【文章编号】１００７．９４６７（２００８）０５．００１０．０５
２１世纪的建筑师与结构师
之关系探讨
●焦雷１，张长平２
（１．平顶山工学院规划建筑系，河南平顶山４６７００１；２．平项山工学院土木工程系，河南平顶山４６７００１）
【摘要】结合超高层建筑实例，从多个角度论证了２１世纪的建筑师与结构师之关系，提出了在２１世纪的今天，只有建筑师与结构师亲密协作，才能创造出真正优美、经济、实用，安全的为全世界人民所喜闻乐见的优秀的建筑作品，才能使世界建筑历史文化真正发扬广大．
【关键词】建筑；结构；建筑师；结构师；协作【中图分类号】ＴＵ０９８．９
【文献标志码】Ｂ
当今世界，随着科学技术和建筑文化的发展，好的建筑作品可让建筑师名垂青史，而结构师却被人遗忘。如流水别墅的设计者赖特、萨伏伊别墅的设计者勒・柯布西耶、法国巴黎卢浮宫的设计者贝聿铭，等等。他们都是塑造建筑文化的艺术大师，他们让人类的建筑文化发扬光大。
１
问题的提出
中国古代既无建筑师的称呼又无结构师的称
２建筑师与结构师的关系分析
２．１
建筑师与结构师的名誉地位不平等、肩负的
呼，实际上承担建筑师或结构师职责的都是泥瓦匠、木工匠。他们既负责指挥，又自己动手操作，但地位低下，受封建统治者、正统的文人、史家的歧视。他们虽然创造了让世界和后人值得夸耀的人类文化纪念碑，却是一个无名小卒，原因是高度封建
使命不同，使二者极易发生矛盾，缺乏协作
一方面，当提及某幢建筑时，人们首先想到的是他的建筑师而非结构师。一幢优美的建筑，人们会把它首先归功于建筑师，而没有人会想到那些终身为之奋斗，终生为之“提心吊胆”的结构师们。但正是这些终身为之提心吊胆的结构师们使那些有
集权制度和官本位体制之必然。隋朝宇文恺、宋代李诫、明朝还有蒯祥（江苏吴县人，世代为木工，北京故宫三大殿的设计者，北京最重要建筑的设计者，工部侍郎为三品官）、徐杲（原为木工，嘉靖中叶以后最重要的建筑师，命运也最有悲剧色彩，曾拜为工部尚书为正二品官，后被罢官下狱以至发配戍边而不知所终）、清代建筑世家“样式雷”（即雷氏家族）负责北京故宫太和殿的重建，因技艺超群，康熙在施工现场封其为工部营造府长班。从此有“上有鲁班，下有长班”之美誉。
１０
着漂亮外衣的建筑得以展现在人们面前。但他们却得不到与建筑师同样的承认。而当建筑物出现问题时建筑师便被遗忘，结构师则被义无反顾地当作第一审查对象。正是这种地位上的不平等，极大的挫伤了结构师的积极性，严重影响了结构师的创新精神，进而影响到了二者的密切协作。另一方面，建筑师与结构师在结构设计中从事着不同的工作，肩负着不同的使命。作为一名结构师他关心的是结构安全性与耐久性，所以，他们关心更多的是建筑的结构型式及构件。而建筑师关心的是建筑的体型、外
万方数据
观、功能及空间布置等。作为一名建筑师，总是希望尽最大可能地发挥自己的想象力，建造出自己理想中的建筑形式，而过少地关心建筑物的安全，至少没有像结构师那样认真考虑过。在这方面，建筑师与结构师之间发生了矛盾。而且，目前建筑的发展趋势中有一种雕塑式建筑。在这种建筑的设计过程中，建筑师处在先行主导重要地位，而结构师的作用会降低到在建筑师提出外观以后去寻求结构上的解答，使结构设计完全属于辅助从属的地位，二者缺乏协作。
２．２建筑应该是建筑师与结构师共同合作的成果
众所周知，建筑源自结构，它的造型在整个建筑历史发展过程中一直是持续不断向前发展的。建筑设计与结构设计同样都是为建造出入们所喜爱的
