学士毕业-现代钢结构的美学表现

题目：现代钢结构建筑的美学表现研究院系：西南交通大学科技学院专业：建筑工程技术姓名：陈彦新指导老师：西南交通大学成人教育学院院系:西南交通大学科技学院专业：建筑工程技术年级：2009级学号:20101982姓名：陈彦新论文题目：现代钢结构的美学表现研究指导教师评语是否同意答辩过程分(满分20)指导教师(签章)评阅人评语评阅人(签章)成绩答辩组组长(签章)年月日目录第一章绪论………51.选题背景…………51.2课题研究的学术意义和实用愈义…………71.2.1学术意义……………71.2.2实用意义……………81.3研究的内容……………9第二章钢结构建筑的发展现状………102.1钢结构建筑的历史沿革……………………102.2钢结构建筑的发展现状……………………122.3钢结构建筑面临的问题……………………12第三章现代钢结构建筑的美学表现理论……………143.1材料的美学表现理论……………………143.1.1结构钢的种类和牌号…………143.1.2结构钢的物理性质…………173.2节点的美学表现理论…………203.2.1钢结构的连接方式………203.2.2钢结构节点与钢结构连接………………243.3构件的美学表现理论…………263.3.1刚材与钢结构构件………26第四章现代钢结构建筑的美学表现实践………………314.1央视新大楼……………………314.2国家大剧院…………………33结论………………36参考文献…………38致谢…………39摘要自1996年国家出台鼓励在建筑中用钢的政策后,我国的钢结构建筑已在建筑中占有很大份额,但是我国当前钢结构建筑的美学表现研究还远滞后于实际的需求。钢材是加工制造钢结构构件的基本材料,钢结构构件是通过钢结构节点的有效连接建造钢结构建筑的基本单元。钢结构节点、钢结构构件乃至钢结构建筑都是建立在建筑材料——钢的基础上的。因此为分析现代钢结构建筑的美学表现,本文采用“化整为零”的方法把钢结构建筑划分为材料、节点、构件和体系四个方面,分别研究了这四个方面在钢结构建筑美学表现中的作用和特点,进而采用“化零为整”的方法得出现代钢结构建筑的美学表现的一些结论。文章列举了我国近期涌现出来的堪称世界级的优秀钢结构建筑作品：新央视大楼、国家大剧院、国家体育场等等,分别从材料、节点、构件和体系四个方面详细分析阐述了钢结构建筑的美学理论在实际工程中的运用和体现。本文最后列举了作者多年设计工作中完成的一些钢结构建筑的工程实例,详细阐明了在具体的工程设计中,钢结构建筑的美学理论与工程实践有机结合,在实际工程设计中得到较好的应用和展现。论文认为,钢结构建筑的美学表现是材料、节点、构件和体系的共同作用的结果。钢结构建筑最能体现结构技术与艺术的完美结合。从结构工程师的角度,探讨钢结构建筑的美学表现方法,分析钢结构建筑所表现出来的理性和功能、结构造型和建筑美学的统一性。关键词:钢结构建筑、美学表现、材料、节点、构件第一章绪论1.选题背景世界现代钢结构建筑正在创造着我们这个时代的建筑奇迹。从简洁规划的“水立方”（图1.1）到形态怪异的中央电视台新大楼（图1.2）从庞然粗狂的“鸟巢”（图1.3）到法国美观的埃菲尔铁塔（图1.4）世界现代钢结构建筑创造出了风格各异、千姿百态的建筑形象。然而，我国在建筑中大面积应用钢结构的时间只有区区十几年。其原因在新中国成立第一年我国钢产量只有15.8万吨;新中国成立后，经过第一个五计划1957年钢产量达到535.5万吨，此后由于在20世纪90年代以前我国的济基础较为薄弱以及钢产量较低，所以国家一直限制在建筑中使用钢结构[2]。到1996年我国钢产量突破亿吨大关，达到10124万吨，跃居世界第一位。为鼓励建筑业使用钢材，同年颁布的《中国建筑技术政策》(19%一2010)才制了合理利用钢材和积极采用钢结构的技术政策，原国家建设部及原国家冶金工局也专门成立了建筑用钢领导小组。至此，我国才在建筑中大面积应用钢结构与之对应的是，我国在钢结构的建筑设计中关于其美学表现的研究亦起步较晚建筑美的最高境界是体现人类的存在价值以及强化人类存在的根基，本质上是栖居空间的艺术创造。当代建筑美学思潮多元混杂，流派纷呈，莫衷一是且美学价值标准迷失，人们感到无所适从。目前，我国大型的钢结构建筑的建筑设计主要呈现完全依赖外来建筑师或由中外建筑设计单位组成的联合体共同设计，前述的中电视台的新大楼的建筑方案采用由荷兰大都会建筑事务所首席设计师库哈斯担纲的方案，2008年奥运场馆由瑞士赫尔佐格和德梅隆设计公司与中国建筑设计研究院组成的联合体设计。同样地，我国当前的钢结构建筑的美学表现尚在吸收学习阶段，而面对国外已有的纷繁复杂钢铁建筑形态往往难于取舍，更逞逞设计与创新。究其原因，主要是缺乏对国外现有钢结构建筑形式的归纳与学习，在标新立异的心态怂恿下，混乱与拼凑的钢结构建筑形态也应运而生，这大大削弱了钢结构建筑所应具有的魅力。根据国家统计局最新数据显示，2009年我国粗钢产量己达到5.6784亿吨。尤其在2008年发生于美国的经济危机的影响下，全球的经济形势走低，为拉动国家内需，国务院拨款4万亿用于基础建设，这更为发展钢结构建筑提供了经济基础。同时，扩大的钢结构市场占有率将会增加全国建筑用钢总量，为我国建筑业、冶金业以及相关产业的发展、拉动国民经济都有重要意义。改革开放30周年使我国国民经济持续高速增长，为钢结构建筑的发展提供了广阔的空间、奠定了雄厚的经济基础。综上所述，现代钢结构建筑在我国的应用将呈现日益广泛的局面，而我国当前的钢结构建筑的美学表现研究却十分滞后于建筑设计的要求。因此，基于钢结构建筑的组成系统—材料、节点、构件、体系四个方面研究我国现代钢结构建筑的美学表现不但具有学术意义，同样具有实用意义。1.2课题研究的学术意义和实用愈义1.2.1学术意义在人类奔腾不息的文明长河中，建筑如实地记载了人类历史发展的脚步。建筑不仅是人类遮风蔽雨的物质存在方式，而且也是人类高蹈的精神寓所，更是一门具有独特魅力的艺术，它是人类精神、情感直接建构与传达的物态方式，是文化总体中不可或缺的重要组成部分。