钢结构是建筑的重要结构表现形式之一。钢结构除了结构本身的支撑作用外，还在建筑的造型、细节、空间等方面丰富了建筑美学表达的多种可能性。
● 简介
钢结构是建筑史上推动了建筑演变和发展的一种建筑结构形式。但在谈论钢结构时，我们有时会坚持其作为支撑系统的基本功能，并将建筑物和结构分开来单独考虑。事实上，结构是建筑美学表达的重要组成部分。钢结构不仅在力学方面为结构设计提供了新的可能性，而且在具体的建筑设计实践中也丰富了建筑的美学表达。本文将从钢结构如何丰富建筑造型、细节和空间美学表达三个角度出发，选取典型案例展示钢结构丰富建筑美学表达的多种方式。
●理论基础
◆ 钢结构作为建筑结构的优点
钢结构是由钢构件组成的建筑结构类型。与传统建筑结构相比，它具有独特的材料性能和力学性能。多用于高层、超高层建筑和大跨度建筑的结构设计。在相同荷载条件下，材料强度较高的钢结构体系的重量远小于其他材料组成的结构体系。因此，结构的承重构件可以做得更薄、更小，为建筑物提供更多的可用空间。另外，钢结构具有良好的韧性。在建筑设计和施工中采用钢结构，不易因荷载过大而使建筑物变形，同时还具有良好的抗震性能。由此我们可以得出结论，钢结构为建筑师打破了很多材料和重力的束缚，为建筑设计提供了更多的可能性。
◆ 建筑的审美表达及其与结构的关系
维特鲁威定义的建筑三原则：“坚固、实用、美观”中，明确指出建筑具有审美价值。当代建筑的审美表达类型多为机械美学、生态美学、解构主义美学等。建筑的审美表达可以概括为建筑的审美意义被赋予并展现给人们的方式。建筑的审美表达往往是通过造型美、细节美、空间美等方面来实现的。在建筑的审美表达过程中，结构从来不缺席。正如叔本华所说：“建筑的美感体现在其自身的重量和支撑方式……最动人的美感是在材料的强度与约束之间的斗争中最全面、最合理的表达而形成的。” “结构的科学合理性存在于建筑艺术中，就像平衡和稳定一样。一定是建筑形式美的重要追求，结构形式也彰显了建筑的艺术美。结构不仅起支撑作用，结构设计本身也具有审美价值，无论是拱结构的弧线美，还是砌体结构的肌理美，都是结构赋予的审美表达。大楼。
● 钢结构如何丰富建筑的美学表达
◆ 钢结构如何丰富建筑的美学表达
(1)钢结构使建筑造型突破了传统的尺度和造型的限制
钢结构的出现，使建筑表现摆脱了传统建筑形式的束缚。原来的砖石结构由于材料本身的限制始终无法突破向上生长的限制，而钢结构建筑却可以以一种几乎不受重力约束的方式向上发展，就像埃菲尔铁塔一样于 1889 年在巴黎竣工（见图 1）。超过300m的建筑 建筑高度使其成为历史上超高层建筑的典范。除四个基座采用钢筋混凝土材料外，其他结构均为钢结构体系。钢结构使建筑在一定程度上突破了原有的建筑结构。抵抗向上生长所需的水平载荷。同时，高耸的三角形是对传统哥特式建筑美学的继承，但却远远超出了传统哥特式建筑的规模，呈现出一种不同于传统建筑的美学理念。钢结构赋予建筑简洁的美感。以及平衡、稳定的审美表达。
图1 埃菲尔铁塔
(2)钢结构，结构与外观高度统一。
复杂的钢结构体系本身也为建筑美感提供了新的视角。中国国家体育场“鸟巢”采用了一种复杂的钢结构体系，称为巨型大跨度钢桁架交叉旋转编织结构。钢结构直接构成了建筑独特的外观元素，实现了建筑结构和外观的高度化。统一。根据钢结构的材料特性和力学特性，建筑能够将看似无序的钢结构网格置于严格的受力系统中。 24根桁架柱、主桁架和立面下部结构共同构成了抗侧系统。受力系统通过多层次钢结构的叠加，形成看似无序、不规则的建筑立面造型（见图2~3）。在这种视觉错觉下，“鸟巢”的概念是通过空心钢结构构件相互穿插和支撑形成的网状结构体系来传达的（图4）。而这种模糊的象征意义赋予了建筑独特的动力和活力。同时，细长的钢结构构件传达了立面简洁、优雅的美学表达。这样的结构看似无序、“冗余”，但实际上它的“无序”是建立在复杂严谨的钢结构体系之上的，符合当代建筑美学，实现了确定性和随机性。钢结构的统一实现了“结构即外观”的设计理念，这是钢结构丰富的建筑造型的美学表达。
图2 钢结构模型-鸟巢主体结构
图3 钢结构模型-主体结构加次要结构
图4 鸟巢施工图
◆ 钢结构如何丰富建筑细节的美学表达
