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第二节
建筑结构的发展与分类

一、建筑历史及发展

(一)中国建筑史

中国建筑以长江、黄河一带为中心,受此地区影响,其建筑形式类似,所使用的材料、工法、营造氛围、空间、艺术表现与此地区相同或雷同的建筑,皆可统称为中国建筑。中国古代建筑的形成和发展具有悠久的历史。由于中国幅员辽阔,各处的气候、人文、地质等条件各不相同,从而形成了各具特色的建筑风格。其中,民居形式尤为丰富多彩,如南方的干栏式建筑、西北的窑洞建筑、游牧民族的毡包建筑、北方的四合院建筑等。中国建筑史主要分为中国古代建筑史和中国近现代建筑史。

1.中国古代建筑史

(1)原始时期的建筑

原始时期的建筑活动是中国建筑设计史的萌芽,为后来的建筑设计奠定了良好的基础,建筑制度逐渐形成。中国社会的奴隶制度自夏朝开始,经殷商、西周到春秋战国时期结束,直到封建制度萌芽,前后经历了1600余年。在严格的宗法制度下,统治者设计建造了规模相当大的宫殿和陵墓,和当时奴隶居住的简易建筑形成了鲜明的对比,从而反映出当时社会尖锐的阶级对立矛盾。

建筑材料的更新和瓦的发明是周朝在建筑上的突出成就,使古代建筑从“茅茨土阶”的简陋状态逐渐进入了比较高级的阶段,建筑夯筑技术日趋成熟。自夏朝开始的夯土构筑法在我国沿用了很长时间,直至宋朝才逐渐采用内部夯土、外部砌砖的方法构筑城墙,明朝中期以后才普遍使用砖砌法。

此外,原始时期人们设计建造了很多以高台宫室为中心的大、小城市,开始使用砖、瓦、彩画及斗拱梁枋等设计建造房屋,中国建筑的某些重要的艺术特征已经初步形成,如方正规则的庭院,纵轴对称的布局,木梁架的结构体系,以及由屋顶、屋身、基座组成的单体造型。自此开始,传统的建筑结构体系及整体设计观念开始成型,对后世的城市规划、宫殿、坛庙、陵墓乃至民居产生了深远的影响。

(2)秦汉时期的建筑

秦汉时期400余年的建筑活动处于中国建筑设计史的发育阶段,秦汉建筑是在商周已初步形成的某些重要艺术特点的基础上发展而来的。秦汉建筑类型以都城、宫室、陵墓和祭祀建筑(礼制建筑)为主。都城规划形式由商周的规矩对称,经春秋战国向自由格局的骤变,又逐渐回归于规整,整体面貌呈高墙封闭式。宫殿、陵墓建筑主体为高大的团块状台榭式建筑,周边的重要单体多呈十字轴线对称组合,以门、回廊或较低矮的次要房屋衬托主体建筑的庄严、重要,使整体建筑群呈现主从有序、富于变化的院落式群体组合轮廓。从现存汉阙、壁画、画像砖中可以看出,秦汉建筑的尺度巨大,柱阑额、梁枋、屋檐都是直线,外观为直柱、水平阑额和屋檐,平坡屋顶,已经出现了屋坡的折线“反字”(指屋檐上的瓦头仰起,呈中间凹、四周高的形状),但还没有形成曲线或曲面的建筑外观,风格豪放朴拙、端庄严肃,建筑装饰色彩丰富,题材诡谲,造型夸张。秦汉时期社会生产力的极大提高,促使制陶业的生产规模,烧造技术、数量和质量都超越了以往的任何时代,秦汉时期的建筑因而得以大量使用陶器,其中最具特色的就是画像砖和各种纹饰的瓦当,素有“秦砖汉瓦”之称。

(3)魏晋南北朝时期的建筑

魏晋南北朝时期是中国古代建筑设计史上的过渡与发展期。北方少数民族进入中原,中原士族南迁,形成了民族大迁徙、大融合的复杂局面。这一时期的宫殿建筑广泛融合了中外各民族、各地域的设计特点,建筑创作活动极为活跃。士族标榜旷达风流,文人退隐山林,崇尚自然清闲的生活,促使园林建筑中的土山、钓台、曲沼、飞梁、重阁等叠石造景技术得到了提高,江南建筑开始步入设计舞台。传入中国的印度、中亚地区的雕刻、绘画及装饰艺术对中国的建筑设计产生了显著而深远的影响,它使中国建筑的装饰设计形式更为丰富多样,广泛采用莲花、卷草纹和火焰纹等装饰纹样,促使魏晋南北朝时期的建筑从汉代的质朴醇厚逐渐转变为成熟圆浑。

