
建筑结构作为建筑物的骨架系统,承担着将各种荷载(如自身重量、风、雪、地震等)安全有效地传递至地基的重要职责。这一系统不仅决定了建筑物的安全性与稳定性,也影响了建筑的寿命和适用性。然而,建筑结构的作用远不止于此。在建筑师的设计语言中,结构既是对工程技术的精确把控,也是艺术表达和建筑美学的重要载体。优秀的结构设计不仅保证了建筑物的坚固实用,还能通过新颖的结构形式和细致的节点处理,为建筑赋予独特的视觉效果和空间体验。例如,现代高层建筑采用先进的框架-核心筒结构,不仅满足了极高的安全要求,还使建筑物的外立面呈现流畅轻盈的美感。一些标志性公共建筑甚至将结构外露,让结构体系自身成为建筑形象与文化象征的一部分。
通过本内容的学习,我们将建立起对建筑结构的初步认知,不仅了解其力学功能及常见体系,还会学会如何从日常生活环境中观察和理解建筑中的各类结构元素,如梁、柱、墙、板等。我们将探讨结构如何影响建筑的整体形式、空间布局和功能使用,以及如何通过结构创新实现建筑与环境、文化之间的深度对话。希望通过理论与实例的结合,使大家能够从结构的角度获得更全面的建筑感知能力,并在今后无论学习还是欣赏建筑时,主动关注和分析其背后的结构逻辑与美感。
建筑结构是由梁、柱、墙、板等构件通过合理的连接方式组成的承重体系。这个体系的主要任务是承受建筑物自身的重量(恒荷载)以及使用过程中产生的各种荷载(活荷载),如人员、家具、设备等,并将这些荷载安全地传递到地基。
从力学角度看,建筑结构需要满足三个基本要求。第一是强度要求,结构构件在承受荷载时不能发生破坏。第二是刚度要求,结构在荷载作用下的变形要控制在合理范围内,不影响正常使用。第三是稳定性要求,结构整体不能发生失稳现象,如柱子的压屈或整体倾覆。
建筑结构设计的核心是在保证安全的前提下,实现经济合理和建筑美观的统一。
在建筑中,结构扮演着三重角色,这三个角色相互关联,共同决定了建筑的品质。
承载功能 是结构最基本的角色。每一座建筑都需要可靠的结构系统来抵抗重力、风荷载、地震作用等各种力的影响。以一座普通的住宅楼为例,其框架结构由竖向的柱子和横向的梁组成,柱子将楼板的重量传递至基础,而梁则将楼板荷载集中传给柱子。这种传力路径清晰、受力明确的体系,是现代建筑最常见的结构形式。
空间功能 体现在结构如何组织和划分建筑空间。结构构件的布置直接影响空间的尺度、比例和使用灵活性。在大型公共建筑中,结构往往需要创造大跨度的无柱空间,以满足功能需求。机场航站楼就是典型案例,其采用大跨度桁架或空间网架结构,创造出开阔通透的候机大厅,为旅客提供舒适的候机环境。
表达功能 是结构在建筑美学层面的体现。结构构件的形态、比例、韵律可以成为建筑造型的重要元素。一些建筑师选择将结构外露,让结构本身成为建筑立面的主角。工业风格的建筑就常常采用裸露的钢结构或混凝土结构,通过结构构件的排列组合形成独特的视觉效果。
建筑结构根据材料和受力特点可分为多种类型,不同的结构体系适用于不同的建筑类型和设计需求。
不同结构体系的选择不仅关系到建筑的经济性和施工难度,更直接影响建筑的空间品质和造型特征。在后续章节中,我们将深入探讨各种结构形式与建筑设计的关系。

柱子是最容易识别的结构构件,它们以竖向的姿态矗立在建筑空间中。柱子的主要作用是承受来自上部的竖向荷载,并将其传递至基础。柱子的形态、尺寸和材料会根据荷载大小、建筑高度和设计意图而变化。
在日常生活中,我们可以观察到各种各样的柱子。商场中的圆形混凝土柱,截面直径通常在600至800毫米之间,表面光滑平整。办公楼中的方形钢管柱,尺寸可能是400×400毫米,外表涂装成金属色或与室内装饰协调的颜色。传统建筑中的木柱,直径在300至500毫米之间,可能雕刻着精美的花纹。
