浅析建筑的表达需求与结构设计的安全

1、浅析建筑的表达需求与结构设计的安全摘要：房屋的安全结构设计是所有安全结构设计师在设计过程中所必然面临的一个问题。在进行房屋设计的过程中，设计师在对建筑设计的表达需求和结构设计安全间关系把握与否，对最终建筑设计效果表达和安全意义等方面都具有重要影响。本文结合自己的工程设计实践，简述了当代建筑师的设计思维对结构设计安全所提出来的挑战，并且，通过一个结构设计师对当今建筑设计潮流的感悟与认识，提出了保障结构设计安全所必须坚持的基本原则，主要针对建筑设计过程中需求表达和房屋结构设计安全间的关系问题及解决方式进行了探讨。关键词：建筑设计，表达需求，结构设计的安全引言对建筑设计师而言，建筑设计师在进行房屋设

2、计的过程中，如何有效把握建筑的表达需求和结构设计安全间的关系是任何建筑设计师在进行设计过程中都必然要面临的问题。在进行房屋设计的过程中，由于设计需求表达的不同，因此在进行设计时要想实现建筑设计的效果表达与设计结构安全的和谐统一，就必然要合理解决二者间的矛盾问题。结构设计安全是我们所有从事结构设计与研究工作者必须面对和回答的问题，巴黎戴高乐机场事故是结构在其设计使用寿命初期（投入运营一年），在常规荷载作用（没有恐怖袭击、没有恶劣的区域突发自然灾害）的情况下发生的，就是说，一定是在结构设计或施工的某个环节给结构留下了致命的内部缺陷才造成的，这一缺陷既可能是结构设计理论方面的，也可能是结构设计构造方

3、面的，既可能是结构材料使用方面的，还可能是建造过程中的施工质量控制方面的，等等。无论什么原因，这种结构破坏形态都是结构设计原则所不允许的，引起我们的警觉也是应该的。另一方面，我们也还是应该理性地、科学地、全面地分析和把握结构设计的安全问题。其实，追溯人类改造自然、改造世界的历史足迹，我们还是有理由对当代结构设计理论和建造技术的发展水平感到自豪的。虽然我们现在感觉是越来越累，越来越难，但是在力学和材料科学发展的有力支撑下，我们所从事的结构设计与建造技术的发展还是基本上满足了那些满脑子求新求奇，求高求广的所谓当代建筑师的表达欲望与需求的。本文在研究的过程中针对建筑设计过程中表达需求和结构设计安全间

4、的矛盾问题展开探讨，通过探讨总结出建筑设计过程中如何通过有效措施实现建筑需求表达和结构设计安全间的矛盾关系，并就设计师在建筑设计过程中提升建筑设计效果予以指导。一、建筑的需求表达与设计结构安全的关系探析建筑需求表达和建筑设计结构安全间，既存在一定的矛盾性，同时也存在和谐统一性。建筑需求表达使建筑设计结构的安全性很容易受到影响，但反过来说建筑需求表达如果能够在建筑设计结构安全的范围内进行，则又能够促使建筑实现更好的视觉效果和居住舒适性。事实上，对建筑设计来说，设计结构安全与设计需求表达间的矛盾队里了关系始终贯穿于建筑设计进程中。在建筑设计过程中，结构安全问题是任何一名设计师在进行建筑设计过程中都

5、必然要面临的问题。在进行建筑设计过程中，建筑设计师既要充分在设计过程中将住户的需求进行合理表达，同时也要兼顾到房屋设计的结构安全。因此在二者间矛盾关系处理方面就必然要进行仔细衡量，以确保在设计过程中能够实现二者间的和谐统一。所以建筑设计师在进行建筑设计过程中，其一切设计需求表达效果的实现都应该基于充分遵循设计结构安全的基础上进行。安全性也是一切设计得以有效呈现的基础。二、建筑结构设计安全与需求表达间的统一 随着人们对建筑设计个性需求的日益凸显，在进行建筑设计过程中，将简述设计需求表达与建筑设计结构安全间关系进行梳理，并促进二者间和谐统一是建筑设计师进行建筑设计的最终目标。所以，在进行

