王慧玲

【摘 要】在當(dāng)今世界建筑舞臺(tái)上，結(jié)構(gòu)工程師們也有機(jī)會(huì)參與建筑藝術(shù)品的設(shè)計(jì)和創(chuàng)作。他們把推敲建筑藝術(shù)表現(xiàn)和結(jié)合結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的工作有機(jī)的整合了起來。本文主要以東北大學(xué)綜合科技大樓項(xiàng)目為例研究在建筑設(shè)計(jì)中結(jié)構(gòu)工程師通過何種途徑來體現(xiàn)建筑的藝術(shù)性。

【關(guān)鍵詞】結(jié)構(gòu)工程師；建筑設(shè)計(jì)；藝術(shù)表現(xiàn)

本文以東北大學(xué)綜合科技大樓為例，詳述在建筑設(shè)計(jì)中，專業(yè)間的配合在非常受限制的情況下，結(jié)構(gòu)工程師在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面如何通過完善建筑功能體現(xiàn)藝術(shù)表現(xiàn)的工程實(shí)踐。該工程是清華大學(xué)建筑學(xué)院和東北大學(xué)設(shè)計(jì)院合作。

該項(xiàng)目在第五屆中國(guó)建筑學(xué)會(huì)上獲得了優(yōu)秀建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)獎(jiǎng)。作為一名建筑設(shè)計(jì)人員能夠參加?xùn)|北大學(xué)綜合科技大樓項(xiàng)目，并且從頭至尾了解到其中的各個(gè)環(huán)節(jié)，實(shí)在是一個(gè)難得的機(jī)會(huì)。筆者也在實(shí)踐的過程中了解了建筑創(chuàng)新與技術(shù)創(chuàng)新的過程，體會(huì)到合作與創(chuàng)造的艱難。

1項(xiàng)目介紹

東北大學(xué)綜合科技大樓總建筑面積39422㎡，地上十五層，地下一層，總高度65.5m。該建筑建于東北大學(xué)校園內(nèi)，場(chǎng)地位于東北大學(xué)校園南北主軸線上。大樓的建筑風(fēng)格傳承校園建筑的傳統(tǒng)風(fēng)格，與校園總體規(guī)劃及周邊環(huán)境相協(xié)調(diào)，與原有建筑和諧共處，又體現(xiàn)出較強(qiáng)的時(shí)代感。

建筑平面設(shè)計(jì)呈矩形，長(zhǎng)85.68m，寬35.36m。柱網(wǎng)尺寸7.5m×7.3m，并設(shè)15m×22.5m中庭二個(gè)，中廳兩側(cè)為教學(xué)科研用房。由中部樓電梯間相連系，構(gòu)成整個(gè)平面。豎向設(shè)計(jì)地下一層為6級(jí)人防人員掩體及設(shè)備用房，地下室埋深-5.45m。一至十五層為教學(xué)科研等綜合用房，一層層高4.50m，二層層高5.4m，十三層層高為4.40m，十五層層高4.20m。其余各層層高均為4.00m，室內(nèi)外高差0.600m。設(shè)室外大臺(tái)階直通二層地面。中庭跨越一至七層，在八層至九層中庭處設(shè)二層的多功能學(xué)術(shù)報(bào)告大廳。使中庭在豎向一分為二，整個(gè)建筑富于變化，功能齊全。不斷優(yōu)化設(shè)計(jì)方案，使建筑與結(jié)構(gòu)和諧統(tǒng)一，充分發(fā)揮結(jié)構(gòu)體系的受力特點(diǎn)，給建筑創(chuàng)造更加合理可利用的空間。

2結(jié)構(gòu)工程師在方案設(shè)計(jì)中完善使用功能的藝術(shù)表現(xiàn)