建筑是一门具有独特魅力的艺术，主要是指由建筑材料和结构营造出来的建筑的美，即建筑美。关于建筑美的论述，古今中外有建树者颇多。古罗马军事工程师维特鲁威的《建筑十书》是建筑美学开山论著，是真正从建筑意义上提出建筑美的概念，提出了著名的、对今天仍有重要影响的“实用、坚固、美观”的建筑美学原则。1923年柯布西耶在其具有划时代意义的《走向新建筑》中指出“在这个破旧立新的时代里，建筑学的第一要义，就是改变价值取向”，由于柯布西耶以犀利的文笔提出了“机器美学”的论断—“住房是居住的机器”，因此他的这本著作被认为是现代建筑美学对传统美学的彻底革命。而20世纪美国得托伯特·哈姆林在其编著的((2O世纪建筑的功能与形式》的第二卷“构图原理”(中译本《建筑形式美的原则》)中发掘了建筑美所必需的和起主导作用的形式美的规律:统一与变化;主与从;对比与微差;均衡与稳定;比例与尺度;节奏与韵律等，这几乎成为了建筑形式美学的金科玉律。在中国，建筑美的特征首先为“和谐美”，这是由于其深受中国传统文化之濡染，是“天人合一”哲学思想在建筑艺术中的集中反映和体现[3l。建立在“天人合一”基础之上的中国建筑艺术的和谐美，影响到营造观念的各个方面，指导着建筑的选址、规划、布局和形制。其次，我国的建筑美的特征为“尚中”情节，其集中体现在对中轴线意识的强化和运用。中轴线南北贯穿，建筑物左右对称，秩序井然，表现了葱郁清醒的现实理性精神，成为中国古代建筑文化的一大传统。对此，梁思成有过高度的总结:“以多座建筑合组而成之宫殿、官署、庙宇，乃至住宅，通常均取左右均齐之绝对整齐对称之布局。庭院四周，绕以建筑物，庭院数目无定。其所最注重者，乃主要中线之成立。一切组织均根据中线以发展，其布置秩序均为左右分立，适于礼仪之庄严场合;公者如朝会大典，私者如婚丧喜庆之属。此外，建筑美学还是一种重要的社会文化，是人类的理想与意志的外在体现，也是时代特征和地域文化的有机结合。同时，建筑美学也应与社会生产力的发展以及当代科学技术水平密切相关。现代建筑运动的代表人物柯布西耶(L.Cothusier)在《走向新建筑》一书中犀利地指出，“建筑形象应该是新的，应该具有时代性，同历史的风格迥然不同，因为我们所处的时代不断地创造并决定着自己的风格”。因此，我国现代钢结构建筑应在我国当前社会和历史发展的大环境下，应该跟上技术发展的步伐，我们应充分利用对技术的驾驭能力，使其在建筑的活动中充分体现出来。因此，以国外近代以来钢结构建筑的美学表现为基础，结合我国建筑美学的特征，基于钢结构建筑的组成系统一材料、节点、构件、体系四个方面构建我国现代钢结构建筑的美学表现理论具有较高的学术和理论价值，并为人与自然和谐共生和可持续发展的建筑理论提供些许美学理论支撑。1.2.2实用意我国现代钢结构建筑不乏一些超高层、超大跨的具有世界影响力的建筑，如许多建筑界专家都认为，“鸟巢”不仅为2008年奥运会树立一座独特的历史性的标志性建筑，而且在世界建筑发展史上也将具有开创性意义，将为21世纪的中国和世界建筑发展提供历史见证;因此，探究我国现代钢结构建筑的美学表现的实用意义有：(l)继承和发扬我国传统建筑的精髓，积极吸收世界建筑文化有益成分，充分体现当代建筑的哲学和艺术精神，对古往今来人类所创造的一切优秀审美文化进行融合、总结和发展，形成具有我国特色的现代钢结构建筑的美学表现手法，促进我国现代钢结构建筑美的评判标准;(2)形成我国符合时代精神的大众建筑审美意识，有助于正确处理“实用”、“经济”和“美观””对立统一关系，避免浪费，引导健康的现代钢结构建筑发展理念和基本建设的正确走向，促进人类可持续发展;(3)对从事现代钢结构建筑的建筑师而言，美学表现为其审美价值尺度的创作提供了技术和艺术保障，有助于建筑师把握美学理论，实现社会和个人价值;对城市经营和管理者而言，可以拓宽审美视野，赋予美的智慧启迪;对社会而言，现代钢结构建筑的美学表现不仅可以引导人们对建筑的审美判断与欣赏，而且提升人们的建筑审美水平，并产生认同感，是人类认识自身的重要途径;(4)现代钢结构建筑的美学表现的探索将拓展新的美学理念，如分形美学、模糊美学思想和信息论美学、生态美学以及反形式美学等设计思想，丰富了建筑创作思维。贝幸铭曾曾指出:“我们不能能每有新建建筑都往外外看，中国国建筑的根根还在，还还可以发芽芽。当然，只只寻历史的的根是不够够的，还要要现代化。有有了好的根根可以插枝枝，把新的的东西，能能用的东西西，接到老老根上去。”1.3研究的内内容本文基于于钢结构建建筑的组成成系统一材材料、节点点、构件、体体系四个方方面，分别别研究材料料、节点、构构件、体系系在现代钢钢结构建筑筑的美学表表现中的特特点、作用用，以及在在建筑设计计中如何处处理好材料料、节点、构构件、体系系四者的关关系以更好好地为现代代钢结构建建筑的美学学表现服务务。第二章钢结构构建筑的发发展现状2.1钢结构建建筑的历史史沿革公元前11世纪，一一位名叫马马库斯.维特鲁威威.波利奥(MareeusVii位uvluusPollllo))的罗马人人写了一部部最早记录录建筑演变变的典籍，在在这本著作作中作者认认为最早的的遮蔽物是是这样建造造的:先竖立起起叉状柱杆杆，再将灵灵活的小树树枝搭在其其间，然后后在墙面上上涂抹泥浆浆—这便是组组合构筑物物最早的形形态，也是是人们熟知知的抹灰篱篱笆墙，它它在前工业业社会乃至至现在仍在在全世界广广泛使用[[4]。在在如上所述述的最早的的建筑物出出现之后，世世界各地分分别出现了了具有当地地特点的建建筑材料用用以建造房房屋:在中国和和日本，几几乎所有有有价值的建建筑物是以以木材为主主要的建筑筑材料;在欧洲，建建筑—与普通的的居民生活活住房不同同—所使用的的材料主要要是石材。薪土是是一种比木木材更为普普遍的建筑筑材料。经经过挖掘、夯夯实、晾晒晒以及烘烤烤等多种加加工工序，赫赫土制成了了世界上最最大量的建建筑产品，最最近大致估估计的数值值显示目前前有将近11/3甚至至一半的人人群任然居居住在勃土土制成的房房屋中。钢的出出现给建筑筑带来了新新的生机。1720年，在Coalbrookdale亚伯拉罕·达贝尔用焦炭代替木炭在高炉中炼铁，首次获得了成功，确立了大量生产铁的条件。