甘肅建筑職業(yè)技術學院 王映梅

現(xiàn)代科技對建筑結構發(fā)展的影響

甘肅建筑職業(yè)技術學院 王映梅

建筑的發(fā)展日新月異，雖然各種建筑的類型不同，但影響建筑的因素是共同的，包括了新技術、新材料、建筑的功能要求，還有結構、構件以及建筑設施進步等?？梢哉f，在諸多的因素中，現(xiàn)代科技的發(fā)展對建筑具有最重要的影響力。建筑設計包括建造技術、藝術創(chuàng)造和功能設計，而現(xiàn)代科技在這幾個方面都起到了非常重要的作用。

一、現(xiàn)代建筑的特點是體系化

建筑物的類型和功能影響著建筑設計和建筑形式。居住、商業(yè)、工業(yè)、交通、教育、衛(wèi)生保健、娛樂和農(nóng)業(yè)等建筑都是根據(jù)其建筑物類型而設計的。建筑的結構體系與建筑物的類型和功能是緊密關聯(lián)的?？萍嫉陌l(fā)展使得建筑構件可以工業(yè)化生產(chǎn)，系統(tǒng)的建筑理論促進了最新技術與優(yōu)秀建筑設計相結合，從而創(chuàng)造出杰出的建筑。

現(xiàn)代建筑的體系可以分成兩種主要的系統(tǒng)。第一類為建筑的技術硬件系統(tǒng)，包括結構系統(tǒng)、建筑系統(tǒng)、設施系統(tǒng)等。 第二類為設計與管理系統(tǒng)，包括建筑和結構等工程設計各項文件、經(jīng)濟分析和可行性研究的數(shù)據(jù)及結果、設計和施工管理，包括建筑施工過程中所涉及的各種組織、人員之間的合作等。

建筑的完成依賴于建筑的各項系統(tǒng)，現(xiàn)代建筑的進步就是這些系統(tǒng)組成的新的建筑體系的發(fā)展。不是單體建筑的出類拔萃，而是整個建筑體系的時代性進步。

二、現(xiàn)代建筑的特征是出現(xiàn)了新的建筑類型

建筑科技的發(fā)展導致了建筑新形式的出現(xiàn)。結構設計新的能力，一方面促進科學和工程技術的發(fā)展，另一方面促使客戶提出新的需求，比如建造更高的、跨度更大的建筑。

1.巨型建筑物。在現(xiàn)代，巨型建筑的概念已經(jīng)被提出，巨型建筑作為一種新的建筑形式已經(jīng)出現(xiàn)在世界各地。 這些大型建筑物占地面積大，有不同用途，如市場、體育館、會堂和展覽館等。隨著許多大型建筑的相繼建造，城市中會出現(xiàn)更多這樣類型的建筑。由于這些建筑的龐大以及其擁有的大量使用者和參觀者，它們促進了其周圍地區(qū)的發(fā)展，極大地擴展了建筑設計的范圍，并改變了建筑的理念，促進了一種新城市的產(chǎn)生。

2.高層建筑。高層建筑首次在芝加哥建造。在摩天大樓發(fā)展歷史中，建筑師和結構工程師一直在努力為這些建筑尋找更合適的建筑和結構表達方式，并且為這些建筑能適應城市周圍環(huán)境而設計方案。要建造那么高的大廈，需要解決一系列的技術問題。其中最首要的就是結構安全問題。這不僅包括地基和上層建筑的有效耐壓強度，而且還包括抗地震、強風、碰撞以及人類垂直和水平運動引起的破壞等。

三、現(xiàn)代建筑科技創(chuàng)造的結構類型

1.大跨度結構。

在古代已有內(nèi)部支撐柱并且橫梁有較大跨度的空間建筑，到了l9世紀，其最大跨度為50m， 20世紀空間建筑的跨度已能達300m，而且懸索橋可以達到2 000～3 000m。鋼桁架在19世紀開始得以發(fā)展。在20世紀前半葉，鋼筋混凝土開始成為鋼材在大跨度建筑中的競爭者。在20世紀20年代和30 年代，出現(xiàn)了薄的鋼筋混凝土殼面。殼面不僅可以是圓頂，而且可以是筒形的、預應力的和拉伸的薄膜結構。目前增加了許多新的大跨度的結構，如鋼、鋁、木、薄膜制的，還有空間桁架式以及張拉結構。

