从古至今,建筑和结构两个专业都是紧密结合的。在古代的时候,建筑师和结构师是合二为一的。中国称为“工匠”,即要承担美观效果,又要保证安全使用。
欧洲也是如此,拥有众多的石砌建筑,但是并不知道是谁设计的。即使像罗马斗兽场这种多功能建筑,可以容
纳9万人观看,也不清楚他的设计师是谁,只知道是罗马韦帕芗皇帝在公元一世纪建造,前后用了八年时间(公元72~80)。
典型的一个案例是土耳其索菲亚第三大教堂,被称为拜占庭建筑典范,设计者是物理学家伊西多尔和数学家安提莫斯,主要解决大跨度实现问题,证明当时并没有结构学科。
土耳其索菲亚第三大教堂,不仅是建筑设计经典,也是结构设计经典,因为它首次建成后,倒塌过三次,世人现在看到的教堂是一个不断改进后的结果。土耳其索菲亚第三大教堂,第一次倒塌是因为穹顶较为平缓,第二次倒塌是因为穹顶较为高耸,第三次倒塌是因为地震作用。
土耳其索菲亚第三大教堂的三次坍塌时间正好处于欧洲的黑暗中世纪时期,宗教建筑的设计要求,以及阶级等级的限制,很缓慢地促进结构设计的出现。中国则是《营造法式》影响深远,它既是建筑定式也是结构规范。到文艺复兴时期以后,尤其是牛顿被苹果砸了一下,提出万有引力和三大定律,结构在十八世纪成为重要的学科,建筑师与结构师开始分开思考各自专业的问题。
结构主要研究力学问题,传统上分为理论力学、材料力学、结构力学。分别代表结构设计需要面对的三大问题:1、结构的平衡与稳定;2、结构材料的应用;3、结构的变形与应力规律。
理论力学----探讨结构的平衡与稳定。问题来了,如果做一个凳子需要几条腿?
材料力学----探讨结构材料的合理应用。问题来了,为什么会有豆腐渣工程?
结构力学----探讨结构的变形与应力规律,它是从理论力学和材料力学发展而来的学科,又分为结构静力学和结构动力学。问题来了,静力和动力有什么区别?
结构专业成为独立学科的工程标志是法国埃菲尔铁塔。使雄伟建筑不再是宗教或皇室的标志,其方案和建造过程受到法国建筑界强烈发对,因为它是现代技术和工业革命产品。结构专业随着建筑行业的发展,已经有了巨大的发展,但其仍然受到结构理论、结构材料、结构技术的制约,而不能让建筑师天马行空。结构所使用的材料相比古代,已经有很多种
选择,常用的有:混凝土,金属,砌体,玻璃,木,组合材料
一个建筑的成功建筑形态应符合自然规律,建筑师有仿生学感受。结构受力应发挥材料特性,结构师有拟合性感受。
结构专业成为单独专业后,逐步脱离建筑的思考方式,导致结构工程师倾向维护本专业设计需求的单向思维方式。--“适用、经济”建筑设计多样性决定建筑师的思维具有发散性,结构设计安全性决定结构师的思维具有归一性。--“安全重于一切”日益复杂的结构理论,更多的关注结构细节,使结构工程师的注意力聚焦在内部而非外部。
建筑形态符合自然规律时,也就决定其可行性,只是有些形态不同寻常而已,结构主要是解决重力和外力对建筑的影响。
结构三大力学是结构物理性能的数学解释,所以建筑师要理解结构基本受力特点,比如结构整体构件永远都是在解决平衡、稳定、冗余、薄弱的问题。结构三大力学到底是什么?建筑受力体系的物理性能用数学来表达解释。建筑师要理解和感受结构基本受力特点,比如结构构件分析永远都是在解决轴力N、剪力V、弯矩M、扭矩T的问题,剪切是最重要的环节。
无论哪种受力状态,基本上都符合自然感受,包括困扰结构工程分析的剪力滞后效应。建筑师一定要清楚建筑通过什么样的结构形式实现,而不能只有模糊的概念谈论建筑方案。
建筑师:“ 我设计的楼板像纸一样薄!”
结构师: “这不现实?”
建筑师:“ 我就觉得楼板像纸一样薄!”
结构师: “这样做有什么目的?”
建筑师:“ 我就想要楼板像纸一样薄!”
对于细节设计要想清楚建筑设计形态。例如常见的过梁有很多种做法,需要建筑师来决定选
用什么形式,否者结构师只会选择最简单的形式。
所以说一个好的建筑作品的出现,离不开建筑专业和结构专业完美的配合。
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