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自工业革命以来发生了几次井喷式的大发展,产生过许许多多的优秀工程师和美轮美奂的传世之作。自20世纪初以来大规模应用于建筑结构领域的新材料,包括钢筋混凝土、高强结构钢、钢索、玻璃、膜、现代意义上的工业加工木材。范围不包括新材料的本构关系与其力学性能、计算方法之间的关系,仅着眼于新材料与结构体系、结构选型之间的关系。
钢筋混凝土-结构艺术
钢筋混凝土出现于19世纪末期,在20世纪初开始大规模应用于建筑结构领域,并迅速得到广大结构工程师的喜爱。即使在21世纪的今天看来,钢筋混凝土依然是人类所能想到的最完美的建筑结构材料。
不仅仅是力学性能、耐久性、经济性能优秀,更重要的是,混凝土具有前所未有的极其优异的可塑性能,让人类终于可以完成自由形状的结构形式。各种各样的几何形状,只要你想得到,并且能用木材、塑料、或者钢材做出模板来,在其中浇筑混凝土就能得到这个形状的混凝土结构。结构设计与雕塑艺术的界限变得模糊起来,这一点是钢材、木材、砖石材料几乎永远无法做到的。
从20世纪初期一直到20世纪六十年代的这段时间可以说是钢筋混凝土发展的黄金时期,活跃于这期间的多位“钢筋混凝土诗人”把混凝土结构的艺术推上了一个又一个高峰。
虽然这些混凝土艺术品用料很省,本身又有极大的美学价值,但它们的最大缺点就是需要大量的劳动力,复杂模板的搭设、钢筋网片的布设,这些工序必须现场手工完成,无法工业化操作。
20世纪70年代以后,随着劳动力价格的持续上涨,这类混凝土结构的施工费用水涨船高,在高度工业化的钢结构的竞争下彻底丧失了经济优势,逐步退出历史舞台。
钢筋混凝土和钢材-结构框架与建筑外皮的分离
梁柱框架可以称之为20世纪的代表性结构体系,这样的结构形式不可能由之前占主导地位的砖石材料实现。框架结构的概念在20世纪初期出现,随着弯矩分配法、D值法等力学计算方法的成熟和钢材、钢筋混凝土这两种合适材料的发展而迅速普及。框架体系的意义在于使得结构骨架与建筑外皮彻底分离,一定意义上,结构工程师与建筑师的职责彻底分道扬镳。对于砖石砌体结构,建筑表皮和结构骨架其实是同一个东西,就是那些厚重的砌体墙。
框架结构的出现,不仅仅让结构高度可以提高、重量可以减轻,更重要的是,它让建筑物的外皮彻底解放,不再承担任何结构作用。这一条是很多建筑创作的前提,也是勒·柯布西耶现代建筑五原则的必备条件。从此,建筑可以不再是千篇一律的钻石墙体。里面是同样的结构框架,外面的表皮可以随心所欲,玻璃、石材、砖头、塑料、金属、木材、竹子、泥坯、乐高等几乎任何材料都可以充当建筑墙体。
尽管像渡边邦夫这样的工程师认为这种隐藏结构骨架的做法是一种不诚实的设计,但总体来说,它造就了我们今天所见的建筑外观百花齐放的局面。