(4)隋唐、五代十国时期的建筑

隋唐时期是中国古代建筑设计史上的成熟期。隋唐时期结束分裂,完成统一,政治安定,经济繁荣,国力强盛,与外来文化交往频繁,建筑设计体系更趋完善,在城市建设、木架建筑、砖石建筑、建筑装饰和施工管理等方面都有巨大发展,建筑设计艺术取得了空前的成就。

在建筑制度设计方面,汉代儒家倡导的以周礼为本的一套建筑制度,发展到隋唐时期已臻于完备,订立了专门的法规制度,以控制建筑规模,建筑设计逐步定型并标准化,基本上为后世所遵循。

在建筑构件结构方面,隋唐时期木构件的标准化程度极高,斗拱等结构构件完善,木构架建筑设计体系成熟,并出现了专门负责设计和组织施工的专业建筑师,建筑规模空前巨大。现存的隋唐时期木构建筑的斗拱结构、柱式形象及梁枋加工等都充分展示了结构技术与艺术形象的完美统一。

在建筑形式及风格方面,隋唐时期的建筑设计非常强调整体的和谐,整体建筑群的设计手法更趋成熟,通过强调纵轴方向的陪衬手法,加强突出了主体建筑的空间组合,单体建筑造型浑厚质朴,细节设计柔和精美,内部空间组合变化适度,视觉感受雄浑大度。这种设计手法正是明清建筑布局形式的渊源。建筑类型以都城、宫殿、陵墓、园林为主,城市设计完全规整化且分区合理。园林建筑已出现皇家园林与私家园林的风格区分,皇家园林气势磅礴,私家园林幽远深邃,艺术意境极高。隋唐时期简洁明快的色调、舒展平远的屋顶、朴实无华的门窗无不给人以庄重大方的印象,这是宋、元、明、清建筑设计所没有的特色。

(5)宋、辽、金、西夏时期的建筑

宋朝是中国古代建筑设计史上的全盛期,辽承唐制,金随宋风,西夏别具一格,多种民族风格的建筑共存是这一时期的建筑设计特点。宋朝的建筑学、地学等都达到了很高的水平,如“虹桥”(飞桥)是无柱木梁拱桥(即垒梁拱),达到了我国古代木桥结构设计的最高水平;建筑制度更为完善,礼制有了更加严格的规定,并著作了专门书籍,以严格规定建筑等级、结构做法及规范要领;建筑风格逐渐转型,宋朝建筑虽不再有唐朝建筑的雄浑阳刚之气,却创造出了一种符合自己时代气质的阴柔之美;建筑形式更加多样,流行仿木构建筑形式的砖石塔和墓葬,设计了各种形式的殿阁楼台、寺塔和墓室建筑,宫殿规模虽然远小于隋唐,但序列组合更为丰富细腻,祭祀建筑布局严整细致,佛教建筑略显衰退,都城设计仍然规整方正,私家园林和皇家园林建筑设计活动更加活跃,并显示出细腻的倾向,官式建筑完全定型,结构简化而装饰性强;建筑技术及施工管理等取得了进步,出现了《木经》《营造法式》等关于建筑营造总结性的专门书籍;建筑细部与色彩装饰设计受宠,普遍采用彩绘、雕刻及琉璃砖瓦等装饰建筑,统治阶级追求豪华绚丽,宫殿建筑大量使用黄琉璃瓦和红官墙,创造出一种金碧辉煌的艺术效果,市民阶层的兴起使普遍的审美趣味更趋近日常生活,这些建筑设计活动对后世产生了极为深远的影响。辽、金的建筑以汉唐以来逐步发展的中原木构体系为基础,广泛吸收其他民族的建筑设计手法,不断改进完善,逐步完成了上承唐朝、下启元朝的历史过渡。

(6)元、明、清时期的建筑

元、明、清时期是中国古代建筑设计史上的顶峰,是中国传统建筑设计艺术的充实与总结阶段,中外建筑设计文化的交流融合得到了进一步的加强,在建材装修、园林设计、建筑群体组合、空间氛围的设计上都取得了显著的成就。元、明、清时期的建筑呈现出规模宏大、形体简练、细节繁复的设计形象。元朝建筑以大都为中心,其材料、结构、布局、装饰形式等基本沿袭唐、宋以来的传统设计形制,部分地方继承辽、金的建筑特点,开创了明、清北京建筑的原始规模。因此,在建筑设计史上普遍将元、明、清作为一个时期进行探讨。这一时期的建筑趋向程式化和装饰化,建筑的地方特色和多种民族风格在这个时期得到了充分的发展,建筑遗址留存至今,成为今天城市建筑的重要构成,对当代中国的城市生活和建筑设计活动产生了深远的影响。

元、明、清时期建筑设计的最大成就表现在园林设计领域,明朝的江南私家园林和清朝的北方皇家园林都是最具设计艺术性的古代建筑群。中国历代都建有大量宫殿,但只有明、清时期的宫殿——北京故宫、沈阳故宫得以保存至今,成为中华文化的无价之宝。