6、建筑设计过程中，建筑设计师在尽量确保设计需求满足的前提下，可最大限度的按照表达需求进行建筑风格的打造，以促使人们在空间居住过程中享受愉悦、舒适的居住体验。在进行建筑设计的过程中，对建筑设计结构安全的遵循是进行一切设计的基础。建筑师在进行建筑设计的过程中无非存在两种情况：第一种情况是秉承对建筑基本功能的考虑进行建筑设计；第二种情况是基于一定的需求表达进行建筑设计。一般说来，多数建筑设计师在进行设计过程中都是秉承一定的需求表达而对建筑进行改进性设计。因此这就需要建筑设计师在进行建筑设计的过程中通过多种力量模型对整个建筑设计的承重效果、安全性能以及建筑整体需求实现效果对建筑安全性影响等方便进行反复衡

7、量。在充分确保实现建筑设计结构安全的前提下，对建筑设计的需求表达进行最大程度上的效果呈现。 建筑设计师在进行建筑设计过程中通过对建筑结构设计安全的把握，以及在设计过程中对设计需求表达的了解，可以做到心中有数。在进行具体设计师，通过运用有效辅助手段提升建筑设计的整体安全效果。此外，建筑设计师还可以通过使用模型对建筑承重效果进行计算，在最大程度上实现建筑在设计结构上的安全性。安全性是设计时在进行建筑设计过程中所遵循的首要前提，尤其是在一些独具创意的建筑结构需求表达的设计中，要充分的运用多种模型对建筑的承重力量进行评测，以确保建筑设计在实际操作过程中能够确保建筑实现最基本的结构安全性。安全

8、是一切设计的首要前提，建筑设计师在进行设计过程中应该充分考虑设计结构的安全性，在保证建筑设计结构安全基础上最大化实现对设计需求的表达效果。三、世界上没有自由的结构设计师，但假如没有我们的需求，也就没有建筑表达的自由建筑师设计东西，无非表达两种需求，一种是传统意义上的功能需求，另外一种就是表达建筑情感，或者说是通过建筑表达情感。这种情感表达方面的需求可能是来自公众的，也可能是来自政府或领导意志的，还可能就是直接来自建筑师的美学修为的。建筑师可以利用建筑特有的元素，比如建筑材料的材质、装饰材料的色彩等进行其建筑情感的表达，但是这种表达的效果和能力是有限的，建筑师更重要的手段则是借助结构的能力完成这

9、一表达需求，从这个意义上说，建筑师丰富的想象力既给结构设计提出了课题、带来了挑战，同时也就给结构工程师带来了风险。国家大剧院超大超深的地下结构体量，椭球抛物面壳体屋顶和围绕壳体的环形水池都是安得鲁实现其剧院功能需求与其情感表达需求的手法和元素。为了在不超越人民大会堂的限定高度内，完成剧场功能对竖向尺度的需求，“深入地下”是其自然的（也许是无奈的）选择；椭球抛物面壳体屋顶罩住其下的三个功能剧场是建筑师进行区域空间整和的一种手段，在这块区域上的建筑物进行这样的整和处理我认为是必要的；建筑师设置环形水池的目的在于其制造区域宁静气氛的需要，这种建筑情感表达上的需求也是必要的。同样的，在建的国家体育场（

10、简称“鸟巢”）以及国家游泳中心（简称“水立方”）等标志性建筑，她们不单单是承载着满足举办奥运会各单项体育功能方面的需求，也还要承载着通过其“别样”的建筑形象来表达全国人民百年奥运梦想成真的情感需求，承载着要为最出色的一届奥运会留下最出色的“建筑遗产”的使命。自然的，建筑师是无法单独承担这样的使命的，必须依靠结构工程师的支持来实现其“特别”的表达需求。或者说，结构工程师在这个时侯是没有选择的自由的，只有绞尽脑汁为建筑师的这种需求寻找“解决方案”，于是，百年之前的理论物理学命题“泡沫理论”被结构师拿来经过有趣的数学变换，最终成了表达建筑师“看似无序的水分子结构” 的最好载体。四、建筑结构形式的争议

11、多半不是“好与不好”的问题，而是“值与不值”的问题为了满足建筑师们的“浪漫”需求，在传统的结构构成方式无能为力的时候，结构设计师就必须探索新的、非传统的结构构成方式。结构系统的基本形式，可以说已经被我们认识的差不多了，但是，这种说法只是限于基本体系，并不意味着创造新的结构形态可能性的减少，在拥有无限多样的物种的丰富多彩的世界里，限定结构形态的类型显然是不恰当的。结构工程师的任务就是在既要保证结构安全同时又要满足建筑美学需求的杠杆上寻找一个平衡点。只是，世界上终究没有免费的午餐，当各种或是张扬的、或是陌生的结构形态出现的时候，在结构材料科学还没有长足的发展的时候，在我们还不得不用传统的结构材料去

