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1 建筑中的結構設計及建筑材料 建筑師必須從一種全局的角度出發(fā)去處理建筑設計中應該考慮到的實用活動，物質及象征性的需求。因此，他或他試圖將有相互有關的空間形式分體系組成的總體系形成一個建筑環(huán)境。這是一種復雜的挑戰(zhàn)，為適應這一挑戰(zhàn)，建筑師需要有一個分階段的設計過程，其至少要分三個“反饋”考慮階段：方案階段，初步設計階段和施工圖設計階段。 這樣的分階段涉及是必需的，它可使設計者避免受很多細節(jié)的困惑，而這些細節(jié)往往會干擾設計者的基本思路。實際上，我們可以說一個成功的建筑設計師應該具備一種從很多細節(jié)中分辨出更為基本 的內容的能力。 概念構思階段的任務時提出和斟酌全局場地規(guī)劃，活動相互作用及房屋形式方案。為實現(xiàn)這些，建筑師必須注意場地各部分的基本使用，空間組織，并應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系對一項建筑設計首先構思并模擬出一個抽象的建筑物，然后再對這一抽象的總體空間進行深入探究。在開始勾畫具體的建筑形似時，應考慮基本的場所跳進加以修改。 在方案階段，如果設計者能夠形象的預見所作方案的結構整體性，并要考慮施工階段可行性及經(jīng)濟性，那將是非常有幫助的。這就要求建筑師或者過問工程是能夠從主要 分體系之間的關系而不是從構建細節(jié)去構思總體結構方案。這種能夠易于反饋以改進空間形式方案。 在初步設計階段，建筑師的重點工作應是詳細化可能成為最終方案的設計，這是建筑師對結構的要求業(yè)轉移到做分體系具體方案的粗略設計上。在這一階段應該完成對結構布置的中等程度的確定，重點論證和設計主要分體系已確定它們的主要幾何尺寸，構件和相互關系。這樣就可以依據(jù)全局設計方案，確定并解決各分體系的相互影響以及設計難題。顧問工程師在這一過程中作用重大，但各細部的考慮還留有選擇余地。當然，這些初步設計階段所作的決定仍可以反饋回取使方案 概念進一步 2 改善，或甚至可能有重大變化。 當設計者和顧問工程師對初始階段設計方案的可行性滿意時，就意味著全部設計的基本問題已經(jīng)解決，不會再因細節(jié)問題而發(fā)生大的變化。這是工作重點將再次轉移，進入細部設計。在這一階段將重點完善各分體系的細節(jié)設計。此時包括結構工程在內的各個領域的專家的作用將十分突出，應為所有施工的細節(jié)都必須設計出來。這一階段的決定，可能會反饋到第二階段并導致一些變化。如果第一階段和第二階段的設計做的深入，那么在最初兩個階段所得到的總體結論和最后階段的細節(jié)的重新設計不再是問題。當然，整個實際過程應該 是逐步發(fā)展的過程，從創(chuàng)造和細化（改進）總體設計概念直到做出精確的結構設計和細部構造。 綜上所述：在第一階段，建筑師必須首先用概念的方式來確定基本方案的全部空間形式的可行性。在第一階段，專業(yè)人員的合作是有意義的，但僅限于行程總的構思方面；在第二階段，建筑師應該能夠用圖形來確定各分體系的需求，并且通過估計關鍵構件的性能來證明其相互作用的可行性。也就是說，主要分體系的性能只須做到一定深度，需要驗證他們的基本形式和相互關系是協(xié)調一致的。這需要與工程師進行更加詳細與明確的合作；在第三階段，建筑師和專業(yè)人員必須繼續(xù)合作 完成所有構件的設計細節(jié)，并制定良好的施工文件。 當然，這些設計的成功來源于建筑材料的發(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在一起。希臘人和羅馬人有時利用鐵棒或夾鉗來加固他們的建筑。例如 ,在雅典的帕臺農(nóng)神廟的柱子 ,就是由在水中也能變得如石材般堅硬的火山灰建成的。 鋼材和水泥 ─ 現(xiàn)代最重要的兩種建筑材料 ,在 19 世紀得到了推廣。鋼材 (從根本上說 ,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 )的費勞力的鑄造方法 ,才被鑄造出來。在 1856 年貝塞麥煉鋼法出現(xiàn)之后 ,鋼材就以較低的價格大量供應。鋼材最大的優(yōu)點就是它的抗拉強度非常高 ,這也就是說 ,當它在我們已知 3 的能拉斷許多材料的一定拉力作用下 ,鋼材不會喪失它的強度。新的合金元素的加入 ,大大增加了鋼材的強度 ,并消除的它的一些缺點。例如 ,鋼材在應力不斷變化時所表現(xiàn)出的疲勞強度有所見減小的傾向。 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 , 拌制出的混凝土強度和重量也不同?；炷翍檬謴V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度和混凝土具有很高的抗壓強度 ,因此 ,這兩種材料相互彌補了各自的不足 。 鋼筋和混凝土也在以另一種方式互補 ,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在一起的粘結力 ,這個力使鋼筋在混凝土中不會產(chǎn)生滑移。酸會腐蝕鋼筋 ,而混凝土會產(chǎn)生與酸 相反的堿性化學反應。 結構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。它使人們在建造多層建筑時 ,不再必須使用以石材或磚砌筑的厚墻了 ,并且也使建造一個防火地面變得簡單多了。這些變化都有利于降低施工的費用 ,而且這使建造更高更大的結構變成可能。 現(xiàn)代建筑物的重量由鋼或混凝土框架來承受 ,因此墻體不再做承重墻。它們已經(jīng)變成能夠抵擋風雨并進行采光的幕墻了。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實的外觀。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材料建成的。 在鋼材建造中的另一種優(yōu)點是梁之間的連接方法。多年來 ,傳統(tǒng)的連接方法是鉚接。鉚釘是一種有一頭看起來像沒有螺紋的圓頭螺絲釘。在現(xiàn)場施工時 ,鉚釘被加熱 ,穿過剛片間的孔洞 ,在另一端靠錘擊形成另一個頭以使之固定就位?，F(xiàn)在鉚接大多已經(jīng)被焊接取代 ,焊接是一種通過在高溫下鋼材使它們連接在一起的連接方式。 4 預應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力。然后它們被用于預應力混凝土 ,這種施工方法有兩種。一種方法是在混凝土中預留與鋼筋形狀相同的孔道 ,當鋼筋穿過孔道后 ,通過向孔道灌注砂漿或粘結劑 使鋼筋和混凝土粘結在一起。另一種更常用的方法是將鋼筋置于與成品構件外形相符的模板底部 ,然后在鋼筋周圍澆注混凝土。預應力混凝土用鋼量和用混凝土量都比較少。由于它的這個顯著的經(jīng)濟性 , 預應力混凝土是一種非常理想的材料。 預應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)代體育競技場。這種相對較新的結構方法的利用正在處于不斷發(fā)展之中。