由于搅炼工序的技术革新，到1784年，就有可能再次把焦炭用来使生铁转为熟铁，这就降低了铸铁中的含铅量。1855年亨利·贝斯麦(He刊卿Bessemer)发明了转炉，1864年西门氏一马丁(Siemens一Martin)法或平炉冶炼法问世，随即开始了软钢时代。钢筋混混凝土作为为建筑材料料起源于11824年年英国人LLAsPddin获得得波特兰水水泥专利，而而18677年法国人人约瑟·莫尼尔首首先采用钢钢筋混凝土土而获得专专利的殊荣荣开始，至至今还未满满150年的的历史。钢筋混混凝土自出出现后，就就因其造价价低廉而与与钢形成了了强烈的竞竞争。在建建筑和结构构的设计事事物所里，在在技术刊物物中，在会会议上，在在研究规划划的过程，以以及在大学学和技术院院校内这种种竞争打得得不亦乐乎乎。对于很很多建筑是是和工程师师，包括许许多在职业业或商务上上并非隶属属于建筑工工业某一行行业的人，要要在钢材和和钢筋混凝凝土之间二二者选一，长长期以来一一直是一个个基本的问问题，几乎乎像是一件件有关良心心的事。然而，即即使如此钢钢结构建筑筑仍然以其其独到的魅魅力被历届届世博会所所青睐。11851年年英国为第第一届世博博会(当时正式式名称为“万国工业业博览会，’)在伦敦海海德公园内内建造了展展馆建筑一一‘水晶宫，((图2.1))，其共用用去铁柱33300根根，铁梁22300根根，玻璃99.3万平平方米，从从18500年8月到18551年5月，总共共施工不到到九个月时时间。水晶晶宫的圆拱拱式屋盖，虽虽然没有了了歌特式建建筑“刺破青天天愕未残”的外部造造型，但是是，人们仍仍然能够从从那罗马式式的半圆形形拱券上，感感受到一切切朝向上帝帝的宗教精精神，因为为那透明的的圆拱式玻玻璃屋顶，更更便于人们们与上帝神神灵的沟通通;看一看空空旷直达透透明玻璃屋屋顶的大厅厅，“一片晶莹莹，精彩眩眩目，高华华名贵，璀璀璨可观”，仍然使使人回味起起中世纪教教堂的祈祷祷大厅;环绕大厅厅的柱廊，虽虽然失去了了古希腊柱柱式和古罗罗马柱式的的风采，但但是，人们们仍旧能够够感受到欧欧洲古典建建筑内部空空间的宗教教气氛;彩色玻璃璃幕墙上的的多彩图案案，虽然没没有了欧洲洲古典主义义建筑的浮浮华雕塑，但但是却也能能够勾起人人们对欧洲洲古典建筑筑壁画的遐遐想……这就是一一种文化的的精神，它它可以在古古典主义的的砖石艺术术中得到展展示，也可可以在现代代工业化材材料、工艺艺和设计中中得到体现现。而这些些建筑美及及其精神的的体现，主主要依赖于于英国园艺艺师J.帕克斯斯顿大胆采采用了新材材料—钢材，大大胆按植物物园温室和和铁路站棚棚进行了建建筑设计，其其意义除了了摈弃了古古典主义的的装饰风格格，还向人人们预示了了一种新的的建筑美学学质量，是是以轻、光光、透、薄薄等特点开开辟建筑形形式新纪元元的纪念碑碑式建筑。图2.118551年伦教世世博会一“水晶宫”2.2钢铁建造造的发展现现状现代钢结构建筑筑呈现着刚刚的多样化化及体系多多样化的特特点从建筑用钢方面面讲，不但但有碳素结结构钢、低低合金高强强度结构钢钢，还有焊焊接结构耐耐火刚、高高耐候结构构钢、船体体用结构钢钢等特殊用用途结构刚刚，此外不不锈钢也在在现代刚结结构中广泛泛应用。从结构体系方面面讲，大跨跨度空间结结构体系是是结构方面面近50年来最最活跃的研研究领域，其其结构形式式经历了由由传统的梁梁肋体系、膜膜结构体系系、析架体体系、薄壳壳空间体系系，到现代代的网架、霹霹壳、悬索索、悬挂((斜拉)、充气结结构、索膜膜结构、各各种杂交结结构、可伸伸展结构、可可折叠结构构以及张拉拉集成结构构等。高层及超高层结结构体系的的发展虽不不如大跨度度空间体系系的发展那那么活跃，但但也出现不不少新的体体系，从传传统的框架架结构体系系、框架支支撑体系((框架一抗抗剪析架、框框架一剪、框框架一核心心筒等)到框筒结结构体系((内框筒、外外框筒、筒筒中筒、束束简等)、巨构体体系(巨型析架架、巨型框框架等)以及蒙皮皮结构体系系等。此外，由于新的的结构体系系总是产生生新的建筑筑形式，从从西方建筑筑发展史可可以看出任任何一种结结构体系与与基于此结结构体系的的建筑形式式间的关系系都存在一一个如下所所示的演变变过程:结构作为为建筑一结结构产生建建筑形式一一经过装饰饰的结构一一结构被接接受~结构作为为装饰物一一结构被忽忽视。对于于钢结构的的建筑美学学表现，亦亦不出此列列。2.3钢结构建建筑面临的的问题钢结构建筑在当当代虽然呈呈现出了异异常繁荣的的景象，但但由于一些些特殊的原原因，尚存存在以下问问题:(1)在材料的美美学表现上上，过多依依赖于玻璃璃幕墙、石石材幕墙等等幕墙材料料，而忽略略了一些特特殊用途结结构钢和不不锈钢在现现代钢结构构建筑中的的材料表现现所呈现效效果;(2)在节点的美美学表现上上，建筑师师对节点的的构造关注注较多，对对节点与构构件的尺对对比，以及及在弱化节节点体量以以与构件的的尺度相匹匹配上缺乏乏尝试;此外，从从钢结构的的节点构成成的“点系”出发探讨讨钢结构节节点所表现现出的美学学缺乏深入入研究;(3)在构件的美美学表现上上，建筑师师过多地倾倾向于构件件形状所表表现出来的的美学特征征，有时甚甚至不惜提提高结构造造价的代价价增大结构构构件的尺尺寸，有时时则不惜牺牺牲结构安安全性采用用较为纤细细的构件以以表现构件件的力度美美;(4)在体系的美美学表现上上，单一的的结构体系系或组合的的结构体系系己不能满满足建族师师越来越高高的美学表表现欲望，如如何把各种种结构体系系杂交或创创造出新的的结构体系系，是摆在在当代建筑筑师面前的的一个非常常重要的课课题。就我国而言，尽尽管改革开开放以来，我我国钢结构构建筑创作作十分繁荣荣，不少优优秀作品相相继问世，但但应该看到到，我们在在材料、工工艺、设计计手段等方方面与世界界先进水平平相比，还还存在着不不的差距，特特别是在建建筑设计技技术表现方方面，更是是一直处于于较为落后后的状态。这这一方面是是由于我国国建筑创作作相对来说说受文化思思潮的影响响较大，体体现高科技技建筑材料料和新施工工工艺的应应用也较少少，许多建建筑形象流流于表面，缺缺少时代特特性，不免免令人为之之遗憾;另一个重重要的原因因是由于长长期以来，建建筑设计与与结构设计计和设备设设计相脱节节，使得发发挥材料特特性的结构构表现变得得非常困难难。