12、实现这样一个个“浪漫”的需求的时候，对结构安全的关注也就从来没有象现在这样引起一端又一端的“争议”。 从一个结构设计与研究工作者的角度看待这些“争议”，我认为很多时候我们是可以在力学或规范的原则内寻找到这个“平衡点”的，随后的问题是，这会要我们付出多大的“代价”，或者说要我们支付多大的“结构成本”？我认为对这个我们要支付的成本“值与不值”的不同看法是对建筑结构形式“争议”的焦点问题。其实，作为一个结构工程师，常常是不能判断建筑的形象与情感“效益”与结构实现的“成本”之间到底谁高谁底的，因为前者是很难量化的。我们所能做的就是在保证建筑功能与美学需求的诸种可选择的结构实现方式中找到成本较低的解决方

13、案。例如，在国家大剧院工程结构的第一轮初步设计时，法国ADP公司确定的结构底板的顶面为-26.0m，这个标高受到了中国建筑与结构工程师的质疑，如此深的基槽，且不说开挖与降水的成本会很高，结构寿命期内的抗浮设计成本更是一项很大的投入，为此，我们建议在保证其建筑功能需要的前提下，尽可能提高建筑底面标高，法方在修改后的初步设计中将这一标高提高到了-22.0米。与上述情形相反，国家游泳中心工程的建筑设计由于采用了ETFE双层充气膜，这种膜材的造价很高，所以，在相对深挖（增加基础开挖与结构抗浮成本）和抬升建筑总高度（增加围护膜材的用量）的比较选择中建筑师完全依赖的就是综合成本最小化的原则。五、不能认为结

14、构设计安全与结构设计的需求是永远的矛盾实际上，对结构设计安全性的忧虑往往会束缚住我们结构设计需求探索的步伐，虽然这种忧虑不是多余的。发生巴黎机场结构倒塌事故后，我们听到的几乎都是对安德鲁主持设计的建筑的一片怀疑之声，结构设计工程师们，尤其是从事重要公共建筑结构设计的工程师们更是增添了更多的谨慎与小心。我认为，结构设计的任务始终是：按照建筑的功能与美学需求确定安全、合理的结构体系；进而依据建筑结构可靠度设计有关标准所确定的原则对结构作用效应与结构抗力进行符合结构实际工作条件（性能）的分析；最终应做到在规定的结构设计使用年限内，在现行规范规定的各种荷载作用下，所设计的结构是安全可靠、经济合理、技术

15、先进的。为了实现这样的使命，对结构设计安全的自始至终的关切无疑是必要的，另一方面，结构设计的需求不但是当今建筑设计发展的必然要求，同时也是结构设计技术自身发展的要求。国家大剧院、国家体育场、国家游泳中心以及新中央电视台等建筑在结构设计方面的需求探索可以为我们跟踪当今世界先进的结构设计理念提供一些线索，也可以让我们检视一下很多经验的、传统的结构设计思维是否还适应现代结构设计发展的要求。六、总结本文在研究过程中主要针对建筑设计需求表达和建筑设计结构安全间的矛盾问题的处理展开了探讨。通过探讨本文认为：设计师在进行建筑设计需求表达的过程中，首先要遵循房屋整体设计结构安全的保障进行。在确保设计结构安全性

16、的前提下，建筑设计师可依据设计需求表达对建筑进行最大化的设计改观。事实上，建筑设计过程中的需求表达与设计结构安全间可实现和谐统一，建筑设计师只要充分秉承对结构安全基础的遵循，可在最大限度上实现对建筑设计需求的设计创作。我认为，结构设计工程师们在关注所设计的建筑结构是否安全的同时，也还是应该为结构设计技术的需求发展做一些探索。这两者不总是矛盾的，虽然在各种新结构的实践过程中或是发生了很多争议、或是走过了很多曲折的道路，但我始终认为没有结构设计师参与的所谓建筑设计理念的创新都是无源之本，从这个意义上讲，结构设计师在确定建筑设计发展方向上的作用是举足轻重的。尤其是当代中国的结构设计工作者，国家建设的飞速发展给我们提供了前所未有的结构设计实践机会，在这个实践过程中，我们是始终跟在所谓“西方世界先进的结构设计思维”后面，亦步亦趋，无所建树，还是通过我们不断的设计实