学会识别柱子的截面形式和材料,是理解建筑结构的第一步。不同的柱子形式反映了不同的结构逻辑和建筑风格。
梁是水平或倾斜放置的结构构件,其主要功能是承受楼板传来的荷载,并将荷载传递给柱子或墙体。梁的存在常常不如柱子显眼,因为它们经常被隐藏在吊顶内部。但在一些设计中,梁会被刻意暴露出来,成为空间的装饰元素。
在开放式的餐厅或咖啡馆中,我们经常能看到横跨空间的木梁或钢梁。这些梁的截面高度通常在300至600毫米之间,跨度可达6至10米。梁的截面高度与跨度有直接关系——跨度越大,梁的截面高度也需要相应增加,以保证足够的刚度。
工业建筑和改造项目特别喜欢展示梁的存在。裸露的钢梁涂上深灰色或黑色的防火涂料,与砖墙或混凝土墙形成材质对比,创造出粗犷而现代的空间氛围。这种做法既节省了吊顶的装修成本,也增加了空间的层高感。
墙体在建筑中既可以是纯粹的围护构件,也可以是重要的承重构件。承重墙体不仅需要承受自身重量,还要承担来自楼板和屋顶的荷载。在高层建筑中,剪力墙是抵抗水平荷载(如风荷载和地震作用)的主要结构构件。
混凝土墙体的厚度通常在200至300毫米之间,承重能力强,也能有效隔音。砌体墙的厚度可能达到240毫米(标准砖墙)或更厚。在现代建筑中,玻璃幕墙系统则是非承重的围护结构,其背后的钢框架或混凝土核心筒才是真正的结构体系。
楼板是建筑中的水平承重构件,它直接承受人员活动、家具设备等活荷载,并将这些荷载传递给梁或墙体。现代建筑中最常见的是现浇钢筋混凝土楼板,厚度通常在100至150毫米之间。
在一些特殊建筑中,楼板的结构形式可能更加复杂。大跨度的展览厅可能采用预应力混凝土楼板,厚度可达300毫米以上。木结构建筑则使用木楼板,由木搁栅和木板组成。钢结构建筑可能采用压型钢板上浇混凝土的组合楼板。
上图展示了不同跨度楼板所需的厚度关系。随着跨度增加,楼板厚度需要相应增大,以保证结构的刚度和承载力。对于普通住宅,6米跨度的楼板厚度约为120毫米已经足够。而对于需要12米以上跨度的大空间,则需要采用预应力混凝土楼板,厚度可能达到250至300毫米。
有些建筑选择将结构完全展示在外,让结构本身成为建筑的外观特征。这种设计手法在20世纪下半叶特别流行,代表了“诚实建筑”的理念——建筑应该如实展现其构造方式,而不是用装饰来掩盖。
国家体育场(鸟巢)是完全外露结构的典型代表。整个建筑由相互交织的钢结构构件组成,形成了如同树枝编织的巨大网状结构。这些钢构件不仅承担着屋顶和看台的巨大荷载,更创造出独特而震撼的建筑形象。白天,阳光透过钢架的缝隙洒入场内,形成斑驳的光影。夜晚,内部的灯光透过钢架映射出来,整座建筑如同一个发光的巨型雕塑。
工业遗产改造项目也常常采用外露结构的手法。原有的钢梁、柱子和桁架被保留下来,经过除锈、防腐处理后,涂上新的保护涂层。这些历史结构与新加入的玻璃、木材等现代材料形成对话,诉说着建筑从工业时代到当代的转变历程。
更多的建筑采取了结构部分可见的策略。建筑师会选择性地展示某些结构构件,而将其他部分隐藏在装饰层之后。这种做法在现代办公建筑中十分常见。
典型的做法是在入口大堂或中庭空间展示结构的力度和美感,而在标准办公层则用吊顶和隔墙将结构隐藏起来。大堂中,粗壮的混凝土柱子暴露在外,表面可能保持清水混凝土的自然质感,也可能经过打磨抛光处理。高耸的空间中,横跨的钢梁清晰可见,其表面涂装与室内整体色调协调统一。这种空间给人以开阔、明快的感受,同时传达出结构的稳固与可靠。
到了标准办公层,柱子可能被包裹在方形的装饰柱中,梁则完全隐藏在吊顶之上。这样的处理为室内设计提供了灵活性,使空间显得更加平整和统一,便于办公家具的布置和管道设备的安装。
在追求纯净空间效果的建筑中,结构可能被完全隐藏。这种做法在高端住宅、精品酒店和某些文化建筑中较为常见。结构构件被装饰材料完全包裹,墙面平整光洁,顶面平滑无缝,结构的存在几乎不被察觉。