第三章现代钢钢结构建筑筑的美学表表现理论3.1材料的美美学表现理理论材料是影响建筑筑形式与风风格变革的的第一要素素。在漫长的建筑发发展历程中中，建筑的的形式与风风格的每一一次大的的的变迁，无无不伴随着着相应的材材料技术变变革。可见见，材料的的变革无疑疑是左右建建筑发展的的最根本因因素，会给给建筑的各各个层面带带来革新。建建筑师只有有掌握材料料的相关技技术、材料料的物理、化化学特性以以及它们的的制作工艺艺，才能随随心所欲的的使用它。现现代建筑大大师密斯气气凡·德·罗在谈到到材料对于于建筑的意意义时这样样说到，“每一种材材料都有着着具体的自自己特征，如如果要使用用它，我们们就必须去去仔细理解解它…，这一点点对钢材和和混凝土是是千真万确确的(木材、砖砖和石头也也不例外))。我们必必须记住的的是任何建建筑依赖于于我们如何何去利用材材料，而不不是材料它它自己会怎怎样……。新的材材料不一定定就优越。每每一种材料料只不过是是我们怎样样去生产了了它……。我们必必须像对建建筑的功能能了解那样样去熟悉每每一种材料料”。密斯还还说:“只有通过过材料的特特性来提取取其精华时时，他们((建筑师)才能使对对比、节奏奏、平衡、比比例、尺度度等抽象因因素变为现现实;这些因素素只有以适适当的方式式在那些材材料中表现现出来，并并且与作用用在它们上上面的各种种力量取得得和谐时，这这些因素才才能存在”。由此可可见，对钢钢材特性的的准确把握握，是建构构钢结构建建筑的美学学表现的基基石，建筑筑师只有进进一步探索索和丰富对对钢材特性性的了解程程度，才有有在钢结构构建筑中实实现建筑美美的表现的的可能性。3.1.1结构构钢的种类类和牌号对建筑师而言，为为了能完美美地表达钢钢结构建筑筑的美，合合理选择实实现建筑美美的钢材，其其不但要准准确把握钢钢材的特性性，还需要要熟悉钢的的种类和牌牌号。钢的种类是指按按表3.11所示的不不同分类方方法对钢产产品(一般指钢钢锭)进行分类类而得的钢钢的类别，每每一种分类类方法都把把钢产品分分为若干种种类的钢。钢的牌号简称钢钢号，是对对每一种具具体钢产品品所取的名名称，是人人们了解钢钢的一共同同语言。我我国现行国国家标准《钢钢铁产品牌牌号表示方方法》(GB/TT221一一20000)规:钢铁产品品牌号的表表示，一般般采用汉语语拼音字母母，化学元元素符号和和阿拉伯数数字相结合合的方法表表示，即::(l))钢号中化化学元素采采用国际化化学符号表表示，例如如Si，Mn，Cr……等。混合合稀土元素素用“RE”(或“Xi，’)表示。(2)产品名称、用用途、冶炼炼和浇注方方法等，一一般采用汉汉语拼音的的缩写字母母表示。(3)钢中主要化化学元素含含量(%)采用阿阿拉伯数字字表示。需要指指出的是，对对于每一种种具体钢产产品，表示示其种类的的牌号是不不同的钢的的分类方法法的综合体体现。例如如:Q2335AF钢钢是碳素钢钢、沸腾钢钢、普通钢钢、结构钢钢。我国现行结构钢钢的国家标标准有:《碳素结结构钢》((GB汀700一20066)和《低低合金高强强度结构钢钢))(GGB汀15911一20088)。国家标准《碳素素结构钢》(GB/T7OO一2006)包含的结构钢有4种，即Q195钢、QZ巧钢、Q235钢和Q275钢。碳素结构钢的牌号由代表屈服强度的字母、屈服强度数值、质量等级符号、脱氧方法符号等4个部分按顺序组成。例如:Q235AF。碳素结构钢的牌号中的符号含义为:Q一钢的屈服强度度“屈”字汉语拼拼音首位字字母;A、B、C、D一分别为质量等等级，由AA到D表示质量量由低到高高。A级钢只保保证抗拉强强度、屈服服强度、伸伸长率凡，必必要时尚可可附加冷弯弯试验的要要求;B、C、D级钢均保保证抗拉强强度、屈服服强度、伸伸长率占55、冷弯和和冲击韧性性等力学性性能;碳、硫、磷磷、硅和锰锰(A级钢的碳碳、锰含量量可不作为为交货条件件)等化学成成分的含量量必须符合合相关国家家标准的规规定。F一沸腾钢“沸”字汉语拼拼音首位字字母;Z一镇静钢“镇”字汉语拼拼音首位字字母;TZ-‘特殊镇镇静钢“特镇”两字汉语语拼音首位位字母。在牌号组成表示示方法中，“Z’，、“TZ’，符号可可以省略国家标准《低合合金高强度度结构钢》(GB汀1591一2008)包含的结构钢有8种，即Q345钢、QQ390钢钢、Q4220钢、Q4660钢、Q5000钢、Q5550钢、Q6220钢、Q6990钢。低合金高强强度结构钢钢的牌号由由代表屈服服强度的字字母、屈服服强度数值值、质量等等级符号三个部分分按顺序组组成。例如如:Q3445D。低低合金高强强度结构钢钢的牌号中中的符号含义为:Q一钢的屈服强度度“屈”字汉语拼拼音首位字字母;345一屈服强强度数值，单单位MPaa。D一质量等级为DD级;当需方要求钢板板具有厚度度方向性能能时，则在在上述规定定的牌号后后加上代表表厚度方向向(Z向)性能级别别的符号，例例如:Q3345Dzzzs。对于上述12种种结构钢，我我国现行国国家标准《钢钢结构设计计规范》((GB500017一一20033)中仅推推荐使用碳碳素结构钢钢Q2355和低合金金高强度结结构钢Q3345、Q3900和Q4200。除了上述的碳素素结构钢和和低合金高高强度结构构钢作为建建筑材料用用在钢结构构建筑中外外，还有一一些特殊用用途结构钢钢也可在钢钢结构建筑筑中使用，如如我国现行行国家标准准《焊接结结构用耐候候钢})((GB/TT41722一20000)中的Q2335NH钢钢、Q2995NH钢钢、Q3555NH钢钢和Q4660NH钢钢，((高耐候结结构钢)))(GB//T41771·20000)中的Q2995GNHH钢、Q2995GNHHL钢、Q3445GNHH钢、Q3445GNHHL钢和Q399OGNHH钢以及((船体用结结构钢》((GB7112一20000)中的一一般强度钢钢和高强度度钢。此外，不锈钢作作为建筑材材料正日益益广泛。