建筑服务。因此，建筑作为一门工程性很强的艺术，只有能够实现才能真正为人民所理解接受。而结构设计正是使之得以实现的手段之一。而要创造一个令业主满意，有效的建筑物，建筑设计人员和结构设计人员的能力发挥是相互关联的，因为作为人类历史文化载体的建筑应该是建筑师与结构师共同合作的成果。设计人员只有通过构思结构总体方案才能去创造性地满足该建筑物的空间形式及其三个相互关联的功能要求，即使用功能、构造功能和所能感受到的形象功能。事实上，对所有建筑物的最基本要求就是给业主提供一个有一定追求的理想活动场所。这个场所应该是既适用、经济、美观、大方，又结构简单和施工方便。它应该是令人向往、鼓舞人心的，而不是令人烦恼、埋怨，甚至会产生消极抵触情绪的。实践证明，世界上很多著名的工程实例如果在建筑方案设计阶段没有结构工程师凭借自身拥有的结构设计概念、悟性、判断力和创造力去参与构思、开拓，是根本无法充分地去实现业主的理想的。
２．３传统建筑设计的“功能＋规范”、结构设计的“规范＋计算”之不足
习惯性的传统设计往往会给结构工程师造成一种错觉，以为建筑设计就是“功能＋规范”，结构
万
方数据建筑与结构设计ｌ
＾陀Ｍ＂ｃｎ‘ｒｄｍｄ‰“口ｄＤｅ，ｉ卵ｌ
设计就是“规范＋计算”。特别是在一体化计算机结构设计程序全面应用的今天，不但设计误区多发，而且随着岁月的流逝，甚至连在大学学过的那些孤立的基本概念都被忘却，更谈不上设计成果的创新。实际情况是结构师在初期等待建筑师给出一个空间形成的非结构的方案，然后再去拼凑、组合，看到需要什么就往上加什么。只要计算机算出来能满足规范限值的要求，就算结构设计成功。其实不然。因为真正的结构设计应该是技术和艺术的高度结合。尤其是在结构总体方案的构思阶段是根本无法用计算机程序来替代的。而且结构设计没有惟一解，只有通过不断地探索、比较，去寻求相对的最优，而没有所谓绝对最佳的“标准模式”。创造力和
创新是结构工程师对设计与社会的最大贡献。实践
表明：结构工程师应在每一项工程的开始，尤其是在高层或超高层建筑（高度超过１００ｍ）方案设计阶段，就应该以自身拥有的高层或超高层建筑结构体系功能及其受力、变形特征的整体设计概念与判断力，去帮助建筑师开拓和实现业主梦寐以求的空间形式与功能。在与建筑师创造性的合作中，用以承载力、刚度、延性为主导的概念设计来整体构思结构总体方案，并明确结构总体系与分体系之间的最佳受力关系的要求。在方案与初步设计阶段，能通过概念性近似计算进行探索、优化，乃至最后确定分体系及其构件的基本尺寸，并确认设计方案的可行性。只有这样，才能确保和协调建筑空间形式和结构功能及其受力特征的一致性。同时，也为后期的计算机分析提供了确切的数学模型与所需输入的原始数据，从而也可避免给施工图设计留下种种障碍与矛盾。即在整个设计过程中，应以正确的判断力来把握设计。规范是要遵守，但首先必须吃透规范中的每一个条文的真实含义，而不是盲目照搬，不能盲从一体化计算机结构设计程序，任其摆布。
２．４我国现行的设计体制造成建筑专业与结构工程之间存在着技术共识上的制约
ｌ建筑与结构设计
ｌ＾＂批ｃ删硎跏ｃＩ删锄咖
特别是在高层或超高层建筑设计的方案阶段，往往都毋需结构工程师的参与。传统的专业教育也致使结构工程师首先从细节去考虑问题，而对总体方案缺乏关心或根本不关心，甚至根本不感兴趣。这就又进一步限制了结构工程师和建筑师之间创造性合作的可能性。这种制约在设计项目的方案阶段尤为可悲，结果会导致建筑空间形式和结构设计理念之间的整个关系不协调，并给后续的设计阶段埋下了种种障碍和矛盾，导致来回返工。以致最后反过来限制和约束了业主最想要的空间形式及其功能。