(1)钢结构材料独特的质感
钢材具有良好的吸收和反射光线的能力钢结构表示方法，并且由于其质地均匀，通过加工可以呈现亮光或哑光等独特的纹理。镜面不锈钢等光亮钢材具有优异的反射率，能够与建筑周围环境积极互动。由于材料中明暗对比较高，结合独特的结构设计，能够很好地表达建筑的物理美。斯图加特保时捷博物馆展厅下部（图5）的抛光不锈钢板可以产生强烈的反射。这种反射效果可以大大减弱上部建筑体量大带来的压迫感和侵扰感。同时，表面也会受到阳光的影响。产生独特的光斑效果，波光粼粼，隐约倒影，映照出建筑周围环境的轮廓。这样的结构和细部设计，不仅展现了钢结构材料独特的质感，也丰富了建筑的质感。也给人一种现代感、科技感，丰富了建筑机械美学表达的可能性。
图5 斯图加特保时捷博物馆
与闪亮钢板的科技感和未来感不同，耐候钢板具有粗糙磨砂表面的质朴和沧桑感。独特的纹理材质为建筑的细节纹理设计提供了更多的可能性。例如，暨大中法中心（图6）选择采用钢结构和耐候钢板进行细节处理。耐候钢板上斑驳的锈迹形成了建筑表皮独特的色彩和纹理。这种独特的肌理使得中法中心与周围的历史建筑产生了文脉呼应，展现了建筑本身所承载的文化传承理念，赋予了建筑独特的人文历史美感，丰富了建筑解构美学的可能性表达。
图6 同济大学中法中心
（二）钢结构与其他材料结合形成的丰富的建筑肌理
除了钢结构本身独特的材质质感外，钢结构组成的框架也使得更多新材料的使用和尝试成为可能。国家游泳中心“水立方”（图7）钢结构细部具有独特的肌理美学表达。严格来说，水立方是钢结构与膜结构相结合的产物。钢结构实现大跨度支撑和稳定，同时为表层膜结构提供落地点，勾勒出膜的分型轮廓。在独特的钢结构中，“气泡”外观的轮廓最终形成了独特的充满水的细致纹理，这也成为建筑的设计母题，丰富了建筑肌理美学表达的可能性。
图7 水立方结构模型、钢结构、表皮细节
◆ 钢结构如何丰富建筑的空间美学表达
空间是建筑的灵魂钢结构表示方法，建筑的空间生成取决于其选择的结构体系。不同结构类型的选择将直接影响建筑的空间美学表达。传统的结构类型通常受到材料特性和机械性能考虑的限制，这可能与建筑设计中的空间要求（例如大跨度空间）相冲突。并且由于结构的需要，传统建筑结构中柱的体积和插入位置往往会破坏建筑空间的完整性和统一性。钢结构优异的力学性能为结构设计提供了更多的可能性。石上纯也的Kait工作室（图8），独特的钢结构体系完美诠释了其对空间美学的独特表达。建筑总面积约2000平方米。其结构体系由305根柱支撑，但其中只有42根是承受水平荷载的受压构件。另外 263 根是受拉杆件。每根立柱都细而扁，最厚的一根压力柱横截面尺寸只有63mm×90mm，而且每根立柱的尺寸都不同。它们的放置位置不规则，在平面上的旋转也不同。转个角度，通过预应力施工方法，用受压构件支撑屋顶，然后加压，模拟其可能承受的最大雪荷载。屋顶轻微变形后，受拉构件与梁和基础连接。整个结构呈现出一种微妙的力学控制与平衡，给人一种轻盈的感觉。这样的钢结构体系本身就是对建筑结构所追求的平衡稳定美学的回应。不存在具有明确空间边界的“自由空间”。这是这座建筑的主要设计理念。立柱不同的旋转角度不仅在视觉上给人不同视角的不同场景，而且起到了模糊的空间界定和流线引导的作用。 （见图 9）。通过这个钢结构系统，人们可以在其中感受到一种独特的空间体验，就像漫步在森林中一样。与建筑设计高度同步的精美钢结构设计，让建筑独特的空间美学理念得以成功表达。
图8 Kait车间透视图
图9 Kait车间内部空间图
● 结论
建筑设计的发展始终离不开结构设计的发展和创新应用。优秀的建筑美学表达离不开建筑结构类型的合理选择和准确的设计计算。钢结构体系在建筑形式上为建筑的物理美学表达提供了新的思路。钢结构本身的材质以及与其他材料的结合也为建筑细节肌理的美学表达带来了新的起点。钢结构体系还利用其自身优异的力学性能，为建筑空间的美学表达提供了更多的可能性。钢结构的运用本身就符合现当代建筑美学中所倡导的机械美学和解构主义美学理念，钢结构体系赋予了建筑的美学表达更多的现代感。因此，钢结构仍在丰富着建筑的美学表达，并且永远不会停止！
钢结构建筑的进展
