從建築學看鋼結構的意義——昭示力量的工業鐵鎚
隨著工業化進程的不斷加劇，鋼鐵這種強大的材料被越來越廣泛地運用在各行各業中。應運而生的鋼結構在建築師的眼裡，毫無疑問是一把稱手的利器，讓建築師擺脫很多結構的束縛，不斷迸發出更大膽的想法。而同時，鋼結構所展露的區別於傳統建築的現代氣質，昭示了工業化、現代化和資本的無窮力量。
01
木錘、石錘、鐵鎚
人類的建築史，在宏觀的角度上即是建材的發展史。建築材料的每一次革新和性能的提升，催化了一批又一批新興的建築和建築類型。如果將建築師比作工匠，各個時代的材料比作工匠所用的工具，那麼工匠們在很長一段時間裡都拿著木錘和石錘，直至工業革命後才終於掄起了鐵鎚。受制於木錘的剛度、強度而無法做出大跨空間的工匠，也無法造出形態自由的高層建築，對透明特質的處理也微乎其微（只能以窗的形式）。受制於石錘的重量，以及與重量相比不那麼突出的強度和極差的耐久性，工匠只能做出僅有的幾種經典結構和建築類型。所以在那個時代，手持木錘和石錘的建築師至多只能被稱為木匠或工人，只有少數藝術家把建築當做雕像般塑造才被認可為建築師。終於直至工業時代，建築師的束縛才真正被解開。
值得一提的是，這裡討論的鋼結構、木石結構建築是指一些純以材料本身作為承力結構的建築，如唐代的木構建築、現在的鳥巢等，而不討論鋼筋混凝土結構等混合材料結構建築。這樣的好處是能夠更清晰地明辨各種材料自身的特性而不被其他混合材料的特性所混淆。
工業革命後的現代化新時代，無論是材料性能和加工技術都有了翻天覆地的巨大進步，鋼這種材料可以完美地代替木材，樑柱等結構性能均被大大增強，還衍生出了鋼桁架、鋼骨架、鋼筒等新型結構。建築師可以用鋼結構實現遠超人體適用範圍的巨大無柱空間，也可以做出甚至連鳥兒都飛達不到的摩天大樓，還能造出各種各樣藝術性的、超現實的異形表皮。可以說，如果只針對建築來說，鋼這種材料的硬體性能已經足以滿足所有建築師對人居空間的幻想。
與傳統材料相比，鋼鐵對於建築的局限性已經達到了材料限制建築生成的最小點，甚至達到了完全鬆綁的狀態，這也意味著鋼結構是建築師手握的最有力、最高端的求通解公式。
02
打造不可能
正因為材料的巨大革新、硬素質的提升，使得建築師的一些在木石時代看來天馬行空的想法得以實現。這些在上個世紀甚至無人敢想的方案，在鋼鐵時代層出不窮、隨處可見。
圖1 同濟大學外國語學院教學樓之間的通透廊橋
就拿身邊隨處可見的例子來說，兩幢老建築之間用一個室內通道相連（見圖1），我們不討論這種做法是否美觀或者是否足夠合理，但這隻有鋼結構才能做到，在已經完工數十年的建築之間唯有這樣一座鋼鐵廊道，能夠憑空架起。要知道如果在木石結構時代，別說在兩棟已經使用數十年的建築間搭建廊橋，單單這15m的跨度和10m的凈空就是木石結構基本不可能解決的難題。看著這樣一座廊橋，筆者能夠深刻地體會到科學的進步和技術的發展所帶來的不可思議的成果。而走在這樣一個廊橋上的時候，人們會深切感受到鋼結構的穩定和可靠，驚嘆於材料技術進步的強大力量。
圖2 廣州大劇院遠景圖
廣州大劇院的玻璃幕牆給人以超現實的體驗（見圖2）。鋼架和玻璃近似透明，給人一種輕盈的空氣感，而玻璃兩側的石材部分則給人以厚重、結實的觸感。玻璃體通體透明像空氣一樣頂起了一塊巨大的石頭（實則是鋼架頂起的），這種姿態讓人有一種「空」即是承力部分的錯覺，觀感上出現了一種矛盾的美感，加上室內透出的明亮的燈光，不禁讓人聯想到璀綻奪目的鑽石，但卻堅硬無比。只有鋼結構才能帶給人如此特殊的感覺。
不得不說，鋼和玻璃是一對完美的組合。只有搭配纖細堅韌的鋼架，玻璃才得以以整體、大面積的姿態出現在建築當中，甚至可以充當牆體和屋面的作用。在木石結構建築中，玻璃永遠只能是配件，作為窗戶的一部分。只有當鋼結構出現了，並因其出色的承重能力和加工方便等特點，使得幾乎任意一種材料都能夠充當幕牆的材料，其中玻璃由於其透明性區別於傳統實牆的封閉感，更多地將自然光和周邊環境引入建築內部，使得鋼結構建築變得尤為明顯、耀眼。
圖3 廣州大劇院的入口斜牆
廣州大劇院的入口空間採用了斜牆設計（見圖3），同樣是由透明體塊頂住上面厚重實體體塊的手法。這樣的入口設計讓人眼前一亮，入口處的空間需要開放性和獨特的手法處理來吸引人流。首先斜牆的做法在一定程度上來說是違背力學合理性的，但同時該建築需要這樣一個有些許背離感的造型，在鋼結構能夠給建築足夠穩定性的前提下，這樣大膽的做法令人產生震撼的觀感。