３建筑与结构的矛盾与统一关系分析
从１８世纪６０年代的工业革命开始，结构工程就成为区别于建筑的－１＇７单独学科。如埃菲尔铁塔和很多桥梁结构，就直接来自结构工程师的个人创造和想象。但是，作为建筑工程这一涉及很多学科的复杂工程，特别是高层建筑或超高层建筑的出现并发展至今，一幢优美、经济、实用、安全的建筑物，
建筑师与结构师的协作显得越来越重要。但是建筑与结构这两类设计毕竟是在不同的领域进行工作。他们对建筑有着不同的理解、对建筑有着不同的要求、肩负着不同的任务。因此，在设计中往往会产生许多矛盾。
３．１建筑与结构的矛盾关系分析
３．１．１建筑体型与建筑结构的矛盾
高层或超高层建筑发展至今，由于其受力性能的特殊性，因而在体型上受到很大限制，只能做成通常的矩形、正方形、圆形、椭圆形、十字形、三角形等等。这就造成了高层或超高层建筑作为我国城市景观标志的相对单调乏味，不够丰富多彩，解决这一问题的最好方法就是：业主、建筑师和结构师三者密切协作，坐在一起，确定一个最优设计方案。３．１．２建筑功能布置与结构布置的矛盾
在高层或超高层建筑设计中表现得特别明显
的是建筑功能与结构布置的矛盾，例如从结构观点
看，当所考虑的功能要求相互重叠时，小跨度结构应在建筑物的较底层，而大跨度应该坐落在较高
万
方数据层。这样，中间柱子就有可能沿建筑高度由下而上地逐渐减小。然而实际上，大跨度的写字办公楼、商业和停车场等功能用房却都是坐落在建筑的较低层。这种情况下，容易形成建筑物质量和刚度沿高度分布不均。而且，在实际设计中，由于不同功能用房沿竖向布置，还可能出现上下楼层的柱子不对齐；墙体上下不对齐：上层有柱，下层无柱；上层墙多，下层墙少等现象。所有这些因素都对建筑物的抗震产生了较大影响。
３．１．３建筑平面布置与结构布置的矛盾
众所周知，建筑的平面布置实际上是建筑设计中的功能布局图。它直接反映建筑的使用功能和要求。建筑平面布置的多样化，会导致建筑平面上的墙体布置不对称、不协调。造成建筑结构质量与刚度在平面分布上的不对称、不协调。使建筑物在地震时产生扭转地震作用，对抗震不利。３．２建筑与结构的统一关系分析
３．２．１建筑美是内在美与外在美的统一
建筑美亦是结构美的体现。一幢建筑的美，必然有着简洁有续的结构体系，否则不会受到社会的欢迎，也经受不住历史的考验。例如像哥特建筑的第一个成熟代表作法国的巴黎圣母院、中国古代的大屋顶、动物的骨骼结构、蜗牛的壳、树木、山峦等等，所有这一切都内在的与结构优化原理有关。同样地，在建筑设计中，建筑结构的型式也应符合结构最优原理，两者在根本上是统一的，而且优美的结构同样是实现优美建筑的关键。艾菲尔铁塔虽然是结构师的经验产物，但是这个钢铁做成的庞然大物，不仅仅是钢铁的堆砌。它不但体现了铁塔强劲有力的结构体系，而且把结构表现主义第一次引人了高层建筑，而成为法国的象征。
３．２．２建筑、结构作为两个不同门类的学科，起着相
互促进的作用
带有工程性质的建筑专业，不同科学有着最优的答案，同一种要求可以有不同的解决方案，这些方案中各有优劣。这其中难免会出现结构布置所不
．。；
