到室内钢结构柱间距与屋面次梁跨度的平衡，创新尝试采用双曲相交花瓣形屋面梁和Y形大空间支撑柱。室内装饰中主体钢结构裸露，展现结构的物理特征。
花瓣梁施工照片（唐家骏 摄）
Y型柱施工照片（唐家军 摄）
该项目想要表达结构的清晰度和美观性，因此所有钢元素都采用了一致的语言。但由于钢结构体系和构件节点的复杂性，导致钢结构的计算一度困难重重。建筑师和结构工程师继续工作和碰撞。最终，一些结构的规模超出了作者的预期。同时，弯曲钢梁也给加工和施工带来了挑战。难度较大。可以说，这个项目是笔者在钢结构创新之路上的重要一课。如何巧妙有效地解决结构性问题，仍需不断探索。
室内效果图
4. 结论
在钢结构项目中，建筑师应该掌握选型的基本知识，然后思考结构创新，而不是把这些权利和义务全部留给结构设计师。当然，结构设计师也应该思考结构创作并讨论结构定型，而不是简单地实现建筑的跨度和形状。钢结构是复杂公共建筑的基本骨架，也是大型建筑空间的造型元素。钢结构不仅让建筑师着迷，成为他们的法宝，也让他们迷失方向，成为他们沉重的负担。这就是建筑钢结构的魅力。
（注：本文照片及效果图版权归设计师唐家俊及设计单位哈尔滨天辰建筑设计事务所所有）
注：本文转载自A05工作室。本文已获得授权。感谢编辑的精心组织。如需转载，请联系原作者。
