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1 建筑中的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及建筑材料 建筑師必須從一種全局的角度出發(fā)去處理建筑設(shè)計(jì)中應(yīng)該考慮到的實(shí)用活動(dòng)，物質(zhì)及象征性的需求。因此，他或他試圖將有相互有關(guān)的空間形式分體系組成的總體系形成一個(gè)建筑環(huán)境。這是一種復(fù)雜的挑戰(zhàn)，為適應(yīng)這一挑戰(zhàn)，建筑師需要有一個(gè)分階段的設(shè)計(jì)過(guò)程，其至少要分三個(gè)“反饋”考慮階段：方案階段，初步設(shè)計(jì)階段和施工圖設(shè)計(jì)階段。 這樣的分階段涉及是必需的，它可使設(shè)計(jì)者避免受很多細(xì)節(jié)的困惑，而這些細(xì)節(jié)往往會(huì)干擾設(shè)計(jì)者的基本思路。實(shí)際上，我們可以說(shuō)一個(gè)成功的建筑設(shè)計(jì)師應(yīng)該具備一種從很多細(xì)節(jié)中分辨出更為基本 的內(nèi)容的能力。 概念構(gòu)思階段的任務(wù)時(shí)提出和斟酌全局場(chǎng)地規(guī)劃，活動(dòng)相互作用及房屋形式方案。為實(shí)現(xiàn)這些，建筑師必須注意場(chǎng)地各部分的基本使用，空間組織，并應(yīng)用象征手法確定其具體形式。這就要求建筑師首先按照基本功能和空間關(guān)系對(duì)一項(xiàng)建筑設(shè)計(jì)首先構(gòu)思并模擬出一個(gè)抽象的建筑物，然后再對(duì)這一抽象的總體空間進(jìn)行深入探究。在開(kāi)始勾畫(huà)具體的建筑形似時(shí)，應(yīng)考慮基本的場(chǎng)所跳進(jìn)加以修改。 在方案階段，如果設(shè)計(jì)者能夠形象的預(yù)見(jiàn)所作方案的結(jié)構(gòu)整體性，并要考慮施工階段可行性及經(jīng)濟(jì)性，那將是非常有幫助的。這就要求建筑師或者過(guò)問(wèn)工程是能夠從主要 分體系之間的關(guān)系而不是從構(gòu)建細(xì)節(jié)去構(gòu)思總體結(jié)構(gòu)方案。這種能夠易于反饋以改進(jìn)空間形式方案。 在初步設(shè)計(jì)階段，建筑師的重點(diǎn)工作應(yīng)是詳細(xì)化可能成為最終方案的設(shè)計(jì)，這是建筑師對(duì)結(jié)構(gòu)的要求業(yè)轉(zhuǎn)移到做分體系具體方案的粗略設(shè)計(jì)上。在這一階段應(yīng)該完成對(duì)結(jié)構(gòu)布置的中等程度的確定，重點(diǎn)論證和設(shè)計(jì)主要分體系已確定它們的主要幾何尺寸，構(gòu)件和相互關(guān)系。這樣就可以依據(jù)全局設(shè)計(jì)方案，確定并解決各分體系的相互影響以及設(shè)計(jì)難題。顧問(wèn)工程師在這一過(guò)程中作用重大，但各細(xì)部的考慮還留有選擇余地。當(dāng)然，這些初步設(shè)計(jì)階段所作的決定仍可以反饋回取使方案 概念進(jìn)一步 2 改善，或甚至可能有重大變化。 當(dāng)設(shè)計(jì)者和顧問(wèn)工程師對(duì)初始階段設(shè)計(jì)方案的可行性滿意時(shí)，就意味著全部設(shè)計(jì)的基本問(wèn)題已經(jīng)解決，不會(huì)再因細(xì)節(jié)問(wèn)題而發(fā)生大的變化。