使使用越来越越广泛有着着多方面的的原因，其中包括对材料料更好的了了解、企图图更新某些些设计，设设想生产出出一种既耐耐久又无需需维护的结结构材料等等。3.1.2结结构钢的物物理性质结构钢作作为建筑材材料，首先先是其具有有优良的力力学性能。钢钢的力学性性能主要由由下列指标衡量::(l))抗拉强度度认):表示钢钢材断裂前前所能承受受的最大应应力，是钢钢材抵抗脆脆性断裂和和大量变形形后抗拉能能力的最大大指标;(2)屈屈服点铸)):是衡量量钢结构构构件的承载载能力和确确定其强度度设计值的的重要指标标，设计中中常以其作作为钢材强强度的设计计值;(3)屈强强比吠/寿):是衡量量钢材延性性的标志，通通常认为当当其值大于于1.088时，钢材材具有足够够的延性;;(4)伸长长率(6):是衡衡量钢材塑塑性性能和和钢材承受受巨大变形形时抵抗断断裂能力的的一个指标标，通常规规定65不得小小于10%%，此时认认为钢材具具有足够的的延性，其其中伸长率率和试件标标距的长短短有关，当当试件长度度与试件直直径之比为为5时，以占占5表示伸长长率;(5)冷弯弯性能:是衡量钢钢材的塑性性、焊接性性能和冷加加工性能的的一个综合合性指标，对对冷弯型钢钢而言，影影响更为直直接。(6)冲击击韧性:是衡量钢钢材抵抗脆脆性破坏的的一个指标标。除以上关关于结构钢钢的力学性性能外，结结构钢还有有可焊性的的要求。钢钢的可焊性性是指焊接接钢材在采采用一定的的焊接工艺艺方法、工工艺参数、焊焊接材料以以及结构型型式等条件件下获得优优质焊接接接头的难易易程度。用用同一种钢钢材，采用用不同的焊焊接方法或或焊接材料料，者在不不同的结构构型式下，其其可焊性往往往差别很很大。结构钢的的物理性能能还表现在在其质地和和色泽上。结结构钢质硬硬而带有银银白色的金金属光泽而而过了不久久以后，铁铁和水中的的氧开始化化合，形成成氧化铁，即即铁锈。水水滴将变成成微红色，铁铁锈则悬浮浮在水中。当当水滴蒸发发的时候，铁铁锈留在表表面上，形形成了微红红色的锈层层。这种结结构钢的表表面与大气气中的氧、水水分及其酸酸、碱、盐盐等物质发发生化学作作用或电化化学作用后后的变色或或腐蚀称为为锈蚀。铁铁锈是一种种松脆多孔孔的物质((图3.1))，它不能能保护里层层的铁不被被锈蚀，因因此时间久久了，钢铁铁制品就可可能锈蚀成成一堆无用用的废品。尤尤其严重的的是，钢铁铁在含有酸酸气、氯气气的水蒸气气中，或接接触电解质质溶液时，锈锈蚀得特别别快。据统统计，每年年世界上都都有几千万万吨钢铁变变成了铁锈锈，而钢铁铁制品遭破破坏而引起起的停工减减产、产品品质量下降降、环境污污染、危害害人体健康康，甚至造造成严重事事故的损失失是无法估估量的。所所以钢结构构建筑的防防腐问题一一直以来被被钢结构从从业人员倍倍加关注。图3.1铁锈图片片当温度度升高时，结结构钢的屈屈服强度、抗抗拉强度和和刚度(弹性模量量)等均趋于于降低当温温度在1550℃以下时，结结构钢的这这些力学性性能的变化化不大;当温度在在250℃左右时，钢钢材的抗拉拉强度反而而有较大的的提高，但但伸长率和和冲击韧性性变差，钢钢材在此温温度范围内内呈脆性破破坏特征，这这种现象称称为“蓝脆”(表面氧化化膜呈现蓝蓝色)当温度超超过3000℃、时，钢钢材的屈服服强度、抗抗拉强度和和弹性模量量开始显著著下降，而而伸长率明明显增大，钢钢材产生徐徐变;当温度超超过4000℃时，钢材材的强度和和弹性模量量都开始急急剧降低;;当温度达达到6000℃时其强度度几乎完全全丧失。正是由于于结构钢较较容易发生生锈蚀以及及高温对结结构钢力学学性能的影影响较大，钢钢结构建筑筑中通常要要在构件和和部件表面面涂刷防腐腐涂料和防防火涂料，图图3.2中深深色的钢结结构构件为为涂刷了钢钢结构防腐腐漆后的构构件，浅色色的钢结构构构件为涂涂刷了钢结结构防火涂涂料的构件件。由此可可见，结构构钢的光亮亮的银白色色色泽在钢钢结构建筑筑中一般是是被完全覆覆盖了的。图3.2钥结构构构件的防腐腐与防火焊接结构构用耐候钢钢亦称耐大大气腐蚀钢钢，其生产产是在钢中中加入少量量的合金元元素(Cu、Cr、Ni、Mo、Nb、Ti、Zr、V等)，使其在在金属基体体表面上形形成保护层层，以提高高钢材的耐耐候性能，同同时保持钢钢材具有良良好的焊接接性能。高高耐候性结结构钢的生生产是在钢钢中加入少少量的合金金元素，如如Cu、P、Cr和Ni、Mo、Nb、Ti、Zr、V等，使其其在金属基基体表面上上形成保护护层，以提提高钢材的的耐候性能能。这类钢钢的耐候性性能比焊接接结构用耐耐候钢好，所所以称作高高耐候性结结构钢。焊焊接结构用用耐候钢和和高耐候性性结构钢都都是特殊用用途结构钢钢，其力学学性能基本本与对应的的低合金高高强度结构构钢的类似似，但是通通过加入妮妮、铝、磷磷、钦等耐耐候性元素素，使钢铁铁材料在锈锈层和基体体之间形成成一层约550~1000卿厚的的致密且与与基体金属属粘附性好好的氧化物物层。这一一特殊致密密氧化层具具有稳定、均均匀的自然然锈红色。不锈钢是在在钢冶炼时时加入了112%以上上的铬，从从而使表面面形成很薄薄的铬膜，这这个膜隔离离开与钢内内侵入的氧氧气起耐腐腐蚀的作用用。所有的的金属当与与空气中的的氧作用时时，在其表表面会形成成一层氧化化膜。在普普通钢上形形成的氧化化物会继续续氧化形成成生锈的表表面。但是是由于不锈锈钢中含有有大于122%的铬，因因此氧化层层的性质发发生了改变变，可阻止止进一步的的氧化，并并且如果氧氧化膜偶然然被去掉，新新的氧化膜膜又会形成成，继续起起保护作用用。从加工性性能方面讲讲，含铬不不锈钢还集集机械强度度和高延伸伸性于一身身，易于部部件的加工工制造;从色泽方方面讲，不不锈钢的表表面可以是是高反射的的或是无光光泽的，光光面的、抛抛光的或压压花的，着着色的、彩彩色的或甚甚至是涂铅铅锡合金以以产生类似似于铅的外外观的。由于特殊殊用途结构构钢和不锈锈钢的表面面不需要涂涂刷防腐漆漆和防火涂涂料，因此此给建筑师师在钢结构构建筑中表表现材料的的美学带来来了福音。3.2节点的的美学表现现理论3.2.1钢结结构的连接接方式从钢结构建建筑的连接接历史来看看，连接方方法可分为为焊接连接接、铆钉连连接、螺栓栓连接和轻轻型钢结构构用的紧固固件连接等等(图3.3))。