元、明、清时期的单体建筑形式逐渐精练化,设计符号性增强,不再采用生起、侧脚、卷杀,斗拱比例缩小,出檐深度减小,柱细长,梁枋沉重,屋顶的柔和线条消失,不同于唐、宋建筑的浪漫柔和,这一时期的建筑呈现出稳重严谨的设计风格。建筑组群采用院落重叠纵向扩展的设计形式,与左、右横向扩展配合,通过不同封闭空间的变化突出主体建筑。

2.中国近现代建筑史

19世纪末至20世纪初是中国近代建筑设计的转型时期,也是中国建筑设计发展史上一个承上启下、中西交汇、新旧接替的过渡时期,既有新城区、新建筑的急速转型,又有旧乡土建筑的矜持保守;既交织着中西建筑设计文化的碰撞,也经历了近现代建筑的历史承接,有着错综复杂的时空关联。半封建半殖民地的社会性质决定了清末、民国时期对待外来文化采取包容与吸收的建筑设计态度,使部分建筑出现了中西合璧的设计形象,园林里也常有西洋门面、西洋栏杆、西式纹样等。这一时期成为我国建筑设计演进过程的一个重要阶段。其发展历程经历了产生、转型、鼎盛、停滞、恢复5个阶段,主要建筑风格有折中主义、古典主义、近代中国宫殿式、新民族形式、现代派及中国传统民族形式6种,从中可以看出清末、民国时期的建筑设计经历了由照搬照抄到西学中用的发展过程,其构件结构与风格形式既体现了近代以来西方建筑风格对中国的影响,又保持了中国民族传统的建筑特色。

中西方建筑设计技术、风格的融合,在南京的民国建筑中表现最为明显,它全面展现了中国传统建筑向现代建筑的演变,在中国建筑设计发展史上具有重要的意义。时至今日,南京的大部分民国建筑依然保存完好,构成了南京有别于其他城市的独特风貌,南京也因此被形象地称为“民国建筑的大本营”。另外,由外国输入的建筑及散布于城乡的教会建筑发展而来的居住建筑、公共建筑、工业建筑的主要类型已大体齐备,相关建筑工业体系也已初步建立。大量早期留洋学习建筑的中国学生回国后,带来了西方现代建筑思想,创办了中国最早的建筑事务所及建筑教育机构。刚刚登上设计舞台的中国建筑师,一方面探索着西方建筑与中国建筑固有形式的结合,并试图在中西建筑文化的有效碰撞中寻找适宜的融合点;另一方面又面临着走向现代主义的时代挑战,这些都要求中国建筑师能够紧跟先进的建筑潮流。

1949年中华人民共和国成立后,外国资本主义经济的在华势力消亡,逐渐形成了社会主义国有经济,大规模的国民经济建设推动了建筑业的蓬勃发展,我国建筑设计进入了新的历史时期。我国现代建筑在数量上、规模上、类型上、地区分布上、现代化水平上都突破了近代的局限,展示出崭新的姿态。时至今日,中国传统式与西方现代式两种设计思潮的碰撞与交融在中国建筑设计的发展进程中仍在继续,将民族风格和现代元素相结合的设计作品也越来越多,有复兴传统式的建筑,即保持传统与地方建筑的基本构筑形式,并加以简化处理,突出其文化特色与形式特征;有发展传统式的建筑,其设计手法更加讲究传统或地方的符号性和象征性,在结构形式上不一定遵循传统方式;也有扩展传统式的建筑,就是将传统形式从功能上扩展为现代用途,如我国建筑师吴良镛设计的北京菊儿胡同住宅群,就是结合了北京传统四合院的构造特征,并进行重叠、反复、延伸处理,使其功能和内容更符合现代生活的需要;还有重新诠释传统的建筑,它是指仅将传统符号或色彩作为标志以强调建筑的文脉,类似于后现代主义的某些设计手法。总而言之,我国的建筑设计曾经灿烂辉煌,在将来的某一天定会重新焕发光彩,成为世界建筑设计思潮的另一种选择。

(二)外国建筑史

1.外国古代建筑

(1)古埃及建筑

古埃及是世界上最古老的国家之一,古埃及的领土包括上埃及和下埃及两部分。上埃及位于尼罗河中游的峡谷,下埃及位于河口三角洲。大约在公元前3000年,古埃及成为统一的奴隶制帝国,形成了中央集权的皇帝专制制度,出现了强大的祭司阶层,也产生了人类第一批以宫殿、陵墓为主体的巨大的纪念性建筑物。按照古埃及的历史分期,其代表性建筑可分为古王国时期、中王国时期及新王国时期建筑类型。

古王国时期的主要劳动力是氏族公社成员,庞大的金字塔就是他们建造的。这一时期的纪念性建筑物是单纯而开阔的。

中王国时期,在山岩上开凿石窟陵墓的建筑形式开始盛行,陵墓建筑采用梁柱结构,构成比较宽敞的内部空间,以建于公元前2000年前后的曼都赫特普三世陵墓为典型代表,开创了陵墓建筑群设计的新形式。