這是工作重點(diǎn)將再次轉(zhuǎn)移，進(jìn)入細(xì)部設(shè)計(jì)。在這一階段將重點(diǎn)完善各分體系的細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)。此時(shí)包括結(jié)構(gòu)工程在內(nèi)的各個(gè)領(lǐng)域的專(zhuān)家的作用將十分突出，應(yīng)為所有施工的細(xì)節(jié)都必須設(shè)計(jì)出來(lái)。這一階段的決定，可能會(huì)反饋到第二階段并導(dǎo)致一些變化。如果第一階段和第二階段的設(shè)計(jì)做的深入，那么在最初兩個(gè)階段所得到的總體結(jié)論和最后階段的細(xì)節(jié)的重新設(shè)計(jì)不再是問(wèn)題。當(dāng)然，整個(gè)實(shí)際過(guò)程應(yīng)該 是逐步發(fā)展的過(guò)程，從創(chuàng)造和細(xì)化（改進(jìn)）總體設(shè)計(jì)概念直到做出精確的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和細(xì)部構(gòu)造。 綜上所述：在第一階段，建筑師必須首先用概念的方式來(lái)確定基本方案的全部空間形式的可行性。在第一階段，專(zhuān)業(yè)人員的合作是有意義的，但僅限于行程總的構(gòu)思方面；在第二階段，建筑師應(yīng)該能夠用圖形來(lái)確定各分體系的需求，并且通過(guò)估計(jì)關(guān)鍵構(gòu)件的性能來(lái)證明其相互作用的可行性。也就是說(shuō)，主要分體系的性能只須做到一定深度，需要驗(yàn)證他們的基本形式和相互關(guān)系是協(xié)調(diào)一致的。這需要與工程師進(jìn)行更加詳細(xì)與明確的合作；在第三階段，建筑師和專(zhuān)業(yè)人員必須繼續(xù)合作 完成所有構(gòu)件的設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)，并制定良好的施工文件。 當(dāng)然，這些設(shè)計(jì)的成功來(lái)源于建筑材料的發(fā)展與革新。 早期的建筑材料主要是木材和砌塊 ,如磚塊 、 石材或瓦片及其它類(lèi)似的材料 。 磚和磚之間是由砂漿或者焦油狀的瀝青或其它粘合物粘結(jié)在一起。希臘人和羅馬人有時(shí)利用鐵棒或夾鉗來(lái)加固他們的建筑。例如 ,在雅典的帕臺(tái)農(nóng)神廟的柱子 ,就是由在水中也能變得如石材般堅(jiān)硬的火山灰建成的。 鋼材和水泥 ─ 現(xiàn)代最重要的兩種建筑材料 ,在 19 世紀(jì)得到了推廣。鋼材 (從根本上說(shuō) ,是以鐵為主要成分并含有少量碳元素的合金 ),直到出現(xiàn)能夠限制其特殊用途 (如制造刀 刃 )的費(fèi)勞力的鑄造方法 ,才被鑄造出來(lái)。在 1856 年貝塞麥煉鋼法出現(xiàn)之后 ,鋼材就以較低的價(jià)格大量供應(yīng)。鋼材最大的優(yōu)點(diǎn)就是它的抗拉強(qiáng)度非常高 ,這也就是說(shuō) ,當(dāng)它在我們已知 3 的能拉斷許多材料的一定拉力作用下 ,鋼材不會(huì)喪失它的強(qiáng)度。新的合金元素的加入 ,大大增加了鋼材的強(qiáng)度 ,并消除的它的一些缺點(diǎn)。