(l)焊焊缝连接焊接连接接是现代钢钢结构最主主要的连接接方法。其其优点是::构造简单单，任何形形式的构件件都可直接接相连;用料经济济，不削弱弱截面;制作加工工方便，可可实现自动动化操作;;连接的密密闭性好，结结构刚度大大。其缺点点是:在焊缝附附近的热影影响区内，钢钢材的金相相组织发生生改变，导导致局部材材质变脆;;焊接残余余应力和残残余变形使使受压构件件承载力降降低;焊接结构构对裂纹很很敏感，局局部裂纹一一旦发生，就就容易扩展展到整体，低低温冷脆问问题较为突突出。(2)铆铆钉连接铆钉连接的制造造有热铆和和冷铆二种种方法。热热铆是由烧烧红的钉坯坯插入构件件的钉孔中中，用铆钉钉枪或压铆铆机铆合而而成。冷铆铆是在常温温下铆合而而成。在建建筑结构中中一般都采采用热铆。如如兰州的中中山桥(图3.4))和上海的的外白渡桥桥(图3.5))都是采用用热铆连接接的桥梁。铆钉连接的质量量和受力性性能与钉孔孔的制法有有很大关系系。钉孔的的制法分为为I、n两类。I类孔是用用钻模钻成成，或先冲冲成较小的的孔，装配配时再扩钻钻而成，质质量较好。11类孔是冲成或不用钻模钻成，虽然制法简单，但构件拼装时钉孔不易对齐，故质量较差。重要的结构应该采用B类孔。铆钉打打好后，钉钉杆由高温温逐渐冷却却而发生收收缩，但被被钉头之间间的钢板阻阻止住所以以钉杆中产产生了收缩缩拉应力，对对钢板则产产生压缩系系紧力。这这种系紧力力使连接十十分紧密。当当构件受剪剪力作用时时，钢板接接触面上产产生很大的的磨擦力，因因而能大大大提高连接接的工作性性能。铆钉连接接由于构造造复杂，费费钢费工，现现己很少采采用。但是是铆钉连接接的塑性和和韧性较好好，传力可可靠，质量量易于检查查，在一些些重型和直直接承受动动力荷载的的结构中，有有时仍然采采用。(3)螺螺栓连接螺栓连接接分普通螺螺栓连接和和高强度螺螺栓连接两两种。1、普通通螺栓连接接普通螺栓栓分为A、B、C三级。A级与B级为精制制螺栓，CC级为粗制制螺栓。CC级螺栓材材料性能等等级为4..6级或4.88级。A、B级级精制螺栓栓是由毛坯坯在车床上上经过切削削加工精制制而成。表表面光滑，尺尺寸准确，螺螺杆直径与与螺栓孔径径相同，但但螺杆直径径仅允许负负公差，螺螺栓孔直径径仅允许正正公差对成成孔质量要要求高。由由于有较高高的精度，因因而受剪性性能好。但但制作和安安装复杂，价价格较高，已已很少在钢钢结构中采采用。C级螺栓栓由未经加加工的圆钢钢压制而成成。由于螺螺栓表面粗粗糙，一般般采用在单单个零件上上一次冲成成或不用钻钻模钻成的的孔(n类孔)。螺栓孔孔的直径比比螺栓杆的的直径大11.5一3~。对于于采用C级螺栓的的连接，由由于螺杆与与栓孔之间间有较大的的间隙，受受剪力作用用时，将会会产生较大大的剪切滑滑移，连接接的变形大大。但安装装方便，且且能有效地地传递拉力力，故一般般可用于沿沿螺栓杆轴轴受拉的连连接中，以以及次要结结构的抗剪剪连接或安安装时的临临时固定。2、高高强度螺栓栓连接高强度度螺栓分大大六角头型型(图3.6aa)和扭剪剪型(图3.6bb)两种。安安装时通过过特别的板板手，以较较大的扭矩矩上紧螺帽帽，使螺杆杆产生很大大的预拉力力。高强螺螺栓的预拉拉力把被连连接的部件件夹紧，使使部件的接接触面间产产生很大的的磨擦力，外外力通过摩摩擦力来传传递。这种种连接称为为高强度螺螺栓摩擦型型连接。它它的优点是是施工方便便，对构件件的削弱较较小，可拆拆换，能承承受动力荷荷载，耐疲疲劳，韧性性和塑性好好，包含了了普通螺栓栓和铆钉连连接的各自自优点，目目前己成为为代替铆接接的优良连连接形式。另另外，高强强度螺钉也也可同普通通螺栓一样样，允许接接触面滑移移，依靠螺螺栓杆和螺螺栓孔之间间的承压来来传力。这这种连接称称为高强度度螺栓承压压型连接。摩擦型连接的栓栓孔直径比比螺杆的公公称直径dd大1.5一2.Orrnrn;;承压型连连接的栓孔孔直径比螺螺杆的公称称直径d大1.0一1.smmrn。摩摩擦型连接接的剪切变变形小，弹弹性性能好好，特别适适用于随动动荷载的结结构。承压压型连接的的承载力高高于摩擦型型，连接紧紧凑，但剪剪切变形大大，不得用用于承受动动力荷载的的结构中。图3.6高强度螺螺栓(4)紧固件连接接(轻钢结构构)在冷弯薄壁型钢钢结构中经经常采用自自攻螺钉、钢钢拉铆钉、射射钉等机械械式紧固件件连接方式式(图3.7))，主要用用于压型钢钢板之间和和压型钢板板与冷弯型型钢等支承承构件之间间的连接。图3.7轻刚结构构紧固件自攻螺钉有两种种类型，一一类为一般般的自攻螺螺钉(图3.7aa)，需先先行在被连连板件和构构件上钻一一定大小的的孔后，再再用电动板板子或扭力力板子将其其拧入连接接板的孔中中;一类为自自钻自攻螺螺钉(图3.7bb)，无需需预先钻孔孔，可直接接用电动板板子自行钻钻孔和攻入入被连板件件。拉铆钉(图3..7c)有有铝材和钢钢材制作的的二类，为为防止电化化学反应，轻轻钢结构均均采用钢制制拉铆钉。射射钉(图3.7dd)由带有有锥杆和固固定帽的杆杆身与下部部活动帽组组成，靠射射钉枪的动动力将射钉钉穿过被连连板件打入入母材基体体中(见图3.77d)。射射钉只用于于薄板与支支承构件((如擦条、墙墙梁等)的连接。3.2.2刚刚结构节点点与刚结构构连接钢结构节节点作为钢钢结构建筑筑的重要组组成部分，在在钢结构建建筑中发挥挥着极为关关键的作用用。钢结构的的节点通常常包含了被被连接构件件(端部)、节点区区、连接件件或连接材材料(焊缝、螺螺栓、锚栓栓、紧固件件、拼接板板或其他部部件)等部分，因因此钢结构构节点是指指将2个或2个以上钢钢结构构件件连接起来来的部位，或或指钢结构构构件与基基础或非结结构构件连连接的部位位。由此我我们可以看看出，钢结结构连接与与钢结构节节点是完全全不同的两两个概念，连连接是一种种形成构件件连续化的的施工方式式，而节点点是包含连连接方式在在内的一个个区域。故故对于因钢钢板长度不不够，将22块钢板采采用对接焊焊缝拼接而而产生的拼拼接处称为为连接接头头;同样地，对对于3块钢板用用焊缝连接接成为工字字形截面，腹腹板与翼缘缘的连接处处也不是我我们定义中中的节点。