新王国时期是古埃及建筑发展的鼎盛时期,这时已不再建造巍然屹立的金字塔陵墓,而是将荒山作为天然金字塔,沿着山坡的侧面开凿地道,修建豪华的地下陵寝,其中以拉美西斯二世陵墓和图坦卡蒙陵墓最为奢华。

(2)两河流域及波斯帝国建筑

两河流域地处亚非欧三大洲的衔接处,位于底格里斯河和幼发拉底河中下游,通常被称为西亚美索不达米亚平原(希腊语意为“两河之间的土地”,今伊拉克地区),是古代人类文明的重要发源地之一。公元前3500年—前4世纪,在这里曾经建立过许多国家,依次建立的奴隶制国家为古巴比伦王国(公元前19世纪—前16世纪)、亚述帝国(公元前8世纪—前7世纪)、新巴比伦王国(公元前626年—前539年)和波斯帝国(公元前6世纪—前4世纪)。两河流域的建筑成就在于创造了将基本原料用于建筑的结构体系和装饰方法。两河流域气候炎热多雨,盛产黏土,缺乏木材和石材,故人们从夯土墙开始,发展出土坯砖、烧砖的筑墙技术,并以沥青、陶钉石板贴面及琉璃砖保护墙面,使材料、结构、构造与造型有机结合,创造了以土作为基本材料的结构体系和墙体饰面装饰办法,对后来的拜占庭建筑和伊斯兰建筑影响很大。

(3)爱琴文明时期的建筑

爱琴文明是公元前20世纪—前12世纪存在于地中海东部的爱琴海岛、希腊半岛及小亚细亚西部的欧洲史前文明的总称,也曾被称为迈锡尼文明。爱琴文明发祥于克里特岛,是古希腊文明的开端,也是西方文明的源头。其宫室建筑及绘画艺术十分发达,是世界古代文明的一个重要代表。

(4)古希腊建筑

古希腊建筑经历了三个主要发展时期:公元前8世纪—前6世纪,纪念性建筑形成的古风时期;公元前5世纪,纪念性建筑成熟、古希腊本土建筑繁荣昌盛的古典时期;公元前4世纪—前1世纪,古希腊文化广泛传播到西亚北非地区并与当地传统相融合的希腊化时期。

古希腊建筑除屋架外全部使用石材设计建造,柱子、额枋、檐部的设计手法基本确定了古希腊建筑的外貌,通过长期的推敲改进,古希腊人设计了一整套做法,定型了多立克、爱奥尼克、科林斯三种主要柱式。

古希腊建筑是人类建筑设计发展史上的伟大成就之一,给人类留下了不朽的艺术经典。古希腊建筑通过自身的尺度感、体量感、材料质感、造型色彩及建筑自身所承载的绘画和雕刻艺术给人以强烈的震撼,其梁柱结构、建筑构件特定的组合方式及艺术修饰手法等设计语汇极其深远地影响着后人的建筑设计风格,几乎贯穿整个欧洲2000年的建筑设计活动,无论文艺复兴时期、巴洛克时期、洛可可时期,还是集体主义时期,都可见到古希腊设计语汇的再现。因此,可以说古希腊是西方建筑设计的开拓者。

(5)古罗马建筑

古罗马文明通常是指公元前9世纪初在意大利半岛中部兴起的文明。古罗马文明在自身的传统上广泛吸收东方文明与古希腊文明的精华。

古罗马建筑除使用砖、木、石外,还使用了强度高、施工方便、价格低的火山灰混凝土,以满足建筑拱券的需求,并发明了相应的支模、混凝土浇灌及大理石饰面技术。古罗马建筑为满足各种复杂的功能要求,设计了简拱、交叉拱、十字拱、穹窿(半球形)及拱券平衡技术等一整套复杂的结构体系。

2.欧洲中世纪的建筑

(1)拜占庭建筑

在建筑设计的发展阶段方面,拜占庭大量保留和继承了古希腊、古罗马及波斯、两河流域的建筑艺术成就,并且具有强烈的文化世俗性。拜占庭建筑为砖石结构,局部使用混凝土,从建筑元素来看,拜占庭建筑包含了古代西亚的砖石券顶、古希腊的古典柱式和古罗马建筑规模宏大的尺度,以及巴西利卡的建筑形式,并发展了古罗马的穹顶结构和集中式形式,设计了4个或更多独立柱支撑的穹顶、帆拱、鼓座相结合的结构方法和穹顶统率下的集中式建筑形制。

(2)罗马式建筑

公元9世纪,西欧正式进入封建社会,这时的建筑形式继承了古罗马的半圆形拱券结构,采用传统的十字拱及简化的古典柱式和细部装饰,以拱顶取代了木屋顶,创造了扶壁、肋骨拱与束柱结构。

