现代建筑中通透空间的结构造型设计

摘 要 通透空间在现代建筑中的广泛应用，使得其背后的支撑结构成为建筑空间的重要组成部分。本文从分析支撑结构的构成形式出发，说明在现代建筑通透空间的设计中结构造型设计的重要性。
关键词 结构造型设计 DPG构造方式
一、前 言
现代社会，随着计算机的普及和社会的普遍开放，已经使我们实实在在地感受到信息时代的到来。信息时代的一个重要概念就是开放和交流，表现在建筑上，它反映出一种追求开放和交流的建筑意识，这不仅体现在建筑的内部空间，更体现在建筑与外部的关系中。建筑向外部展示的不仅仅是自身的造型，更是通过开放的空间、通透外墙展示出建筑内在的空间次序和内部壮观的景色。因此，在现代建筑中，这种内外交融的通透空间得到了广泛的应用。通透空间的形成，使得建筑设计在实现对透明性追求的同时也大面积地暴露了建筑的结构，建筑结构在充当支撑的同时更成为展示体，支撑玻璃体的结构造型、节点细部和施工技术等均被严格要求，其自身的结构特征也决定着玻璃建筑的透明度。这样，为了构造完善的建筑空间，在进行支撑结构本身力学设计的同时，就有必要进行结构的造型设计，以追求建筑和结构的完善结合。
二、建筑设计与结构造型设计
建筑艺术与其他纯艺术的区别之一，在于它无法建立在空想的基础之上，它需借助于技术的支撑，而同时技术的发展也常常给建筑艺术注入新的内容，结构、材料、产品、施工等技术的发展，给建筑师提供了发挥的基础。同时，结构造型本身作为一种重要的表现形式，也越来越得到更多建筑师的运用。
建筑设计的立足点在于美学，而结构设计的立足点在于力学，美学与力学的结合并不是现代建筑所持有的新的课题，早在古希腊、罗马和中国的古建筑中都可找到其完美结合的例证。现代建筑中，各种结构和材料技术的迅速发展一次次将新的空间梦想变为现实，又一次次冲击古老的建筑美学的概念。在很长的一段时间中，建筑师为追求设计美学完美，尽可能利用装修手段将结构隐藏起来。但是，近几十年来，随着通透空间的大量应用，建筑结构所体现的理性和技术的美感被重新认识，结构设计以其特有的理性造型，给建筑设计师注入了新的内容。为此，结构造型设计也就应运而生。
所谓的结构造型设计是建筑师和结构工程师相互配合的结晶，它并不等同于单纯地暴露结构，暴露的方式、位置、结构形式、构件造型等都必须纳入建筑设计的范畴才能展示其魅力。例如日本东京国际会议中心的弧形屋顶桁架，其造型已无法仅从结构的需求来进行解释，它同时更应该被看作是一种建筑艺术造型。建立在理性的技术基础上并注入了感性的建筑思维的结构造型设计，在现代建筑设计中起着不可忽视的作用，它体现出现代空间造型对技术的认同。
三、通透空间中的结构造型设计
通透空间的魅力在于它的透明，而空间的透明度则受制于它本身的结构支撑体系。由于玻璃的尺寸受其材料制作和施工的限制，大面积的玻璃部件只能通过各种构造体系来完成，同时玻璃的构造方式和支撑结构形式又对建筑空间的表现有一定的影响。所以，从某种意义来讲，通透空间设计实质上是玻璃构造方式及其背后的支撑结构的设计。
1．几种主要的玻璃构造方式
大面积玻璃的通透空间设计出现的历史并不是很长，如何最大限度地将大面积玻璃部件的透明性展示出来，一直是玻璃构造体系研究的重点。到目前为止，归纳起来，基本上主要有以下几种构造方式：
玻璃肋构造方式：在玻璃部件中增加垂直部件表面的肋玻璃，玻璃之间通过粘接剂结合在一起，完全取消了用于支撑玻璃的金属框架的存在，可以产生出完全由玻璃组成的部件，从而带来空间的完全透明和开放感。这种方式着重追求的是空间的透明，尽量虚化了支撑结构的存在。
SSG构造方式?Structural Sealant Glazing??在玻璃的内侧，以铁、铝合金、不锈钢等金属构件作为玻璃支撑。玻璃在金属框外部，与金属框之间采用粘接方式，玻璃之间用密封胶互相连接。这种构造方式可以使金属框不暴露在建筑的外面，出现在建筑外部的是完全齐平对接的玻璃平面。依托这种方式形成的通透空间，可以形成较完善的建筑外部造型，内部暴露的金属构件造型能力有限，且由于金属构件的遮挡，对空间的通透性也有一定的影响。