钢结构节点点的分类有有:(l)按结结构体系区区分的节点点形式①平面析析架节点，主主要有弦杆杆与腹杆的的连接节点点、析架与与柱(屋架与排排架柱、屋屋架与抗风风柱、墙柱柱)的连接节节点。当然然，在平面面析架中也也存在着三三维节点，如如与水平支支撑和竖向向支撑连接接的节点，但但这种三维维节点仍可可做一些简简化而看做做平面节点点。②空间析析架、网架架、网壳等等的节点，主主要有空间间析架杆件件间的连接接节点、交交叉精架((垂直相交交的平面管管析架)间的杆件件连接节点点、空间网网架或网壳壳杆件间的的连接节((图3.8))。这些节节点的特点点是本身就就是三维节节点，如铸铸钢节点、加加肋章的式式柱状节点点;但对于单单层网壳的的节点，在在一定条件件下可作为为平面节点点处理。③框架结结构节点，主主要有梁柱柱节点(图3.9))、梁一柱柱一支撑节节点、柱脚脚节点。框框架结构节节点既有平平面的节点点方式也有有空间的节节点方式。(2)按杆杆件截面形形式区分的的节点形式式①钢管连接接节点(全圆管杆杆件、全方方管或矩形形管杆件、方方圆钢管杆杆件)。如直接接利用钢管管本身的相相贯节点((图3.100)、螺栓栓球节点((图3.111)、焊接接球节点((图3.122)、法兰兰节点等。②非钢管杆杆件的连接接节点。③钢管与非非钢管的连连接节点。(3)按连接方式式区分的节节点形式，有有焊接节点点、螺栓连连接节点、栓栓焊混合节节点等。图3.10钢管相相贯节点(4)按材料类别别区分的节节点形式，有有铸钢节点点(图3.133)、锻钢钢节点(图3.144)等。(5)按(5)按按构造特点点区分的节节点形式，有有板式节点点(析架)与端板式式节点(门架)、相贯节点点与加劲式式节点(钢管结构构)、柱贯通通式节点和和隔板贯通通式节点((框架)。3.3构件的美美学表现理理论3.3.1钢材材与钢结构构构件钢材的种种类是指按按使用需求求把钢产品品加工成一一定形状的的钢材后根根据钢材的的形状对其其进行分类类而得的钢钢材的类别别。钢材的的种类有钢钢轨、型钢钢、线材、带带钢、中厚厚钢板、薄薄钢板、无无缝钢管、接接缝钢管等等，但不包包括由钢锭锭直接锻成成的锻钢件件及钢丝、钢钢丝绳、铁铁丝等金属属制品。图3.115给出了了常见的部部分热轧型型材，图33.16给给出了钢结结构建筑中中常用的冷冷成型的型型材[‘4]。无论论是热轧型型材还是冷冷成型材，由由于其在不不同体系、类类型的建筑筑中使用不不同，因此此可以使得得建筑美得得表现灵活活而富有特特色，如HH型钢的两两个主轴方方向的惯性性矩接近，使使构件受力力更加合理理，目前HH型钢已广广泛应用于于高层建筑筑、轻型工工业厂房和和大型工业业厂房中，使使这些建筑筑简洁规整整而富有钢钢结构的力力度美。虽然从钢材的定定义我们了了解到了其其不包括由由钢锭直接接锻成的锻锻钢件及钢钢丝、钢丝丝绳、铁丝丝等金属制制品，但由由于新近发发展起来的的张弦梁结结构(图3.177)中因用用到柔性拉拉索，所以以本节也对对钢索做一一简单介绍绍。图3.15常见的的热轧型钢钢钢索这个术语常常常不加区区分地用来来指钢丝、钢钢绞线、钢钢缆。钢索索一般采用用强度钢筋筋、钢丝或或钢绞线制制作。钢索索种类主要要有如下几几种形式[[l5]((图3.188):(l)平行钢钢筋索(2)平行钢钢丝索(3)钢绞线线索(4)单股钢钢绞缆(5)封闭式式钢缆钢索在拉索索构造中承承受拉力，钢钢索类型的的选择取决决于要求的的力学特性性(弹性模量量、极限抗抗拉强度、耐耐久性等))，以及施施工和经济济条件(安装，锚锚具设计等等)。图3.16冷成型型材图3.17琶洲会展展中心图图3.188钥索的种种类和构造造前己述及，钢材材的种类是是指按使用用需求把钢钢产品加工工成一定形形状的钢材材后根据钢钢材的形状状对其进行行分类而得得的钢材的的类别。钢钢材的种类类有钢轨、型型钢、材、带带钢、中厚厚钢板、薄薄钢板、无无缝钢管、接接缝钢管等等，但不包包括由钢锭锭直接锻成成的锻钢件件及钢丝、钢钢丝绳、铁铁丝等金属属制品。因因此，钢材材是工业产产品，对于于某具体钢钢材种类，其其具有一定定的长度，横横截面具有有一定的厚厚度、高度度等几何参参数的要求求。钢材一般不可以以直接在施施工现场进进行安装，这这是因为为为了保证形形成整体性性能好的结结构，必须须在根据钢钢结构受力力特点及建建筑美学表表现的要求求，对钢材材进行切割割、焊接、冲冲孔等加工工，形成可可以通过焊焊接、栓接接、铆接等等连接方式式形成结构构整体的基基本构件，而而后才能在在施工现场场安装，所所以钢结构构构件是建建筑中的基基本构件，它它来源于钢钢材，但从从建筑美学学表现的角角度来讲却却高于钢材材。图3.19所示的弧弧形钢梁是是在先对钢钢板这种钢钢材进行切切割，形成成弧形钢梁梁所需要的的翼缘和腹腹板的形状状，然后对对通过焊接接的方式把把翼缘板和和腹板焊接接而成，当当然为了进进一步与其其他钢结构构构件连接接，还需要要在图中的的加劲肋上上冲出螺栓栓连接的螺螺栓孔。图图3.20所示的现现代钢结构构建筑中常常见的构件件即图3.21所示的格格构式钢柱柱同样也是是在钢材的的基础上经经过上述的的加工、制制造后形成成的能够变变现建筑美美学的基本本构件。图3.19弧形钢钢梁第四章现代钢钢结构建筑筑的美学表表现实践4.1央视新大大楼中央电视台台新台址地地处北京市市朝阳区东东三环中路路东，在北北京市中央央商务(cBD))区规划范范围内。用用地面积118.7万万mZ，总建建筑面积约约55万mZ，包括括新的CCCTV主楼楼、电视文文化中心以以及服务楼楼三个单体体建筑。CCTV主主楼由塔11和塔2两座塔楼楼、裙房及及基座组成成，地下33层，地上上总建筑面面积40万衬。塔塔楼1、2均呈双向向6o倾斜，分分别为511层和44层，在在第37层(塔楼2为第30层)以上部分分用14层高的的L形悬臂结结构连为一一体，因此此这栋别具具特色的建建筑不是二二维的涨满满天空的，而而是真正意意义上的三三维建筑。结结构屋面高高度2344m，最大大悬挑长度度75m。裙裙房为9层，与塔塔楼连为一一体(图4.1))。