结构 | 一个建筑师的钢结构建造记
当代公共建筑设计的空间尺度和形体复杂度日益加强，传统的钢筋混凝土体系经常捉襟见肘，致使钢结构被大量采用来解决相应问题。钢结构具有重量轻、易加工、施工快等优点，因此被广泛应用在高层、大跨度和复杂建筑等领域。当下钢结构设计在很多设计单位成为了独立的结构工种，可见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的选择钢结构形式、如何将钢结构与建筑语言有机整合统一、如何在工程设计过程把握建筑主导权，这些都给建筑师提出了很多需要思考的课题。建筑设计实践对建筑师来讲是一个基础夯实和经验积累相互补充的过程，这里面会有很多的得与失。笔者在十几年的建筑实践过程中，也主持设计了一些钢结构体系的建筑项目，这里面即囊括了多种公建形式，也尝试了多种钢结构类型，在钢结构建造过程中可以说是——“衣带渐宽终不悔,为伊消得人憔悴。”
本文记录了笔者一些钢结构项目的设计与施工过程，也进行相应的思考总结，可谓管中窥豹，时见一斑。
笔者主设的钢结构项目（唐家骏、韦树祥拍摄）
钢结构的屋面选型尝试
由于钢结构自身的受力优点，与钢筋混凝土体系相比能够具有更大的跨高比，同时可以形成空间杆系结构，故此钢结构最大量的应用在大跨屋面体系中。在建筑项目中，桁架、网架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 建成时间：2007年
道外客运站项目位于哈尔滨道外老城区，是笔者主设的第一个钢结构为主的实际建成工程，项目体现公共交通简约高效的空间特征。整个设计过程对当时的笔者来讲可谓摸着石头过河，亦步亦趋的进行，由于建筑完成年代较早，设计的复杂度和完成度还相对比较浅显。笔者在整个设计与建设过程初步了解了钢结构的施工过程、钢结构与幕墙的结合、钢结构的细部节点等基本常识，可以说是笔者的钢结构建筑第一课，这一课大多是在建造过程中进行的。
道外客运站鸟瞰照片（唐家骏拍摄）
建筑设计结合交通建筑的特征，形成了狭长形的大跨度共享空间，同时在平面和立面两个方面进行双曲面空间变化。建筑大厅开间为12米排列，进深最大达到了24米，这种单向大跨度的空间特征最适合采取钢桁架或者钢梁的形式来进行布置。由于本案的造型特征以及经济性的考虑，最终方案的共享大厅采取了落地管桁架的形式，将屋顶和正立面整合思考。
建筑剖面图
钢桁架施工照片（唐家骏拍摄）
下图请横屏观看
钢结构屋面平面布置图
钢结构的每榀桁架独立施工，同时与幕墙体系完整连接，形成了一体化的双曲面结构。设计希望展现结构的空间特征，在整个室内空间采取了暴露钢结构处理。三角桁架的腹杆形式由结构设计人员计算，这方面建筑师往往并不好控制形式细节。为了在空间中加强三角桁架的横向视觉连接，笔者在屋面和幕墙都进行了三角横向拉结设计，这些横向暴露杆件虽然并不是最优化的构件策略，但在结构形态会加强整体效果，所以在结构的合理范围建筑师还是可以加上一些自己的小心思。
钢桁架施工节点（唐家骏拍摄）
外部幕墙施工照片（唐家骏拍摄）
室内钢桁架完成照片（韦树祥拍摄）
哈尔滨橄榄山礼拜堂
设计时间：2007年 建成时间：2009年
在道外客运站建成之后，笔者机缘巧合的又进行了一次钢结构框架体系的设计，这个项目是位于哈尔滨郊区山脚下的一座基督教堂。中国所称的基督教属于新教范畴，项目的主管牧师们希望教堂摆脱传统古典教堂形式束缚，同时也兼具大型会议功能，最终的教堂设计形成了偏会堂式的空间类型。