DPG构造方式?Dot Point Glazing?：也称作点式玻璃结构。这种构造方式通过在钢化玻璃的四角钻出小孔，插入带有自由旋转系统的金属支撑爪?驳接爪?，四点为一组，各组之间一般通过钢结构进行联系和支撑。DPG构造方式在我国出现的时间并不长。但短短的几年中却迅速地得以推广。这是一种杰出的构造方式，它不仅可以产生高透明度的玻璃部件，同时也由于其支撑体的结构特点，可以不受限制地制造出大面积的和任意倾斜角度的玻璃部件，具有安全性高、装饰性强、维修更换方便等特点。由于驳接爪本身造型精美、极具工艺性，所以这种构造方式具有很强的现代表现力。
2．DPG构造方式的支撑结构形式
在上述三种构造方式中，DPG构造方式自出现以来得到越来越广泛的应用，这不仅是由于其本身具有较强的现代表现力，而且DPG构造方式的支撑结构可有多种变化，具有很强的结构造型能力，这就使建筑师有多种表达建筑风格的手段，使每个建筑作品均具有独特之处，不会形成千篇一律。通常，DPG构造方式的支撑结构有以下几种形式：
玻璃肋板结构：通过金属支撑爪用玻璃肋板作为支撑结构。其主要特点是通透性好，构造简单且结构无锈蚀问题。适用于大堂、大厅及共享空间等部位。但在无层间结构的大空间应用时，结构的高度受到一定的制约。
单柱式结构：用单根钢管、工字架或方柱作为支撑结构。其主要特点为构造简洁，占地面积小，有建筑韵律感，适用于有层间结构的部位。但其柱高受到制约，一般情况下，若立柱超过7m为满足结构受力要求，其柱直径将过大，从而和玻璃板面分格比例失调。
桁架式结构：用各种桁架结构，如鱼腹桁架、平行弦桁架、三角桁架等作为支撑结构，其特点是将钢结构的力学美与玻璃材料的“透”完美地结合起来，使建筑充满现代艺术感。但若设计不当，易使人感觉笨重呆滞。其表面处理可采用油漆、防火涂料或氟碳喷涂来满足使用功能和建设艺术构思。
拉杆、拉索式桁架结构：用圆钢拉杆及悬空连接杆组成空间受力结构体系或用钢绞线和悬空连接杆张拉成空间索桁架系统作为支撑结构。其特点是整个结构体系为一柔性体，承载能力强，轻盈美观，通透性好，技术难度高，是高科技和现代建筑艺术的完善结晶。但施工难度大，张拉工艺复杂，因此造价比其他形式的结构都高。
3．通透空间中玻璃的类型
在通透空间中，玻璃材料占有极其重要的位置，因为它不仅要满足透明的要求，而且要满足建筑对围护结构的各项要求。常见的玻璃类型有以下几种：
单片钢化玻璃：将普通玻璃先切割成要求尺寸，然后加热到接近的软化点，再进行快速均匀的冷却而得到。钢化处理后玻璃的强度约是普通玻璃的四倍以上，玻璃破碎后，碎片成均匀的小颗粒并且没有刀状的尖角，使用起来具有一定的安全性。因为是单片玻璃，故一定要对玻璃进行均质处理，以大幅度降低钢化玻璃的自爆率。其特点是造价较低，加工简单。
钢化夹胶玻璃：将普通玻璃与钢化玻璃用有机胶粘合在一起，使玻璃强度增加，当玻璃受到冲击发生破裂时，碎片被胶粘住，只形成辐射状裂纹，不致因碎片飞散造成人身伤亡事故。钢化夹胶玻璃组合种类很多，组合的原则是两块玻璃的弹性模量不宜差别过大。钢化夹胶玻璃安全性较好，隔音性能良好，且可通过改变胶膜颜色达到各种艺术效果。
钢化中空玻璃：将普通玻璃与钢化玻璃用铝制空心边框框住，用胶结或焊接密封，中间形成自由空间，并充以干燥空气而形成中空玻璃。钢化中空玻璃具有隔热、隔音、防霜、防结露等优良性能，玻璃之间相隔6－12mm。钢化玻璃在合成中空前也应进行均质处理。
其他类型：玻璃的选择可根据功能需要做各种特殊设计，如钢化夹胶后再合成中空、双层中空、弯钢化玻璃、弯钢化夹胶、弯钢化中空等。但组合越复杂，造价就越高，设计使用时，应考虑性能价格比。

四、结束语
随着科技的发展，结构造型设计作为体现技术进步和时代特点的重要表现形式，已经越来越成为现代建筑设计的一个重要组成部分。现代建筑已经到了结构工程师的时代，一个优秀的结构造型设计，不但需要建筑师的精心构思，也需要结构工程师不辞辛苦的配合和技术探索。不可否认，由于在结构设计、施工技术以及建筑材料等方面的落后，我国的结构造型设计水平较国外发达国家还有很大的差距，建筑设计和结构设计脱节的现象还十分常见，结构造型设计还不能充分体现设计意图。随着我国加入WTO，在国际建筑业的冲击下，希望能为我们的建筑师和结构工程师带来一些启示，创造出更加优秀的建筑作品。