罗马式建筑最突出的特点是创造了一种新的结构体系,即将原来的梁柱结构体系、拱券结构体系变成了由束柱、肋骨拱、扶壁组成的框架结构体系。框架结构的实质是将承力结构和围护材料分开,承力结构组成一个有机的整体,使围护材料可做得很轻很薄。

(3)哥特式建筑

哥特式建筑的特点是拥有高耸尖塔、尖形拱门、大窗户及绘有故事的花窗玻璃;在设计中利用尖肋拱顶、飞扶壁、修长的束柱,营造出轻盈修长的飞天感;使用新的框架结构以增加支撑顶部的力量,使整个建筑拥有直升线条,雄伟的外观,再结合镶着彩色玻璃的长窗,使建筑内产生一种浓厚的严肃气氛。

3.欧洲15世纪—18世纪的建筑

(1)文艺复兴时期的建筑

意大利文艺复兴时期的建筑文艺复兴运动源于14世纪—15世纪,随着生产技术和自然科学的重大进步,以意大利为中心的思想文化领域发生了反封建等运动。佛罗伦萨、热那亚、威尼斯三个城市成为意大利乃至整个欧洲文艺复兴的发源地和发展中心。15世纪,人文主义思想在意大利得到了蓬勃发展,人们开始狂热地学习古典文化,随之打破了封建教会的长期垄断局面,为新兴的资本主义制度开拓了道路。16世纪是意大利文艺复兴的高度繁荣时期,出现了达芬奇、米开朗琪罗和拉斐尔等伟大的艺术家。历史上将文艺复兴的年代广泛界定为15世纪—18世纪长达400余年的这段时期,文艺复兴运动真正奠定了“建筑师”这个名词的意义,这为当时的社会思潮融入建筑设计领域找到了一个切入点。如果说文艺复兴以前的建筑和文化的联系多处于一种半自然的自发行为,那么,文艺复兴以后的建筑设计和人文思想的紧密结合就肯定是一种非偶然的人为行为,这种对建筑的理解一直影响着后世的各种流派。

(2)法国古典主义建筑

法国古典主义是指17世纪流行于西欧,特别是法国的一种文学思潮,因为它在文艺理论和创作实践上以古希腊、古罗马为典范,故被称为“古典主义”。16世纪,在意大利文艺复兴建筑的影响下形成了法国文艺复兴建筑。自此开始,法国建筑的设计风格由哥特式向文艺复兴式过渡。这一时期的建筑设计风格往往将文艺复兴建筑的细部装饰手法融合在哥特式的宫殿、府邸和市民住宅建筑设计中。17世纪—18世纪上半叶,古典主义建筑设计思潮在欧洲占据统治地位,其广义上是指意大利文艺复兴建筑、巴洛克建筑和洛可可建筑等采用古典形式的建筑设计风格;狭义上则指运用纯正的古典柱式的建筑,即17世纪法国专制君权时期的建筑设计风格。

(3)欧洲其他国家的建筑

16世纪—18世纪,意大利文艺复兴建筑风靡欧洲,遍及英国、德国、西班牙及北欧各国,并与当地的固有建筑设计风格逐渐融合。

4.欧美资产阶级革命时期的建筑

18世纪—19世纪的欧洲历史是工业文明化的历史,也是现代文明化的历史,或者叫作现代化的历史。18世纪,欧洲各国的君主集权制度大都处于全盛时期,逐渐开始与中国、印度和土耳其进行小规模的通商贸易,并持续在东南亚与大洋洲建立殖民地。在启蒙运动的感染下,新的文化思潮与科学成果逐渐渗入社会生活的各个层面,民主思潮在欧美各国迅速传播开来。19世纪,工业革命为欧美各国带来了经济技术与科学文化的飞速发展,直接推动了西欧和北美国家的现代工业化进程。这一时期建筑设计艺术的主要体现为:18世纪流行的古典主义逐渐被新古典主义与浪漫主义取代,后又向折中主义发展,为后来欧美建筑设计的多元化发展奠定了基础。

(1)新古典主义

18世纪60年代—19世纪,新古典主义建筑设计风格在欧美一些国家普遍流行。新古典主义也被称为古典复兴,是一个独立设计流派的名称,也是文艺复兴运动在建筑界的反映和延续。新古典主义一方面源于对巴洛克和洛可可的艺术反动,另一方面以重振古希腊和古罗马艺术为信念,在保留古典主义端庄、典雅的设计风格的基础上,运用多种新型材料和工艺对传统作品进行改良简化,以形成新型的古典复兴式设计风格。