希望的。但是，恰是这些不希望的东西，促进了结构与其它学科的发展与创新。而作为手段的结构设计同样为建筑设计的发展提供了最大限度的想象空间创造出一个又一个杰出作品。事实上，“几乎任何一种结构方式都是可能的”。这给建筑师在建筑设计中以更大地发挥想象力的自由，从而使高层或超高层建筑的外形有了很大的突破。建筑既是一项复杂的工程，又是一项高难度综合的工程。它需要各个专业的密切合作，特别是建筑与结构之间的合作。在建筑设计过程中，尤其是在设计高层或超高层建筑和大型而兼有复杂用途的建筑时，建筑师和结构师之间的相互学习和协作显得尤为重要。
３．２．３
２１世纪建筑师与结构师应该是复合型、全才
型的“高级工程师”
作为建筑师，首先应对结构体系有着充分的理解。如果一名建筑师每做一步都要征求结构师的意见，那肯定做不出好的作品。其次应该是结构师对建筑的支持。一幢好的建筑的结构体系选择，必须既符合建筑的现场条件又满足建筑的方案意图。一句话，建筑师应该是懂结构的“工程师”，而结构师应该是懂建筑的“建筑师”，他们都是塑造人类建筑文化的艺术大师，这是２１世纪对建筑师和结构师提出的最高目标。
由于高层或超高层建筑的特殊性，结构的形状与安排在很大程度上决定着建筑的形状。设计高层或超高层建筑的方法通常是将它的形式定为矩形、圆形等其它对称形式。但是，单凭结构的优化要求不应该支配一座高层建筑的形状。但是，单单依靠建筑师而不具备结构知识也不能决定建筑的形状。这就要求建筑师与结构师共同协作努力设计出更新颖有效的建筑形式及结构系统，从而实现真正意义上的建筑创作。在这种情况下，不但要求建筑师要能充分发挥其创造力，而且要求结构师能努力寻找更有利的结构体系。在这里，以芝加哥约翰・汉考
克中心的设计为例说明这一点的重要性。在该方案
的设计中，因为场地周围已是众多的高层公寓大楼
万
方数据建筑与结构设计ｌ
Ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒａｌ
ａｎｄ５ｔｒｕｅｎｕｎｌ仉Ｊｉ吕，ＩＩ
并且面向一条最具吸引力的商业大街。汉考克公司坚持要建造一座上部为公寓下部为办公和商业的综合大楼。建筑师格雷汉姆认为矩形平面不但能够增加室内单位体积的墙体面积，而且能使室内空间有更多的日照，还能为建筑增添更宽阔有趣的视野。所以，他竭力想采取矩形作为该建筑的平面形状．但矩形平面对于抗震和抗风来说，显然不如正方形及圆形平面。可是结构师坎恩接受了矩形平面，并且相信它在美学方面所得到的价值会超过在经济方面可能造成的经济损失。但他提出将单层厂房中的抗侧支撑体系应用与此建筑中以抵抗芝加哥的强劲风力。在这种情况下，建筑师也接纳了结构师的建议，设计出了一种新型、暴露的结构形式，不
但可以容纳下不同的建筑功能内容，并且表现了这种Ｘ支撑的结构美。创作出无论在建筑和结构上都很完美的建筑。体现了建筑与结构的高度和谐统
——ｏ
４建筑师和结构师的亲密协作在超高层建
筑中实例分析
４．１美国西尔斯大厦
美国芝加哥西尔斯大厦所采用的结构类型为束简结构。所谓束筒就是由若干个简体相并列，其整体刚度比单筒和筒中筒有显著提高，这样就能把简体建筑建造得更高。当时，世界上最高的超高层建筑美国芝加哥西尔斯大厦就是采用的束筒结构。西尔斯大厦１９７４年建成，由ＳＯＭ建筑设计事务所设计。地上１１０层，高４４３ｍ，地下３层，总建筑面积４１．８×１０４ｍ２。底部平面６８．７ｍ×６８．７ｍ，由９个２２．９ｍ见方的正方形简体组成。整个大厦平面随层数增加而分段收缩。在５０层以上切去两个对角正方形，６０层以上切去另外两个对角正方形，９０层以上再切去三个正方形，最后只剩下两个正方形简体到顶。大厦造型如９个高低不一的方形空心筒集束在一起，挺拔而起，简捷稳定，不同方向的立面透视各不相同。这种束筒结构体系是建筑设计与结构创新相结合的成果。大厦结构工程师Ｆ・卡恩，他为解决像西尔斯大厦这样的高层建筑抗风结构问题，提