这种处理方式需要精心的设计和施工。柱子可能被设计在墙体之中,梁的高度被控制在吊顶的标高之内,楼板的管线预埋需要提前规划。虽然结构不再可见,但它依然在默默地承担着荷载,支撑着整个建筑。隐藏结构的空间往往显得更加宁静和纯粹,将人们的注意力引向空间本身、材料质感和光线变化。
无论结构是外露还是隐藏,其力学性能都不会改变。外露结构需要更高的施工精度和表面处理质量,而隐藏结构则需要预留足够的装修空间。
上图展示了不同建筑类型在不同年代对结构外露的接受程度。工业建筑一直保持较高的结构外露比例,这既是功能需求,也是经济考量。公共建筑在1970年代达到结构外露的高峰,与当时"粗野主义"建筑思潮的流行有关。进入21世纪后,随着人们对建筑真实性和材料本质的重新关注,各类建筑的结构外露程度都有所上升。

结构柱网的布置直接决定了建筑内部空间的基本格局。柱网的跨度、排列方式影响着空间的开敞程度和使用灵活性。合理的柱网设计能够创造出舒适宜人的空间尺度,而不当的柱网布置则可能导致空间局促或柱子阻碍视线。
在住宅建筑中,典型的柱网尺寸为6米×6米或8米×4米。这样的柱网可以满足客厅、卧室等功能空间的需求,同时保证结构的经济性。客厅内通常没有柱子,空间连续开阔。卧室可能在角落有一根柱子,但通过合理的家具布置可以巧妙地化解柱子的存在。
办公建筑的柱网通常更大,常见的是8米×8米或9米×9米。这样的柱网为办公空间的灵活分隔提供了良好的基础。开放式办公区可以容纳多个工位而不受柱子干扰,独立办公室的隔墙可以灵活布置在柱网之间。当企业需要调整办公布局时,只需移动非承重的隔墙,而不必受结构的限制。
商业建筑追求更大的柱网和更少的柱子。大型商场的柱网可达12米×12米甚至更大,中庭空间可能达到30米×40米的无柱空间。这样的空间给购物者带来开阔舒适的体验,也为商业业态的布置提供了最大的灵活性。百货区、餐饮区、娱乐区可以根据商业策划自由调整,而不受结构的束缚。
结构的高度直接影响空间的尺度感和心理感受。天花板的高度、梁的下缘标高、柱子的细长比,这些结构尺度共同塑造了空间的氛围。
住宅空间的层高通常在2.8至3.0米之间,扣除楼板和装修厚度后,室内净高约为2.6至2.8米。这样的高度对于日常居住来说既经济又舒适。客厅可能采用局部挑高的设计,达到4.5米甚至6米的净高,创造出豪华、大气的空间感受。挑高空间常常配合大面积的玻璃窗,让自然光从高处倾泻而下,使空间显得更加通透明亮。
公共建筑的层高通常更高。办公楼的标准层高为4.2至4.5米,净高3.0至3.3米。这样的高度能够容纳空调管道、电气桥架等设备管线,同时给使用者带来舒适的空间感。大堂和中庭的高度可能达到10米、15米甚至更高,营造出恢宏壮观的气氛。
博物馆和美术馆的展厅高度需要根据展品尺寸和观展距离来确定。小型展厅的净高可能是4至5米,而用于展示大型雕塑或装置艺术的展厅高度可能超过8米。高大的空间不仅能够容纳大尺度的展品,也让观众在空间中感到自由和放松,有助于专注地欣赏艺术作品。
教堂、音乐厅等特殊建筑的高度更是达到惊人的尺度。哥特式教堂的中殿高度可达30至40米,巨大的空间配合彩色玻璃窗和细长的柱子,创造出神圣、超凡的宗教氛围。现代音乐厅的高度虽然不及教堂,但也往往在20米以上,这样的高度有利于声音的反射和扩散,创造良好的听觉效果。
当多根柱子或多道梁按照一定间距排列时,它们会形成结构的韵律。这种韵律就像音乐中的节拍,为空间注入了秩序感和动态感。
最常见的是等间距的柱列。沿着长廊或大厅的一侧,每隔6米或8米设置一根柱子,柱子的重复出现形成了稳定的节奏。在柱子之间,光线透过窗户洒入,明暗交替,强化了韵律感。行走在这样的空间中,柱子的序列引导着人的视线和步伐,产生一种前进的动势。