2.薄膜張拉結構。薄膜和其他類似的結構(懸掛結構、懸素屋頂、薄膜屋頂、張拉結構等)是由一些杰出的建筑設計師創(chuàng)造設計的。

第一座薄膜屋頂?shù)慕ㄖ?973年建于美國加利福尼亞。至今最著名的薄膜屋頂建筑是1981年建成的沙特阿拉伯的阿卜杜拉國王國際機場的哈吉候機廳。該建筑中聚四氟乙烯玻璃纖維制的薄膜屋頂面積有46m2，是現(xiàn)今世界上最大的屋頂結構，由210個帳篷組成，每個帳篷表面積有2 000m2。建筑在工廠預制，結構設計、裝配上都精工細作，巧奪天工。

另外一個由聚四氟乙烯玻璃纖維建造的薄膜屋頂?shù)闹匾ㄖ独敲绹し饑H機場。該建筑的屋頂每平方英尺只有2磅重，擁有超輕特點。如果屋頂材料采用鋼的話，其重量將有現(xiàn)在的50多倍；如果用鋼筋和混凝土，則重量將更重。雖然該屋頂重量很輕，但它能承受大量的雪荷載，而且為屋頂下的空間提供有效的日光。

在張拉結構中主要表現(xiàn)的是一種張拉力。其中的重要組成部分為桅桿(塔柱等)、懸索或其他支撐(拱形物和桁架)、金屬板或織物吊頂以及特殊設計和建造的邊緣(夾緊邊緣、角板、環(huán)狀體等)。表面外形主要采用兩種——同向曲面和反向曲面，這兩種外形在建筑中有單一使用的，也有混合使用的。

3.空間桁架結構?？臻g桁架的發(fā)展使人們創(chuàng)造和使用了一些特殊類型的桁架系統(tǒng)，梅羅系統(tǒng)是最早的空間格狀結構的一種，是實踐中最常采用的。它有許多預制鋼管用螺絲擰接成鍛制的鋼連接件，即所謂的梅羅球。18個這樣的部件連接在一起，不會產(chǎn)生偏心率。這些系統(tǒng)的兩種基本類型是筒形穹頂和斜撐圓頂?shù)钠焦羌芫W(wǎng)格和曲線形式。在平骨架的雙層網(wǎng)格中，兩排平行的網(wǎng)格用傾斜的腹桿連接起來，網(wǎng)格架可以直接地互相覆蓋或者互相平衡。這些基本的聯(lián)系使得該系統(tǒng)有著不同的幾何形。網(wǎng)格屋頂和穹頂結構由相互連接的鋼或鋁部件組成。這里一個重要的革新是由布克敏斯特·福勒發(fā)明的網(wǎng)架穹頂?？臻g網(wǎng)格結構主要使用圓形或管形組件，其結點是實心的或空心的球形、圓柱形、棱形、平板形，或者無結點。這些結構大多數(shù)是雙層的，用線狀支條構成的上層和下層由垂直或傾斜的、同樣是直線狀的鋼條相互連接。單層的空間格架的鋼條通常是安裝在弧形表面上。多種空間格架為建造不同的建筑結構，包括圓頂、拱頂和不規(guī)則結構，提供了豐富的靈感，因此，它在建筑設計上占有重要的位置。

4.氣承結構和充氣結構。充氣結構含有纖維薄膜，可同時用于屋頂結構和風雨棚。充氣薄膜內(nèi)的恒定氣壓比外部氣壓高出20%，可以防止震動。由于這種結構需要能源供給因而使用有限。充氣結構的另一類為建筑物內(nèi)部完全或部分類似充氣密封結構。這類結構的氣壓差大概高于20%。氣承結構主要用于只有單獨一個主廳的建筑物，如室內(nèi)網(wǎng)球場、游泳池或展覽廳。