王玉芬 何 影

(東北林業(yè)大學(xué)土木工程學(xué)院，黑龍江 哈爾濱 150040)

交通對(duì)現(xiàn)在的人們是不可缺少的，而由交通衍生出來的交通建筑是城市的一個(gè)重要組成部分，更是城市交通體系中的重要環(huán)節(jié)，當(dāng)今的交通建筑不僅僅是作為建筑來使用，也顯示了一個(gè)城市的形象，這也使得建筑師對(duì)交通建筑造型有了更高的要求。

1 交通建筑造型的影響因素

1.1 建筑結(jié)構(gòu)體系的劃分

建筑造型受到建筑結(jié)構(gòu)、功能空間、場(chǎng)所環(huán)境、建筑性格等多方面因素制約，在所有這些因素中，建筑結(jié)構(gòu)毫無疑問的是起到了主導(dǎo)作用，結(jié)構(gòu)體系是建筑造型的基本，所以在某種程度上可以說又決定了建筑的造型，按組成建筑結(jié)構(gòu)的主體結(jié)構(gòu)形式劃分可以分為墻體結(jié)構(gòu)、框架結(jié)構(gòu)、框架—剪力墻(抗震墻)、筒體結(jié)構(gòu)、桁架結(jié)構(gòu)、拱形結(jié)構(gòu)、網(wǎng)架結(jié)構(gòu)、空間薄壁結(jié)構(gòu)(包括薄殼、折板、幕式結(jié)構(gòu))、鋼索結(jié)構(gòu)(懸索結(jié)構(gòu))、薄膜結(jié)構(gòu)。此外尚可按建筑結(jié)構(gòu)的受力特點(diǎn)劃分為平面結(jié)構(gòu)體系和空間結(jié)構(gòu)體系兩大類。比如薄腹梁結(jié)構(gòu)、桁架結(jié)構(gòu)、拱結(jié)構(gòu)就屬于平面結(jié)構(gòu)體系，它是把結(jié)構(gòu)構(gòu)件本身作為獨(dú)立單元來考慮，如果把所有的組成構(gòu)件協(xié)同起來工作，去跨越空間的話，整體作用就會(huì)大于單個(gè)構(gòu)件作用之和，而且多向受力比單向受力更能發(fā)揮材料的特性，空間工作比平面工作更符合自然傳遞路線，這就導(dǎo)致了空間結(jié)構(gòu)的產(chǎn)生。如殼體結(jié)構(gòu)、網(wǎng)架結(jié)構(gòu)、懸索結(jié)構(gòu)、膜結(jié)構(gòu)等。交通建筑從使用功能上講是需要大跨度空間，大跨度建筑的拱、殼、懸索、網(wǎng)架等空間結(jié)構(gòu)形式的出現(xiàn)和一些新技術(shù)的應(yīng)用，使建筑造型的多樣性和獨(dú)特性成為可能[1，2]。

1.2 交通建筑的分類

交通建筑包括空港航站樓、鐵路旅客站、公路客運(yùn)站、港口客運(yùn)站、地鐵輕軌站、高速公路服務(wù)區(qū)和城市公交換乘站。

1.3 處理建筑造型的手法

大空間建筑造型設(shè)計(jì)有許多手法可以運(yùn)用，使用純凈的幾何形態(tài)是較為常用的設(shè)計(jì)手法，一個(gè)或多個(gè)幾何形體可以通過使用加減法、穿插咬合、切割疊加等處理手法，利用幾何形體的抽象特征賦予形體精神上的意義，從而達(dá)到美觀的效果;隨著新技術(shù)新工藝的發(fā)展，我們看到更多地新奇的建筑形式，人們的接受度也變得廣泛，建筑對(duì)自然形態(tài)的模擬也逐漸變成建筑師們所常使用的一種設(shè)計(jì)手法，而廣闊的大自然又為我們提供了數(shù)之不盡的素材，我們可以借鑒自然景物形態(tài)的結(jié)構(gòu)與機(jī)理形成建筑的秩序感，構(gòu)成建筑使之更自然的融入環(huán)境;韻律體現(xiàn)了重復(fù)出現(xiàn)的基本意圖，使建筑成為組合建筑形式和空間的一種手段，由于規(guī)律的重復(fù)出現(xiàn)或者有秩序的變化，從而使人們覺得是有美感的，在建筑中，韻律的重復(fù)是由建筑設(shè)計(jì)所引起視覺可見元素的重復(fù)，如結(jié)構(gòu)構(gòu)件、陰影和光線、不同色彩和開洞孔等，建筑的造型就是通過這些因素的協(xié)調(diào)應(yīng)用來表現(xiàn);建筑材料在建筑造型上也有很大影響，交通建筑要表現(xiàn)出地域的可識(shí)別性，就地取材有鮮明色彩的地方建筑材料就是十分重要的。建筑造型的多樣性是通過結(jié)構(gòu)的均衡和穩(wěn)定、韻律與節(jié)奏、連續(xù)性與漸變性的運(yùn)用來體現(xiàn)[3，4]。