(2)浪漫主义

18世纪下半叶—19世纪末期,在文学艺术的浪漫主义思潮的影响下,欧美一些国家开始流行一种被称为浪漫主义的建筑设计风格。浪漫主义思潮在建筑设计上表现为强调个性,提倡自然主义,主张运用中世纪的设计风格对抗学院派的古典主义,追求超凡脱俗的趣味和异国情调。

(3)折中主义

折中主义是19世纪上半叶兴起的一种创作思潮。折中主义任意选择与模仿历史上的各种风格,将它们组合成各种样式,又称为“集仿主义”。折中主义建筑并没有固定的风格,它结构复杂,但讲究比例权衡的推敲,常沉醉于对“纯形式”美的追求。

5.欧美近现代建筑(20世纪以来)

19世纪末20世纪初,以西欧国家为首的欧美社会出现了一场以反传统为主要特征的广泛突变的文化革新运动,这场狂热的革新浪潮席卷了文化与艺术的方方面面。其中,哲学、美术、雕塑和机器美学等方面的变迁对建筑设计的发展产生了深远的影响。20世纪是欧美各国进行新建筑探索的时期,也是现代建筑设计的形成与发展时期,社会文化的剧烈变迁为建筑设计的全面革新创造了条件。

20世纪60年代以来,由于生产的急速发展和生活水平的提高,人们的意识日益受到机械化大批量与程式化生产的冲击,社会整体文化逐渐趋向于标榜个性与自我回归意识,一场所谓的“后现代主义”社会思潮在欧美社会文化与艺术领域产生并蔓延。美国建筑师文丘里认为“创新可能就意味着从旧的东西中挑挑拣拣”“赞成二元论”“容许违反前提的推理”,文丘里设计的建筑总会以一种和谐的方式与当地环境相得益彰。美国建筑师罗伯特·斯特恩则明确提出后现代主义建筑采用装饰、具有象征性与隐喻性、与现有整体环境融合的三个设计特征。在后现代主义的建筑中,建筑师拼凑、混合、折中了各种不同形式和风格的设计元素,因此,出现了所谓的新理性派、新乡土派、高技派、粗野主义、解构主义、极少主义、生态主义和波普主义等众多设计风格。

二、建筑结构的历史与发展

(一)建筑结构的历史

我国应用最早的建筑结构是砖石结构和木结构。由李春于595—605年(隋代)建造的河北赵县安济桥是世界上最早的空腹式单孔圆弧石拱桥。该桥净跨为37.37m,拱高为7.2m,宽为9m ;外形美观,受力合理,建造水平较高。我国也是采用钢铁结构最早的国家。公元60年前后(汉明帝时期)便已使用铁索建桥(比欧洲早70多年)。我国用铁造房的历史也比较悠久,例如,现存的湖北荆州玉泉寺的13层铁塔建于宋代,已有1000多年的历史。

随着经济的发展,我国的建设事业蓬勃发展,已建成的高层建筑有数万幢,其中超过150m的有200多幢。我国香港特别行政区的中环大厦建成于1992年,共73层,高301m,是当时世界上最高的钢筋混凝土结构建筑。

(二)建筑结构的发展概况

经历了漫长的发展过程,建筑结构在各个方面都取得了较大的进步。在建筑结构设计理论方面,随着研究的不断深入以及统计资料的不断累积,原来简单的近似计算方法已发展成为以统计数学为基础的结构可靠度理论。这种理论目前为止已逐步应用到工程结构设计、施工与使用的全过程中,以保证结构的安全性,使极限设计方法向着更加完善、更加科学的方向发展。经过不断地充实提高,一个新的分支学科——“近代钢筋混凝土力学”正在逐步形成,它将计算机、有限元理论和现代测试技术应用到钢筋混凝土理论与试验研究中,使建筑结构的计算理论和设计方法更加完善,并且向着更高的阶段发展。在建筑材料方面,新型结构材料不断涌现,如混凝土,由原来的抗压强度低于20N/mm 2 的低强度混凝土发展到抗压强度为20~50N/mm 2 的中等强度混凝土和抗压强度在50N/mm 2 以上的高强度混凝土。

轻质混凝土主要是采用轻质集料。轻质集料主要有天然轻集料(如浮石、凝灰石等)、人造轻集料(页岩陶粒、膨胀珍珠岩等)及工业废料(炉渣、矿渣、粉煤灰、陶粒等)。轻质混凝土的强度目前一般只能达到5~20N/mm 2 ,开发高强度的轻质混凝土是今后的研究方向。随着混凝土的发展,为改善其抗拉性、延性,通常在混凝土中掺入纤维,如钢纤维、耐碱玻璃纤维、聚丙烯纤维或尼龙合成纤维等。除此之外,许多特种混凝土如膨胀混凝土、聚合物混凝土、浸渍混凝土等也在研制、应用之中。

