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建筑中的節(jié)點,反映著建筑物中多種多樣的連接關系,節(jié)點是局部的連接,通過這種局部的連接構成系統(tǒng)反映著整體。“所謂節(jié)點,就是由各種不同性質(zhì)的單元體構成,能夠獨立執(zhí)行一項或數(shù)項不同功能的綜合體。”
一個完整的結(jié)構體系由不同的受力構件組成,構件則通過節(jié)點來實現(xiàn)內(nèi)部轉(zhuǎn)換和相互連接。節(jié)點是受力的合理點,在結(jié)構中設計清晰明了的節(jié)點,有利于力在結(jié)構中有效地傳遞,能夠有效地發(fā)揮各構件的力學性能,同時,節(jié)點也可能成為建筑中材料的交接處,需要考慮到不同材料的特性,充分體現(xiàn)材料的力學性能。
在傳統(tǒng)木結(jié)構建筑中,斗拱就承擔著節(jié)點這樣一個重要角色。在清朝以前,斗拱是結(jié)構的一個重要組成部分,斗與拱層層相疊,連接屋頂、梁、柱,實現(xiàn)了力的傳遞,同時,它具有很強的裝飾性,斗拱作為明露的結(jié)構,成為中國傳統(tǒng)建筑中不可忽視的美學形式的組成部分,以至于到了清朝,雖已不需要斗拱作為承重構件,卻依然沒有取消這一結(jié)構構件。
斗拱
鋼結(jié)構具有材料均質(zhì)性好、各向同性、結(jié)構總重量輕、塑性韌性好等眾多優(yōu)點,近20年來,我國的鋼結(jié)構建筑數(shù)量迅猛增長,衍生出豐富多樣的鋼結(jié)構建筑的結(jié)構與表現(xiàn)形式,而鋼結(jié)構建筑體系中結(jié)構的支撐也依賴于節(jié)點,合理的節(jié)點構造能夠充分發(fā)揮鋼材料的力學性能,使得工作機理不同的構件能夠協(xié)同工作,為千變?nèi)f化的結(jié)構形態(tài)的穩(wěn)定提供基礎。
鋼結(jié)構節(jié)點的科學性
影響鋼結(jié)構建筑中節(jié)點形式的因素有很多,節(jié)點的分類較為復雜,根據(jù)連接件的位置關系,節(jié)點可分為:搭接節(jié)點、平接節(jié)點、角接節(jié)點、對接節(jié)點等;根據(jù)節(jié)點的連接工藝不同可分為:焊接節(jié)點、鉚接節(jié)點、螺栓連接節(jié)點、銷栓連接節(jié)點、膠結(jié)連接節(jié)點等。
鋼結(jié)構建筑中的節(jié)點根據(jù)其所起到的作用不同,大體可分為結(jié)構性節(jié)點和構造性節(jié)點。結(jié)構性節(jié)點是結(jié)構構件之間連接的節(jié)點,是建筑結(jié)構中力的集中點與傳遞點,起到完成各構件之間力的傳遞的作用,體現(xiàn)著各構件之間的穩(wěn)定性和受力平衡,如:桿件與桿件之間的連接、索與索之間的連接、桿件與索之間的連接、構件與支座之間的連接等。節(jié)點處的不同構件受力方式不同,拉力、壓力、剪力等不同形式的力都反映在節(jié)點處,節(jié)點將這些力連接成一個整體,形成一個個視覺焦點,壓力在節(jié)點處往往雄健有力,增加空間的力量感,而拉力則輕盈明快,給空間增添活躍感。約翰內(nèi)斯堡體育館采用了一種懸掛結(jié)構,節(jié)點連接了拉索與平衡桿,節(jié)點處拉索通過平衡桿處的封板將拉力轉(zhuǎn)化為壓力,節(jié)點部位的加勁肋增加了節(jié)點的剛度和強度,實現(xiàn)了力的平衡。圖中拉索顯然承受很大的力的作用,維持受力平衡的節(jié)點顯得強勁有力,體現(xiàn)出節(jié)點作為結(jié)構構件的力學美。以同濟大學B樓中庭大廳的屋頂為例,采用四角錐體系網(wǎng)架結(jié)構,支撐起大跨度空間的覆頂,采用螺栓球節(jié)點,具有節(jié)點部位沒有偏心、受力狀態(tài)好等優(yōu)點。