圖4 廣州大劇院內部空間
從內部空間上來看，由於鋼網架的自由彎折，在表面和內部產生了真實的表裡如一的空間效果。而同時由於鋼結構強大的承載力，能夠讓任何一部分變成實牆，任意一部分變成玻璃幕牆，這就使建築師得以完全自由地按照邏輯和美學設計虛實關係，給建築的使用者以最完美的體驗。實際上，只有這樣的建築才是完整的，如果讓結構和材料限制了建築空間體驗的表達，那麼只能說那是一種不完整的建築，鋼結構的強力性能正式解放了建築被束縛在實牆裡的時代。
03
建築的氣質和隱藏的精神內涵
鋼結構建築往往給人以巨大的視覺衝擊感，令人印象深刻。而每一幢建築都有自己的氣質，這種氣質往往和材料、形態、文化符號有著密不可分的關係。
圖5 故宮太和殿
看著故宮太和殿的重檐廡殿頂、複雜精巧的斗拱，會讓人想起中國衰落而又輝煌的皇權時代（如圖5所示），不由得讓人心生敬畏，同時感懷歷史的年輪輾轉。
圖6 古羅馬萬神殿
看著古羅馬萬神殿璀璨的拱頂（如圖6所示），你能感受到的是來自天外之天，神性的感召。厚重的石材充滿了紋理，昭示著不可思議的巔峰成就。處於這樣的空間里，足以讓人感受到萬神帶來的威壓。
圖7 鳥巢
而鋼結構的建築能帶給我們最純粹的感受是什麼呢？我想鳥巢正是其中最明顯而深刻的代表（見圖7）。鳥巢總用鋼量5.3萬t，即使在鋼結構建築中也是首屈一指，所以這樣大的用鋼量和直接暴露為外表皮的鋼結構最能代表鋼結構建築給人的普遍印象和此種建築類型所帶給人的直觀感受。
首先，站在鳥巢面前，所有人都會感嘆：這是多麼宏偉而不可思議的工程！鋼結構的氣質，也是最重要的氣質，即令人嘆為觀止的驚訝感。這種氣質是一種現代工業化的氣質混合建築藝術的文化氣質而形成的。複雜的鋼結構彷彿代表了人類科技和藝術的頂尖水平的完美結合，讓人明白地感受到科技的力量和時代的飛速發展。而鋼結構建築的氣質同樣代表了這個時代的氣質。
其次，鋼結構的設計難度也和傳統結構有著巨大的差距。優秀的鋼結構設計往往因為造型需要而顯得複雜而精巧，蘊含了力學美感，無論是建築師還是結構師，都花費了巨大的精力和不懈的探索。可以說每一位建築師都希望自己設計的建築能由獨一無二的鋼結構支撐，這不僅僅代表著建築的獨特性，也昭示了建築師非同一般的能力。能夠熟練使用鋼結構，駕馭鋼結構的建築師才是當代一流的建築師。所以其實複雜的鋼結構能夠震撼人心的另一點原因，其實是設計該結構的人無與倫比的聰明才智和艱苦卓絕的努力付出。
最後，鋼結構雖然是最強大的承力結構，但是脫離了建築本質的範圍，考慮到經濟因素，鋼結構無疑也是最昂貴的建築結構。這也是為什麼鳥巢有如此驚為天人的用鋼量，依然被批准建設，鋼結構建築的建造也昭示著資本實力的強大。不是每一個國家都有實力和魄力建造像鳥巢這樣「驚鴻一瞥」的鋼結構建築。巨型鋼結構的背後其實蘊藏著更多經濟實力和國家硬實力的縮影。
04
鋼鐵背後木石的再創造
鋼結構建築的確能實現各種各樣的奇思妙想，其出現掀起了建築界前所未有的巨大波瀾，以及數次建築的革命浪潮，而在這些波瀾和浪潮背後，鋼鐵之林中的人類開始再次反思建築的時候，望向鋼結構的眼裡不再是狂熱和興奮，有些建築師開始懷念木構建築帶給人類的感動。這也像現在很多建築師所推崇的地域主義和鄉土主義所闡述的那樣，人類應該更多關注傳統和文化的積澱，時刻考慮建築所在地的歷史和當地的材料，創造出屬於這片土地和這片土地上人民的建築。
圖8 西班牙現代木結構
建築師透過鋼桁架的縫隙，重新看到了木石建築的可能性。就像歷史總是螺旋狀前進一樣，建築的發展也是這樣，新興的鋼結構建築必然會侵佔傳統木石結構建築的地盤，但好的東西從不會消亡，也正是因為鋼結構，使得人們重新審視木石結構，發現了木石結構再創造的可能性，給予了木石結構新生（圖8即為西班牙現代木結構建築）。
05
結 語
鋼結構給建築帶來的遠不止新的建築類型和可鑲嵌的、巨大的玻璃幕牆。現今的鋼結構建築已經融入了成熟的建築體系，更多地被合理地運用在建築的每一個部分，同時純粹的鋼結構建築也向人們昭示了科技的力量、工業化的力量、設計師的力量，以及資本的力量。鋼結構的大力發展同時反作用於貌似已經完全成熟的舊結構體系，使其煥發新生。鋼結構對於建築師來講可能已經遠不止實現建築設計的工具這麼單純了，這把鐵鎚時刻敲打著建築師關於歷史、文化、建造、思想等方方面面的思考。
參考文獻
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