在结构方面,空间结构、悬系结构、网壳结构成为大跨度结构发展的方向,空间钢网架的最大跨度已超过100m。例如,澳大利亚悉尼市为主办2000年奥运会而兴建的一系列体育场馆中,国际水上运动中心与用作球类比赛的展览馆采用了材料各异的网壳结构。组合结构也是结构发展的方向,目前钢管混凝土、压型钢板叠合梁等组合结构已被广泛应用,在超高层建筑结构中还采用钢框架与内核心筒共同受力的组合体系,以充分利用材料优势。

在施工工艺方面近年来也有很大的发展,工业厂房及多层住宅正在向工业化方向发展,而建筑构件的定型化、标准化又大大加快了建筑结构工业化进程。如我国北京、南京、广州等地已经较多采用的装配式大板建筑,加快了施工进度及施工机械化程度。在高层建筑中,施工方法也有了很大的改进,大模板、滑模等施工方法已得到广泛推广与应用,如深圳53层的国贸大厦采用滑升模板建筑;63层的广东国际大厦,采用筒中筒结构和无黏结部分预应力混凝土平板楼盖,减小了自重,节约了材料,加快了施工速度。

综上所述,建筑结构是一门综合性较强的应用科学,其发展涉及数学、力学、材料及施工技术等科学。随着我国生产力水平的提高及结构材料研究的发展,计算理论的进一步完善以及施工技术、施工工艺的不断改进,建筑结构科学会发展到更高的阶段。

三、建筑结构的分类

建筑结构是指建筑物中由若干个基本构件按照一定的组成规则,通过符合规定的连接方式所组成的能够承受并传递各种作用的空间受力体系,又称为骨架。建筑结构按承重结构所用材料的不同可分为混凝土结构、砌体结构、钢结构和木结构等,按结构的受力特点可分为砖混结构、框架结构、排架结构、剪力墙结构、筒体结构等。

(一)按材料的不同分类

1.混凝土结构

混凝土结构是指由混凝土和钢筋两种基本材料组成的一种能共同作用的结构材料。自从1824年发明了波特兰水泥,1850年出现了钢筋混凝土以来,混凝土结构已被广泛应用于工程建设中,如各类建筑工程、构筑物、桥梁、港口码头、水利工程、特种结构等领域。采用混凝土作为建筑结构材料,主要是因为混凝土的原材料(砂、石等)来源丰富,钢材用量较少,结构承载力和刚度大,防火性能好,价格低。钢筋混凝土技术于1903年传入我国,现在已成为我国发展高层建筑的主要材料。随着科学技术的进步,钢与混凝土组合结构也得到了很大发展,并已应用到超高层建筑中。其构造有型钢构件外包混凝土,简称刚性混凝土结构;还有钢管内填混凝土,简称钢管混凝土结构。

归纳起来,钢筋混凝土结构有以下优点:

(1)易于就地取材。钢筋混凝土的主要材料是砂、石,而这两种材料来源比较普遍,有利于降低工程造价。

(2)整体性能好。钢筋混凝土结构,特别是现浇结构具有很好的整体性,能抵御地震灾害,这对于提高建筑物整个结构的刚度和稳定性有重要意义。

(3)耐久性好。混凝土本身的特征之一是其强度不随时间的增长而降低。钢筋被混凝土紧紧包裹而不致锈蚀,即使处在侵蚀性介质条件下,也可采用特殊工艺制成耐腐蚀混凝土。因此,钢筋混凝土结构具有很好的耐久性。

(4)可塑性好。混凝土拌合物是可塑的,可根据工程需要制成各种形状的构件,这给合理选择结构形式及构件截面形式提供了方便。

(5)耐火性好。在钢筋混凝土结构中,钢筋被混凝土包裹着,而混凝土的导热性很差,因此,发生火灾时钢筋不致很快达到软化温度而造成结构破坏。

(6)刚度大,承载力较高。

同时,钢筋混凝土结构也有一些缺点,如自重大,抗裂性能差,费工,费模板,隔声、隔热性能差,因此,必须采取相应的措施进行改进。

2.砌体结构

砌体结构是砖砌体、砌块砌体、石砌体建造的结构的统称,又称砖石结构。砌体结构是我国建造工程中最常用的结构形式,砌体结构中砖石砌体占95%以上,主要应用于多层住宅、办公楼等民用建筑的基础、内外墙身、门窗过梁、墙柱等构件(在抗震设防烈度为6度的地区,烧结普通砖砌体住宅可建成8层),跨度小于24m且高度较小的俱乐部、食堂及跨度在15m以下的中、小型工业厂房,60m以下的烟囱、料仓、地沟、管道支架和小型水池等。归纳起来,砌体结构具有以下优点:

(1)取材方便,价格低廉。砌体结构所需的原材料如黏土、沙子、天然石材等几乎到处都有,来源广泛且经济实惠。砌块砌体还可节约土地,使建筑向绿色建筑、环保建筑方向发展。