結(jié)構(gòu)本身富有藝術(shù)表現(xiàn)力，是構(gòu)成藝術(shù)形象的重要因素，為了達(dá)到安全和堅(jiān)固的目的，各種結(jié)構(gòu)體系都是由構(gòu)件按照一定的規(guī)律組成的。這種規(guī)律性的東西本身就具有極強(qiáng)的造型效果，比如古羅馬建筑中常見的拱券結(jié)構(gòu)形式，中國(guó)古建筑中獨(dú)有的斗拱形式，現(xiàn)代建筑中球節(jié)點(diǎn)鋼網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，以及懸挑結(jié)構(gòu)等。

自然地顯示結(jié)構(gòu)，并不是簡(jiǎn)單地顯示結(jié)構(gòu)本身。結(jié)構(gòu)本身并不等于藝術(shù)美，而是要經(jīng)過建筑師認(rèn)真地選擇適合建筑的結(jié)構(gòu)形式并加以恰如其分的藝術(shù)創(chuàng)造，才能形成美好的建筑藝術(shù)形象，談到建筑造型首先考慮的是建筑的使用功能，需要不同的建筑空間，處理好建筑功能和建筑空間的關(guān)系，選擇合理的結(jié)構(gòu)體系，然后去發(fā)現(xiàn)、選擇那些建筑結(jié)構(gòu)本身具有的美學(xué)價(jià)值因素，在選擇的基礎(chǔ)上，根據(jù)建筑構(gòu)圖原理，對(duì)那些具有美學(xué)價(jià)值的結(jié)構(gòu)因素進(jìn)行藝術(shù)的加工和創(chuàng)造，從而利用這些來創(chuàng)造出令人印象深刻的交通建筑[5]。

2 拱結(jié)構(gòu)體系

2.1 拱結(jié)構(gòu)采用的材料

在建筑和橋梁的工程中，拱是一種應(yīng)用比較廣泛的形式，拱的歷史悠久，無論是在中國(guó)還是在外國(guó)建筑歷史的舞臺(tái)上都可以見到它的影子，由于拱的受力性能較好，能夠較充分的利用材料強(qiáng)度，因此可以采用像木、磚、石這樣易取得的材料，也可使用像鋼筋混凝土和鋼材這樣的新式材料，可以獲得良好的經(jīng)濟(jì)效益和建筑造型效果[6]。

2.2 力學(xué)原理對(duì)拱結(jié)構(gòu)的分析

根據(jù)力學(xué)原理選擇合理的結(jié)構(gòu)形式，使結(jié)構(gòu)處于無彎矩狀態(tài)，以達(dá)到受力合理及節(jié)省材料的目的。根據(jù)力學(xué)原理及材料的特性可知，軸心受力的構(gòu)件比偏心受力或彎、剪受力的構(gòu)件更能充分利用材料的強(qiáng)度，人們由此創(chuàng)造出了多種形式的結(jié)構(gòu)，使這些結(jié)構(gòu)構(gòu)件處于無彎矩狀態(tài)，從而使材料的力學(xué)性能得到充分發(fā)揮[7]。

2.3 拱結(jié)構(gòu)體系的特點(diǎn)

拱結(jié)構(gòu)克服了一般承重構(gòu)件自重大、不能跨越大跨度的缺點(diǎn)，從力學(xué)的角度分析，拱屬于軸心受力結(jié)構(gòu)，拱主要的內(nèi)力是軸向壓力，其截面上的應(yīng)力分布比較均勻，一般情況下，其截面內(nèi)的彎矩是較小的，當(dāng)其軸線為合理曲線時(shí)，可以使全截面受壓，如果拱軸曲線處理得當(dāng)，甚至可以完全做到無彎矩狀態(tài)，此外，由于拱主要承受軸向壓力，故可以充分利用抗拉性能弱而抗壓性能強(qiáng)的材料，材料來源廣泛、易于就地取材，如磚、石、混凝土等[8]。充分利用結(jié)構(gòu)材料的力學(xué)性能，選用材料的原則是充分利用它們的長(zhǎng)處，避免和克服它們的短處，例如可以利用混凝土、磚石砌體建造較大跨度的受壓為主的拱式結(jié)構(gòu)。但是，由于水平推力的存在，拱需要有堅(jiān)固的基礎(chǔ)或支撐結(jié)構(gòu)。同時(shí)，拱的構(gòu)造比較復(fù)雜，施工費(fèi)用大。