传统木结构建筑的梁架系统展现了更加复杂的结构韵律。主梁、次梁、檩条按照等级逐层搭接,形成了有层次的结构体系。从下向上看,梁架的排列如同乐谱中的五线谱,大小不同的构件交织在一起,却又井然有序。这种韵律不仅具有结构功能,也是中国传统建筑美学的重要组成部分。
现代建筑也在探索结构韵律的新可能。某些建筑采用渐变的柱距,从一端的密集逐渐过渡到另一端的稀疏,创造出动态的空间序列。还有的建筑使用不同倾角的斜柱,打破了传统竖向柱子的单调,形成更具表现力的结构韵律。
上图比较了三种不同的柱子排列方式。等间距排列创造出稳定、规则的韵律,适合需要秩序感的空间。渐变间距从密集到稀疏,形成了空间的方向性和动态感,可以引导人流或视线的移动。韵律变化排列通过大小间距的交替,创造出更具节奏感的空间序列,类似于音乐中的强弱拍。
走进一座城市的火车站大厅,我们可以观察到结构如何塑造大型公共空间。大厅的屋顶由大跨度的钢桁架支撑,桁架的跨度可能达到40至60米,高度在地面以上15至20米。这样巨大的无柱空间为候车人员提供了开阔舒适的环境。抬头望去,钢桁架的三角形构成清晰可见,上弦杆、下弦杆和腹杆组成了稳定的受力体系。桁架表面涂装成银灰色或白色,在顶部照明的映衬下,显得轻盈而富有科技感。
桁架之间的跨度约为8至12米,这段距离内铺设玻璃或采光板,让自然光透入大厅。白天,阳光通过天窗洒落,在地面上形成明亮的光斑。随着太阳的移动,光斑的位置和形状不断变化,为静态的建筑空间注入了时间的维度。
大厅的两侧可能有一排柱子,支撑着二层的夹层或走廊。这些柱子的间距约为8米,高度约10米,采用圆形或方形的混凝土柱。柱子的存在将大厅划分为中央的开敞区和两侧的服务区,既满足了结构的需要,也组织了空间的功能分区。在柱子与屋顶桁架的连接处,可能还能看到大型的支座和连接节点,这些节点是结构设计的关键部位,需要承受巨大的集中荷载。
例如,在一座图书馆的阅览大厅里,这里的层高约为4.5米,采用混凝土框架结构,柱网为9米×9米。阅览桌在柱网之间整齐排列,每个柱网区域可以容纳20至30个阅读座位。柱子位于桌列的端部或角落,对阅读活动的干扰降到最低。天花板是白色的吊顶板,隐藏了上部的梁和楼板。照明灯具嵌入吊顶,提供均匀柔和的光线。这样的空间没有外露的结构,显得平静而专注,有利于读者集中精力学习。
对比火车站和图书馆两个空间,我们可以看到结构表达的两种不同态度。火车站选择展示结构的力量和技术美感,用外露的桁架创造出震撼的空间效果。图书馆则选择隐藏结构,用平整的界面创造出宁静的阅读环境。两种处理方式都是合理的,它们服务于各自的功能需求和空间氛围。
结构不仅仅是支撑建筑的骨架,更是建筑表达的重要手段。结构的选型、构件的布置、结构的显露程度,都会深刻影响建筑的空间品质和美学特征。
建筑结构包含柱、梁、墙、板等基本构件,它们各司其职,又相互配合,共同形成稳定的承重体系。不同的结构体系——砌体结构、框架结构、钢结构、空间结构——适用于不同的建筑类型和设计需求。
结构的表达方式有完全外露、部分可见和完全隐藏三种主要类型。外露结构展现力量和真实,隐藏结构创造纯净和宁静。建筑师会根据建筑的功能、性格和文化内涵来选择合适的结构表达方式。
结构对空间体验的影响体现在多个方面。柱网的布置决定了空间的尺度和灵活性,结构的高度影响空间的氛围和心理感受,结构的韵律为空间注入秩序和节奏。优秀的建筑设计能够让结构与空间完美融合,创造出功能合理、美感动人的建筑作品。
从故宫太和殿的传统木结构到国家体育场的现代钢结构,从火车站大厅的大跨度桁架到图书馆的隐藏式框架,不同的结构形式展现了建筑技术和建筑艺术的多样可能。通过对这些案例的学习和对日常建筑的观察,我们可以不断深化对结构的理解,为后续章节的学习打下坚实基础。