礼拜堂照片（韦树祥拍摄）
由于教堂的建筑形体由双曲面的多个形体组成，同时大空间屋面最宽处达到了30米的跨度，因此进行整体钢结构设计会更加体现建筑的空间逻辑。教堂大空间两个方向相对均衡，从常规来讲网架体系会更加经济，但是网架屋面与周边竖向支撑钢柱的整体性欠缺，交接节点会相对较为混乱，网架结构如果在教堂裸露会影响空间氛围。因此最终结构采取了钢框架结构形式，20-30米跨度的钢梁在经济上也是可以接受的范围。
建筑剖面图
钢结构模型
钢框架施工照片（唐家骏拍摄）
钢结构屋面平面布置图
钢结构立面图纸
钢结构的竖向钢柱与横向钢梁都采取了H型钢的模式，平面曲线钢柱沿外围发散布置，与顶部钢梁焊接而成，同时主体钢结构杆件延续建筑外部形体，形成完整框架。建筑的铝板和玻璃幕墙结合双曲线钢结构一体设计，钢结构和幕墙杆件在室内也采取暴露处理，突出建筑形体与结构的完整性。
H型钢施工细部（唐家骏拍摄）
与道外客运站的落地管桁架相比，异型钢框架体系的用钢量较大，计算也相对复杂。最终建成后的H型钢的截面尺寸也比笔者预想的要大，一些钢梁钢柱的裸露节点也较多，也大大会影响钢结构的空间效果。但钢框架体系的建筑骨骼感明晰，建筑的整体空间性较好，同时室内顶棚会有更加干净利索的处理效果，这也是钢框架体系的一些自身优点。不同钢结构体系的选择会给建筑带来不同的空间氛围，也会塑造建筑的不同性格，这也是建筑师非常需要自身把握的一点。
室内钢结构完成照片（唐家骏拍摄）
室内钢结构一角（韦树祥拍摄）
大兴安岭文化体育中心
设计时间：2009年 建成时间：2013年
随着道外客运站与橄榄山礼拜堂的建成，笔者及当时的设计团队加强了钢结构设计的信心，大兴安岭文化体育中心就是在经验积累上完成的更大跨度公共建筑。文体中心以体育赛事功能为主，同时将群众休闲健身、展览、文艺演出等功能需求纳入到场馆之中，充分利用体育场馆大空间所特有的灵活性进行多功能设计。
文体中心照片（唐家骏拍摄）
根据建筑的空间特点以及场馆需求，设计采取了两片曲面网架体系，网架体系坐落于混凝土平台之上。其中主场馆的跨度两个方向均接近70米，钢梁结构已经远远不适合采用，桁架结构也不如网架的选择结构清晰和造价经济，因此主场馆经过计算形成了双层网架的结构设计。
建筑剖面图
主场馆钢网架施工照片（唐家骏拍摄）
为了实现看台区域的建筑外部形体特征，也避免屋面对看台部分增加荷载，整体网架采取了曲线落地处理。落地网架的两侧采用了树桩钢柱支撑，形成了完整的立体空间网架。
落地网架照片（唐家骏拍摄）
网架细部照片（唐家骏拍摄）
侧向钢柱施工照片（唐家骏拍摄）
网架是空间受力体系，刚度大、整体性好以及造价低廉，最适合形体均匀的大跨度屋面。但是网架体系也存在杆件混乱、视觉通透性不强的缺点，而且网架形式也并不太利于突出建筑与结构之间的秩序性，致使很多建筑网架的室内最终都进行了吊顶处理。在一些钢梁不能解决的大跨度体系中，需要有效选择网架和桁架形式，但应对基本杆系体系进行建筑师角度的优化，避免建筑师与结构师思想相互脱离，才能更加实现建筑空间的设计理念。
钢结构雨棚施工细部（唐家骏拍摄）
主场馆钢网架完成照片（唐家骏拍摄）
文章较长，请继续关注下篇......
(注：本文工程照片版权归设计者唐家骏及设计单位哈尔滨天宸建筑设计所有） 返回搜狐，查看更多
责任编辑：