在設(shè)計(jì)院的流程中，通常是建筑專業(yè)先做方案，進(jìn)行簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)選型。如果是框架結(jié)構(gòu)，那么柱網(wǎng)基本是在經(jīng)濟(jì)柱距之內(nèi)，結(jié)構(gòu)基本合理。在美輪美奐的效果圖沖擊下，甲方也通常很快就確定方案。確定方案后，開始進(jìn)入施工圖階段，一個(gè)誤區(qū)就產(chǎn)生了，各專業(yè)開始配合，進(jìn)入深入設(shè)計(jì)。因?yàn)榧追揭呀?jīng)確定了方案，當(dāng)結(jié)構(gòu)專業(yè)看到方案后想優(yōu)化方案，建筑專業(yè)的人以甲方已經(jīng)確認(rèn)了方案，拒接結(jié)構(gòu)優(yōu)化。因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)一變，那么方案就變了，他們覺得再次向甲方匯報(bào)方案很麻煩，而在這期間可能由于結(jié)構(gòu)工程師優(yōu)化結(jié)構(gòu)方案后的空間藝術(shù)表現(xiàn)也隨之抹殺。如果結(jié)構(gòu)工程師在建筑方案期間就參與建筑設(shè)計(jì)，那么這個(gè)方案設(shè)計(jì)會(huì)比較成熟，結(jié)構(gòu)計(jì)算也更合理。

2.1結(jié)合通風(fēng)的藝術(shù)表現(xiàn)

本項(xiàng)目建筑初步設(shè)計(jì)方案是由清華大學(xué)建筑學(xué)院完成的，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和各專業(yè)全部施工圖設(shè)計(jì)由東北大學(xué)設(shè)計(jì)研究院完成，在方案開始階段，結(jié)構(gòu)專業(yè)積極參與配合，不斷優(yōu)化，原建筑方案設(shè)計(jì)為兩側(cè)單跨框架結(jié)構(gòu)，中間為通高（15層）中庭，僅由屋面弧型輕鋼結(jié)構(gòu)采光板相連。中庭兩側(cè)的單跨框架結(jié)構(gòu)高寬比達(dá)到6.77，不滿足高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程A級(jí)高度鋼筋混凝土高層建筑結(jié)構(gòu)適用的最大高寬比小于5的要求。同時(shí)單跨框架對(duì)抗震極為不利。針對(duì)此情況，結(jié)構(gòu)專業(yè)采取措施，與建筑專業(yè)共同協(xié)調(diào)，在兩側(cè)沿走廊增加一排框架柱，使單跨框架成為雙跨框架，同時(shí)減小了走廊上方框架梁的高度，一方面使其框架梁有明顯抗震變形耗能機(jī)制，另一方面可解決通風(fēng)管道的穿行空間。

2.2結(jié)合抗震要求的藝術(shù)表現(xiàn)

該建筑功能為兩側(cè)教學(xué)、科研、辦公用房，在建筑方案構(gòu)思階段，曾布置中央一個(gè)長(zhǎng)60m的大中庭，中廳通透通高，僅由中間通廊相連，由于建筑物長(zhǎng)度較長(zhǎng)，在水平地震力作用下兩側(cè)變形很難保持諧調(diào)一致，經(jīng)結(jié)構(gòu)與建筑密切配合，建筑專業(yè)主動(dòng)將大中庭一分為二，將主要樓電梯間移設(shè)中央，形成東、西兩個(gè)中庭。但在地震力作用下，中間樓電梯連接和兩端山墻處的結(jié)構(gòu)連接仍顯得很薄弱，變形不諧調(diào)。

結(jié)構(gòu)專業(yè)經(jīng)過分析研究，提出在大樓的結(jié)構(gòu)第七層、第九層中廳部位，增加兩層跨度為15m的組合鋼結(jié)構(gòu)樓板，使大中庭一分為四，一方面給建筑物帶來了兩個(gè)近300㎡具有兩層層高的多功能大廳，解決了該綜合大樓無大型會(huì)議廳的功能問題，另一方面又對(duì)整體結(jié)構(gòu)起到加強(qiáng)整體剛度，提高結(jié)構(gòu)的抗震性能的功效。從計(jì)算分析可以看出，增加兩層樓板后，結(jié)構(gòu)在風(fēng)荷載及地震作用下的位移，明顯改善。