１３
ｌ建筑与结构设计
¨＂＾ｊｋｃｍ捌∞ｄＳｍＬｅｇｔｒａ／ｆｋＩｉ伊
出了柬筒结构的概念。整个大厦被当作一个悬挑的束筒空间结构，离地越高剪力越小，大厦顶部由风压引起的震动也明显减轻。这种束筒结构体系概念的提出和应用是高层建筑抗风结构设计明显的进步。由于将上部的７个筒依次截去，不但减少了承受风荷载的表面积，分散了气流，其所造成的湍流也减少了建筑物的摆动。同时也满足了一些想租用整层楼房，而面积又不要太大的客户的要求。更难能可贵的是，西尔斯大厦不但给业主提供了５２３ｍ２的无柱单元大开间，而且整幢大楼的平均用钢量只
有１５９．５ｋｇ／ｍ２，又创造了一个结构设计的新纪录，
比当时传统的钢框架结构的用钢量２９０ｋｇ／ｍｚ～３４０ｋｇ／ｍ２整整节省了一半。尽管这世界第一高楼的宝座已相继被马来西亚吉隆坡的石油双塔（８８层，４５２ｍ，１９９８年）和台北１０１大楼（１０１层，５０８ｍ，２００４年）取代，但西尔斯大厦的创新结构概念设计给世人留下了永不磨灭的示范。４．２美国芝加哥第一国家银行大楼
芝加哥第一国家银行大楼，２４４ｍ高，其横剖面为下大上小，底部为５
１
ｌＯｒｅ２，顶层２６９４ｍ２，共６０
层。银行业主一直在追求和向往能在他们银行大楼的整个底部有一个４层～５层楼高的无柱大空间，以充分满足他们银行业务在使用功能和形象功能上的需求。在芝加哥第一国家银行大楼的方案设计中，结构设计人员和建筑师合作开拓了一种结构形式，即将电梯井筒与设备井筒分别设置在建筑物的纵向两侧，作为巨型柱，并将第一道设备层设置在第６层，往上每隔１８层再各自设置一道，作为承载
力和刚度很大的巨型水平构件，并与周边的巨型柱
有机地刚性连接在一起。从而构成了一种巨型框架
体系的结构功能与受力特征，不但能有效地抵抗重力荷载和水平荷载，还满足了业主的理想要求。该设计深得美国银行家们的赞许，称得上是结构工程师和建筑师首次慷慨地和充分地满足了银行家梦
寐以求的底部大空间——在整个大楼底部５１１０
ｍ２
的面积内无一根柱子。
上述两个工程实例表明：一个结构项目工程师只有在和建筑师合作的整个设计过程中（强调从方
万
方数据案设计开始），用其自身拥有的结构体系功能及其
受力、变形特性的整体概念和判断力，并根据建筑物所在的地理环境条件、材料、施工条件与造价等去不断地探索、比较、反馈和优化才能找到理想的最优答案。
５结束语
每一幢高层或超高层建筑都有其建筑及结构上的特殊性，而且对于不同的建筑有着不同的解决
方案。每一幢高层或超高层建筑都是一个新的研究
课题。当今世界，在高层或超高层建筑设计过程中结构师和建筑师勤奋密切地合作共同开发了许多适合与每幢建筑独特设计准则的新而有效的结构体系。毋庸置疑，如果结构师和建筑师二者失去了亲密协作关系，那么，建筑师或结构师都会变成无源之水，无本之木，变成主观自生，靠不住的设计者。总之，在２ｌ世纪的今天，只有建筑师与结构师亲密协作，才能创造出真正优美、经济、实用、安全的为全世界人民所喜闻乐见的优秀的建筑作品。才能使世界建筑历史文化真正发扬广大。才能使城市景观如芝
麻开花一样，步步登高，魅力无穷，流芳千古！出