3 實(shí)例分析

里昂機(jī)場(chǎng)鐵路客運(yùn)站是一個(gè)交通綜合體，是由法國(guó)建筑師卡拉特拉瓦(Santiago Calatrava)和結(jié)構(gòu)工程師 Alexis Bourrat，Sebastien Mamet合作共同完成的，項(xiàng)目主體由車站和鐵路站臺(tái)組成，車站大廳形如振翅欲飛的飛鳥，外形突出，起到地標(biāo)性作用，見圖1。結(jié)構(gòu)類型為無鉸拱，無鉸拱屬于超靜定結(jié)構(gòu)，一般情況下，只有在地基良好或者兩側(cè)拱腳處有穩(wěn)固邊跨結(jié)構(gòu)時(shí)，才采用無鉸拱，無鉸拱用于橋梁結(jié)構(gòu)中比較普遍，而在房屋建筑工程中應(yīng)用較少。車站大廳屋頂由四座呈放射狀布置的鋼管拱支撐，中軸對(duì)稱，前端為一個(gè)巨大的鋼筋混凝土基座，外側(cè)兩拱的跨度和高度比內(nèi)側(cè)兩拱要大。內(nèi)側(cè)兩拱之間支撐著中央屋架，其頂部開設(shè)有天窗。內(nèi)拱與外拱之間架設(shè)鋼梁，鋼梁向外出挑，越接近后端鋼梁出挑越多，見圖2。

建筑兩側(cè)墻面為玻璃幕墻，鋼柱固定在下部混凝土拱與上部鋼拱之間。下部混凝土拱頂還支撐著一系列斜柱，這些斜柱通過短桿與幕墻的鋼柱呈三角構(gòu)造連接，撐托支撐懸挑屋頂?shù)男睏U，見圖3。

站臺(tái)部分由開有天窗的拱頂及其下部斜向交織的混凝土梁柱構(gòu)成，通過對(duì)混凝土塑性特征的把握，創(chuàng)造出豐富的建筑形象。總共有六條鐵路線穿過其底部，中間的軌道設(shè)計(jì)可供時(shí)速300 km/h的高速列車穿過。這個(gè)軌道被罩上了一個(gè)混凝土的外殼，削弱了高速列車通過時(shí)對(duì)周圍產(chǎn)生的沖擊波，同時(shí)這個(gè)外殼又巧妙地成為上部廊道和屋頂?shù)闹谓Y(jié)構(gòu)。

車站大廳結(jié)構(gòu)荷載最復(fù)雜的地方在四座鋼拱的交匯拱腳，巨大的荷載通過鋼拱匯集到這里，所以拱腳采用巨大的構(gòu)造尺寸。外側(cè)拱的壓力有一部分通過豎向鋼柱傳遞到下部混凝土拱上，這樣可以有效減小四絞拱交匯處的巨大水平推力，見圖4。

屋頂?shù)慕嵌群蛻姨艨紤]到太陽高度角的變化規(guī)律，使得6月～11月間日光無法直接射入室內(nèi)。四拱交匯處抽象雕塑般的混凝土構(gòu)件，來自于對(duì)結(jié)構(gòu)的精密計(jì)算以及對(duì)材料力學(xué)性能的精準(zhǔn)把握，在視覺上這種混凝土的實(shí)體感覺也與鋼材桿件和玻璃所形成的輕盈感形成強(qiáng)烈的對(duì)比。

建筑師合理利用了拱結(jié)構(gòu)跨越空間能力好的特點(diǎn)，使四座拱支撐其大廳屋頂，通過對(duì)拱結(jié)構(gòu)角度和跨度的巧妙處理，以及屋頂?shù)倪m當(dāng)懸挑，獲得了獨(dú)特的建筑外觀，展現(xiàn)了拱結(jié)構(gòu)的造型能力。

4 結(jié)語

一個(gè)優(yōu)秀的建筑師，應(yīng)該掌握結(jié)構(gòu)體系的各種特點(diǎn)，以便更好地應(yīng)用結(jié)構(gòu)體系，在建筑中自然地顯示結(jié)構(gòu)，最大化的發(fā)揮結(jié)構(gòu)的藝術(shù)表現(xiàn)力，把結(jié)構(gòu)形式和建筑的空間藝術(shù)形象融合起來，使兩者成為統(tǒng)一體，而不是將技術(shù)與藝術(shù)機(jī)械地相加。

[1]曲翠松.建筑結(jié)構(gòu)體系與形態(tài)設(shè)計(jì)[M].北京:中國(guó)電力出版社，2010.

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[3]樊振和.建筑結(jié)構(gòu)體系及選型[M].北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2011.

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[5]高莉娟.基于結(jié)構(gòu)形態(tài)的鐵路客運(yùn)站研究[D].成都:西南交通大學(xué)，2010.

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