結(jié)構(gòu)體系的選擇是建筑設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)構(gòu)思階段的主要任務(wù)之一。高層建筑抗震結(jié)構(gòu)體系要求受力明確、傳力合理、傳力路線簡(jiǎn)潔不間斷，使設(shè)計(jì)階段對(duì)結(jié)構(gòu)的抗震模擬分析與結(jié)構(gòu)在地震發(fā)生時(shí)的實(shí)際表現(xiàn)相吻合。結(jié)構(gòu)體系隨著技術(shù)的發(fā)展和人們的不斷地研究和探索中變得越來越合理，越來越有效和富于詩意。結(jié)構(gòu)工程師通過對(duì)既有結(jié)構(gòu)體系的分解、研究和重構(gòu)，從中解脫出來，創(chuàng)造出許多的嶄新的建筑藝術(shù)。

2.3結(jié)合新技術(shù)的藝術(shù)表現(xiàn)

方案階段，本工程如采用C60普通混凝土框架柱，斷面尺寸需要1000×1000mm。建筑對(duì)這個(gè)尺寸很不滿意，如果在加上二次裝修的尺寸，那么柱子會(huì)看起來很粗，很笨，在中庭中也會(huì)比例失調(diào)，空間沒有美觀可言，這時(shí)，建筑師與結(jié)構(gòu)工程師溝通，希望柱子的截面可以做的小一些。于是結(jié)構(gòu)工程師將本設(shè)計(jì)采用鋼筋混凝土框剪結(jié)構(gòu)，并采用我國(guó)自主開拓的一種新型結(jié)構(gòu)體系-鋼管混凝土疊合柱結(jié)構(gòu)。在《鋼管混凝土疊合柱結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》CECS188：2005編制組成員的指導(dǎo)下，完全按該規(guī)程設(shè)計(jì)施工，并在鋼管內(nèi)采用C100級(jí)高強(qiáng)、高性能混凝土。所有剪力墻的端柱中均增設(shè)鋼管混凝土柱。

采用疊合柱的主要優(yōu)點(diǎn)是鋼管內(nèi)澆筑高強(qiáng)混凝土，鋼管的套箍約束作用使鋼管內(nèi)混凝土的抗壓強(qiáng)度大幅度提高，且不會(huì)發(fā)生脆性破壞，可以充分發(fā)揮高強(qiáng)混凝土承壓能力高的優(yōu)勢(shì)，從而減小柱的截面尺寸，增大建筑的使用空間。采用鋼管混凝土疊合柱后，柱斷面僅為600×600㎜。兩柱之間增加出400寬的建筑使用空間，可使每個(gè)標(biāo)準(zhǔn)教室都能增設(shè)一列固定座席，綜合效益大大增加。

3小結(jié)

本文通過作者參與的東北大學(xué)綜合科技大樓實(shí)際工程，對(duì)結(jié)構(gòu)工程師通過完善建筑功能體現(xiàn)藝術(shù)表現(xiàn)的方法進(jìn)行總結(jié)，得出以下結(jié)論：

（1）結(jié)構(gòu)工程師結(jié)合設(shè)備專業(yè)的通風(fēng)管道設(shè)置，對(duì)柱與梁分布的優(yōu)化影響著建筑空間的藝術(shù)表達(dá)。

（2）結(jié)構(gòu)工程師結(jié)合抗震要求與建筑專業(yè)配合，對(duì)建筑空間的形成與藝術(shù)表現(xiàn)起著制約的作用。（3）結(jié)構(gòu)工程師采用新的結(jié)構(gòu)技術(shù)也潛移默化的完成著對(duì)建筑空間的藝術(shù)表現(xiàn)工作。