图4.1央视新大大楼从材料角度度分析，央央视新大楼楼的外筒结结构大量采采用了高强强度钢，如如牌号Q3390、Q4200以及Q4660，构件件最大钢板板厚1000Inlnn。虽然该该大楼竣工工后大部分分外筒结构构构件会被被玻璃幕所所覆盖而遮遮挡，但还还是有部分分构件会暴暴露在外((图4.2))，这尽管管与钢幕墙墙表现出的的金属色泽泽及质感的的力度相去去甚远，但但多多少少少也能从央央视新大楼楼的表皮肌肌理中体现现出些许的的材质之美美。图4.2央视新大大楼从节点角度度分析，由由于央视新新大楼采用用了斜梁斜斜柱的骨架架结构体系系，斜交的的梁和柱较较难采用传传统钢框架架结构的梁梁柱节点形形式，而建建筑师提出出了“蝶形板节节点”不但有效效地解决了了传统节点点所不能实实现的连接接问题，同同时也丰富富了钢结构构节点形式式，为现代代钢结构建建筑的节点点美学表现现开拓了新新思路(图4.3))。图4.3嫉形板节节点4.2国家大剧剧院国家大剧院工程程位于北京京市西城区区石碑胡同同4号，由法法国巴黎机机场设计公公司著名建建筑师保罗罗·安德鲁设设计，北京京城建集团团有限责任任公司、香香港建设(控股)有限公司司、上海建建工(集团)总公司联联合体承建建。总建筑筑面积155，ooomm2，建筑总总高46288m。由南侧侧建筑、北北侧建筑、中中心建筑三三部分组成成:南北侧建建筑物均为为地下建筑筑，中心建建筑物为长长轴216..57m，短轴145..57m的椭球体体建筑(图4.4)。图4.4中国国家家大剧院从材料美学表现现角度分析析，国家大大剧院大厅厅裸露的立立柱既是承承重支撑的的功能柱，同同时也是观观赏的“艺术品”。该立柱柱采用的由由武钢自主主研发的高高性能耐火火耐候建筑筑用钢WGGJS1OOCZ是在在较低的碳碳含量基础础上，通过过加入多种种适量的合合金元素及及采取适当当的生产工工艺，以达达到钢板在在常温及高高温状态下下强度和刚刚度的同时时，还保证证钢具有优优良的韧性性、焊接性性和耐候性性从节点角度分析析，国家大大剧院既有有常用的钢钢结构节点点形式(图4.5))，以保证证结构受力力安全可靠靠;也有开发发出的新型型节点(图4.6))。这种新新型节点出出现在圆钢钢管截面与与工字型构构件的腹板板连接处，按按照钢结构构设计的传传统做法，该该节点形式式应该采用用板式节点点，即在工工字型构件件的腹板上上焊接一块块节点板，再再在圆钢管管截面上开开出该节点点板能够插插入的凹槽槽，把节点点板插入该该凹槽后焊焊接即可。但但是在国家家大剧院中中，节点的的位置正好好在工字型型截面的节节点域处，是是受力非常常复杂的节节点局部，如如果再焊接接一块节点点板，势必必影响该区区域的受力力，所以建建筑师开发发出了如图图4.6所示示的新型节节点。图4.5传统统节点图4.6新型型节点该新型节点的开开发不仅具具有结构受受力上非常常重要的意意义，在建建筑美学表表现中也意意义非凡。图图4.7所示示是国家大大剧院玻璃璃幕处的新新型节点，由由于玻璃幕幕是透明的的，所以国国家大剧院院建成后，这这些节点从从建筑外部部看是暴露露出来的，如如果采用传传统的板式式节点，势势必影响国国家大剧院院的美观。而而新型节点点由于采用用了图4..8所示的的连接件，有有效地把节节点本身的的体量控制制在了与圆圆钢管截面面体量的一一致，同时时把节点的的体量消解解在构件之之中，是从从节点自身身出发的“体”与从节点点与构件的的对比关系系产生的“点”来表现节节点美学的的绝佳实例例。同时，从从国家大剧剧院外部观观察到的由由诸多新型型节点表现现出来的“点系”也表现出出了“点系”的韵律美美，形成了了国家大剧剧院独特的的节点美学学特征。图4.7玻璃幕处处的新型节节点图4.8连接件从构件件角度分析析，国家大大剧院的钢钢结构构件件既有圆管管截面的直直线型构件件，亦有字字钢截面的的曲线形构构件(图4.100)。直线线型构件展展示出了力力流的“顺畅”，曲线型型则以其优优美的线型型孕育着强强大的力量量，产生着着一跃而过过的力动感感与跨越感感，在国家家大剧院主主体结构中中的这种柔柔美的曲线线和笔直的的直线相结结合，呈现现出刚柔并并济，韵律律优美的绰绰约丰姿。此此外，格构构化的处理理手法亦在在国家大剧剧院的钢结结构构件中中表露无疑疑(图4.100)。被格格构化的主主体结构的的构件具有有强度好、刚刚度大、材材料省、自自重轻的经经济效果，同同时使得给给构件产生生了简洁、轻轻盈、通透透、开放的的视觉效果果。图4.10国家大大剧院主体体结构的构构件从体积角角度分析，国国家大剧院院是大跨度度空间结构构，但却有有别于传统统的网格结结构体系、索索膜结构体体系以及管管析架结构构体系。从从国家大剧剧院的体型型及受力构构件的布置置方式来看看，其接近近于网格结结构体系中中的网壳结结构，但其其构件采用用了圆管截截面积工字字型钢截面面，这有别别于传统的的网壳结构构大多采用用圆钢管截截面的单一一形式，同同时国家大大剧院的节节点形式既既非焊接球球节点也非非螺栓球节节点，所以以看似是网网壳结构却却不是真正正的网壳结结构。国家家大剧院的的结构体系系的创作灵灵感取自网网壳结构与与骨架结构构体系两者者的杂交，因因此是建筑筑师创造出出的新型结结构体系。结论本文从钢结结构建筑的的材料、节节点、构件件和体系四四个方面分分别研究了了现代钢结结构建筑美美学表现的的特点和表表现手法，得得到了如下下结论:(1)由由于钢结构构建筑的防防腐、防火火要求较高高，通常要要在钢结构构节点和构构件上涂刷刷防腐漆和和防火涂料料，由此而而带来的对对钢这种合合金的色泽泽和质地的的遮蔽造成成了建筑师师无法表现现现代钢结结构建筑的的材料美的的诸多遗憾憾。幸而不不锈钢由于于可以有效效地阻止节节点和构件件的表面锈锈蚀，给建建筑师在建建筑设计中中需要利用用钢的金属属色泽和质质地表现建建筑美带来来的转机，而而一些特殊殊结构用钢钢由于也可可直接把钢钢的表面直直接暴露于于外界环境境之中，其其锈蚀而产产生的棕红红色既丰富富了建筑美美学表现中中对色泽的的要求，同同时又满足足了美学表表现中对金金属质地的的饰材的需需求。(2)钢钢结构节点点就其自身身而言，是是一个“体”;若把钢结结构构件看看做是一个个