例如 ,鋼材在應(yīng)力不斷變化時(shí)所表現(xiàn)出的疲勞強(qiáng)度有所見(jiàn)減小的傾向。 現(xiàn)代的水泥 (也叫波特蘭水泥 ),發(fā)明于 1824 年。它是一種由石灰石和粘土加熱后碾成粉末的混合物。它是在施工現(xiàn)場(chǎng)與砂子 、 骨料 (小石塊、碎石、礫石 )及水 ,拌制成混凝土。各 成分含量的不同 , 拌制出的混凝土強(qiáng)度和重量也不同。混凝土應(yīng)用十分廣泛 ,它可以澆筑、泵送甚至噴射成所有形狀。而鋼材有很高的抗拉強(qiáng)度和混凝土具有很高的抗壓強(qiáng)度 ,因此 ,這兩種材料相互彌補(bǔ)了各自的不足 。 鋼筋和混凝土也在以另一種方式互補(bǔ) ,就是它們幾乎有著相同的收縮率和膨脹率。因此它們可以在拉力與壓力同時(shí)存在的條件下共同工作?；炷林屑尤脘摻?,可以制成鋼筋混凝土梁或其它鋼筋混凝土構(gòu)件以抵抗出現(xiàn)的拉力?；炷梁弯摻钪g形成一種使它們粘結(jié)在一起的粘結(jié)力 ,這個(gè)力使鋼筋在混凝土中不會(huì)產(chǎn)生滑移。酸會(huì)腐蝕鋼筋 ,而混凝土?xí)a(chǎn)生與酸 相反的堿性化學(xué)反應(yīng)。 結(jié)構(gòu)鋼和混凝土的使用是傳統(tǒng)的施工方式產(chǎn)生的主要變化。它使人們?cè)诮ㄔ於鄬咏ㄖr(shí) ,不再必須使用以石材或磚砌筑的厚墻了 ,并且也使建造一個(gè)防火地面變得簡(jiǎn)單多了。這些變化都有利于降低施工的費(fèi)用 ,而且這使建造更高更大的結(jié)構(gòu)變成可能。 現(xiàn)代建筑物的重量由鋼或混凝土框架來(lái)承受 ,因此墻體不再做承重墻。它們已經(jīng)變成能夠抵擋風(fēng)雨并進(jìn)行采光的幕墻了。在早期的鋼或混凝土框架建筑中 ,幕墻一般由砌塊建成 ,這些砌塊有著和承重墻一樣堅(jiān)實(shí)的外觀。但是現(xiàn)在 , 幕墻則一般由諸如玻璃 、 鋁、塑料或各種混合材料等輕質(zhì)材料建成的。 在鋼材建造中的另一種優(yōu)點(diǎn)是梁之間的連接方法。多年來(lái) ,傳統(tǒng)的連接方法是鉚接。鉚釘是一種有一頭看起來(lái)像沒(méi)有螺紋的圓頭螺絲釘。在現(xiàn)場(chǎng)施工時(shí) ,鉚釘被加熱 ,穿過(guò)剛片間的孔洞 ,在另一端靠錘擊形成另一個(gè)頭以使之固定就位?，F(xiàn)在鉚接大多已經(jīng)被焊接取代 ,焊接是一種通過(guò)在高溫下鋼材使它們連接在一起的連接方式。 4 預(yù)應(yīng)力混凝土是鋼筋混凝土的一種改良方式。將鋼筋彎成各種形狀 ,使鋼筋具有一定的拉應(yīng)力。然后它們被用于預(yù)應(yīng)力混凝土 ,這種施工方法有兩種。一種方法是在混凝土中預(yù)留與鋼筋形狀相同的孔道 ,當(dāng)鋼筋穿過(guò)孔道后 ,通過(guò)向孔道灌注砂漿或粘結(jié)劑 使鋼筋和混凝土粘結(jié)在一起。另一種更常用的方法是將鋼筋置于與成品構(gòu)件外形相符的模板底部 ,然后在鋼筋周?chē)鷿沧⒒炷痢ｎA(yù)應(yīng)力混凝土用鋼量和用混凝土量都比較少。由于它的這個(gè)顯著的經(jīng)濟(jì)性 , 預(yù)應(yīng)力混凝土是一種非常理想的材料。 預(yù)應(yīng)力混凝土使建造特殊形狀的建筑物成為可能 ,如一些具有不受任何支撐物阻擋視線的大空間的現(xiàn)代體育競(jìng)技場(chǎng)。這種相對(duì)較新的結(jié)構(gòu)方法的利用正在處于不斷發(fā)展之中。