構造性節(jié)點,連接的是鋼結(jié)構建筑的附屬功能構件與結(jié)構構件,是皮與骨的連接,節(jié)點處不同的材質(zhì)有著不同的肌理變化和材料質(zhì)感,如鋼材與玻璃、鋼材與膜材等,這些不同的材料在節(jié)點處形成強烈的對比,展現(xiàn)出各種材料的沖突,節(jié)點使這些材料在沖突中形成一種和諧、穩(wěn)定的關系,突出不同材料的交融。以玻璃幕墻與受力構件之間的連接為例,玻璃幕墻與結(jié)構構件之間的連接方式較為多樣,如明框式玻璃幕墻構造、隱框半隱框玻璃幕墻構造、全玻式玻璃幕墻構造、點支玻璃幕墻構造等。例如上海當代藝術館的玻璃幕墻即采用點支玻璃幕墻構造,“每塊玻璃的四個角分別由不銹鋼支撐爪件作四點固定,在支撐爪件背后設有11mm的鋼索系統(tǒng)縱橫繃緊固定”,這種點支玻璃幕墻更強調(diào)玻璃的通透性,使
鋼結(jié)構節(jié)點的藝術性
節(jié)點的藝術性一方面體現(xiàn)在其本身所展現(xiàn)出的力學美上,另一方面體現(xiàn)在節(jié)點對建筑表現(xiàn)形式與空間的塑造中。節(jié)點的設計可以豐富建筑的立面,構造節(jié)點在聯(lián)系建筑的表皮與骨架時,會帶來立面上的肌理,充分利用節(jié)點的形態(tài),可以突出立面的表現(xiàn)形式。如東京國際會議中心的玻璃幕墻的節(jié)點設計,突出了簡潔有力的立面形式。
節(jié)點的設計可以成為內(nèi)部空間塑造的重要形式,節(jié)點往往設計于結(jié)構的轉(zhuǎn)折處,結(jié)構的轉(zhuǎn)折通常會帶來空間的變化,因此節(jié)點的設計對于空間的變換與界定有著重要意義。如雷諾中心中廊道的設計,在圓柱形鋼管上套了單獨設計的構件,完成工字形和圓形截面的結(jié)合,同時鋼柱與橫檔共同界定出廊道空間。
節(jié)點的連接方式同樣對內(nèi)部空間的塑造起著重要作用,節(jié)點的設計不只是局部設計,它對于建筑整體有著不可忽視的影響,如螺栓球節(jié)點展現(xiàn)出的是靈活輕盈的特性,焊接則更具力度,在漢堡航空港候機樓和日本關西國際機場的巨大鋼管桁架中,采用直接連接的方式相貫焊接,沒有多余的連接構件,節(jié)點體系干凈利落,營造出開敞的大空間。
相貫焊接
節(jié)點作為結(jié)構和構造上起到起承轉(zhuǎn)合作用的重要部分,在設計中體現(xiàn)著受力特點和材料的多樣性,每一個轉(zhuǎn)折都體現(xiàn)著材質(zhì)的變化、力的作用以及光影的變化。節(jié)點系統(tǒng)的設計在鋼結(jié)構建筑中起到重要的作用,它作為局部,與建筑這一整體系統(tǒng)融為一體,形成一個由內(nèi)而外、由局部到整體的邏輯系統(tǒng)。正是因為節(jié)點設計的復雜性和多樣性,在節(jié)點處才更能體現(xiàn)一個建筑師的設計思想,或輕快或有力,或質(zhì)樸厚重,或變化多樣。建筑師在細節(jié)處追求精致的構造,如結(jié)構收頭的處理、材料交接的轉(zhuǎn)折等,精致的節(jié)點設計可能看起來一目了然,卻能精確地融合入整個建筑,與其他構件一同構建出尺度、層次均豐富細膩的空間。