(2)具有良好的保温、隔热、隔声性能,节能效果好。

(3)可以节省水泥、钢材和木材,不需要模板。

(4)具有良好的耐火性及耐久性。一般情况下,砌体能耐受400℃的高温。砌体耐腐蚀性能良好,完全能满足预期的耐久年限要求。

(5)施工简单,技术容易掌握和普及,也不需要特殊的设备。

同时,砌体结构还存在一些缺点:自重大、砌筑工程繁重、砌块和砂浆之间的黏结力较弱、烧结普通砖砌体的黏土用量大。

3.钢结构

钢结构是指建筑物的主要承重构件全部由钢板或型钢制成的结构。由于钢结构具有承载能力高、质量较轻、钢材材质均匀、塑性和韧性好、制造与施工方便、工业化程度高、拆迁方便等优点,所以,它的应用范围相当广泛。目前,钢结构多用于工业与民用建筑中的大跨度结构、高层和超高层建筑、重工业厂房、受动力荷载作用的厂房、高耸结构及一些构筑物等。

归纳起来,钢结构的特点如下:

(1)强度高、自重轻、塑性和韧性好、材质均匀。强度高,可以减小构件截面,减轻结构自重(当屋架的跨度和承受荷载相同时,钢屋架的质量最多不过是钢筋混凝土屋架的1/4~1/3),也有利于运输、吊装和抗震;塑性好,结构在一般条件下不会因超载而突然断裂;韧性好,结构对动荷载的适应性强;材质均匀,钢材的内部组织比较接近均质和各向同性体,当应力小于比例极限时,几乎是完全弹性的,和力学计算的假设比较符合。

(2)钢结构的可焊性好,制作简单,便于工厂生产和机械化施工,便于拆卸,可以缩短工期。

(3)有优越的抗震性能。

(4)无污染,可再生,节能,安全,符合建筑可持续发展的原则,可以说钢结构的发展是21世纪建筑文明的体现。

(5)钢材耐腐蚀性差,需经常刷油漆维护,故维护费用较高。

(6)钢结构的耐火性差。当温度达到250℃时,钢结构的材质将会发生较大变化;当温度达到500℃时,结构会瞬间崩溃,完全丧失承载能力。

(二)按结构的受力特点分类

1.砖混结构

砖混结构是指由砌体和钢筋混凝土材料共同承受外加荷载的结构。由于砌体材料强度较低,且墙体容易开裂,整体性差,故砖混结构的房屋主要用于层数不多的民用建筑,如住宅、宿舍、办公楼、旅馆等。

2.框架结构

框架结构是指由梁、柱构件通过铰接(或刚接)相连而构成承重骨架的结构,是目前建筑结构中较广泛的结构形式之一。框架结构能保证建筑的平面布置灵活,主要承受竖向荷载;防水、隔声效果也不错,同时具有较好的延性和整体性,因此,框架结构的抗震性能较好;其缺点是属于柔性结构,抵抗侧移的能力较弱。一般多层工业建筑与民用建筑大多采用框架结构,合理的建筑高度约为30m,即层高约3m时不超过10层。

3.排架结构

排架结构通常是指由柱子和屋架(或屋面梁)组成,柱子与屋架(或屋面梁)铰接,而与基础固接的结构。从材料上说,排架结构多为钢筋混凝土结构,也可采用钢结构,广泛用于各种单层工业厂房。其结构跨度一般为12~36m。

4.剪力墙结构

剪力墙结构是指由整片的钢筋混凝土墙体和钢筋混凝土楼(屋)盖组成的结构。墙体承受所有的水平荷载和竖向荷载。剪力墙结构整体刚度大,抗侧移能力较强,但它的建筑空间划分受到限制,造价相对较高,因此,一般适用于横墙较多的建筑物,如高层住宅、宾馆及酒店等。合理的建造高度为15~50层。

5.筒体结构

筒体结构是指由钢筋混凝土墙或密集柱围成的一个抗侧移刚度很大的结构,犹如一个嵌固在基础上的竖向悬臂构件。筒体结构的抗侧移刚度和承载能力在所有结构中是最大的。根据筒体的不同组合方式,筒体结构可以分为框架筒体结构、筒中筒结构和多筒结构三种类型。

框架筒体结构兼有框架结构和筒体结构的优点,其建筑平面布置灵活,抵抗水平荷载的能力较强。

筒中筒结构又称为双筒结构,内、外简直接承受楼盖传来的竖向荷载,同时又共同抵抗水平荷载。筒中筒结构有较大的使用空间,平面布置灵活,结构布置也比较合理,空间性能较好,刚度更大,因此,适用于建筑较高的高层建筑。

多筒结构是由多个单筒组合而成的多束筒结构,它的抗侧移刚度比筒中筒结构还要大,可以建造更高的高层建筑。 geEc7JnTfG89KDOMlEcU7Xj3Jc0bkf71xdWTNryU23N92kdIcCEVFfcjxrN2H4Ld

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