【参考文献】
【ｌ】潘谷西．中国建筑史【Ｍ】．北京：中国建筑工业出版社，２００４．［２１陈志华．夕Ｆ国建筑史［Ｍ】．北京：中国建筑工业出版社，１９９７．［３１罗小未．夕｝国近现代建筑史【Ｍ】．北京：中国建筑工业出版
社，２００４．
【４】吴景样．高层建筑设计【Ｍ】一Ｅ京：中国建筑工业出版社，
１９８７．
［５１包世华，方鄂华．高层建筑结构设计［Ｍ】．北京：清华大学出
版社，１９９０．
【６】美国高层与城市环境协会．高层建筑设计【Ｍ】一Ｅ京，中国建筑工业出版社，１９９７．
【收稿日期】２００８．０１．０６
够作者简介》
焦雷（１９６３～），男，河南平项山人，副教授，从事房屋建筑设计、建筑历史、建筑施工及其理论等方面的教学与研究，（电子信箱）ｊｉａｏｌｅｉ＠ｈｎｃｊ．ｅｄｕ．ｃｎ。
【文章编号】１００７．９４６７（２００８）０５．００１０．０５
２１世纪的建筑师与结构师
之关系探讨
●焦雷１，张长平２
（１．平顶山工学院规划建筑系，河南平顶山４６７００１；２．平项山工学院土木工程系，河南平顶山４６７００１）
【摘要】结合超高层建筑实例，从多个角度论证了２１世纪的建筑师与结构师之关系，提出了在２１世纪的今天，只有建筑师与结构师亲密协作，才能创造出真正优美、经济、实用，安全的为全世界人民所喜闻乐见的优秀的建筑作品，才能使世界建筑历史文化真正发扬广大．
【关键词】建筑；结构；建筑师；结构师；协作【中图分类号】ＴＵ０９８．９
【文献标志码】Ｂ
当今世界，随着科学技术和建筑文化的发展，好的建筑作品可让建筑师名垂青史，而结构师却被人遗忘。如流水别墅的设计者赖特、萨伏伊别墅的设计者勒・柯布西耶、法国巴黎卢浮宫的设计者贝聿铭，等等。他们都是塑造建筑文化的艺术大师，他们让人类的建筑文化发扬光大。
１
问题的提出
中国古代既无建筑师的称呼又无结构师的称
２建筑师与结构师的关系分析
２．１
建筑师与结构师的名誉地位不平等、肩负的
呼，实际上承担建筑师或结构师职责的都是泥瓦匠、木工匠。他们既负责指挥，又自己动手操作，但地位低下，受封建统治者、正统的文人、史家的歧视。他们虽然创造了让世界和后人值得夸耀的人类文化纪念碑，却是一个无名小卒，原因是高度封建
使命不同，使二者极易发生矛盾，缺乏协作
一方面，当提及某幢建筑时，人们首先想到的是他的建筑师而非结构师。一幢优美的建筑，人们会把它首先归功于建筑师，而没有人会想到那些终身为之奋斗，终生为之“提心吊胆”的结构师们。但正是这些终身为之提心吊胆的结构师们使那些有
集权制度和官本位体制之必然。隋朝宇文恺、宋代李诫、明朝还有蒯祥（江苏吴县人，世代为木工，北京故宫三大殿的设计者，北京最重要建筑的设计者，工部侍郎为三品官）、徐杲（原为木工，嘉靖中叶以后最重要的建筑师，命运也最有悲剧色彩，曾拜为工部尚书为正二品官，后被罢官下狱以至发配戍边而不知所终）、清代建筑世家“样式雷”（即雷氏家族）负责北京故宫太和殿的重建，因技艺超群，康熙在施工现场封其为工部营造府长班。从此有“上有鲁班，下有长班”之美誉。
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着漂亮外衣的建筑得以展现在人们面前。但他们却得不到与建筑师同样的承认。而当建筑物出现问题时建筑师便被遗忘，结构师则被义无反顾地当作第一审查对象。正是这种地位上的不平等，极大的挫伤了结构师的积极性，严重影响了结构师的创新精神，进而影响到了二者的密切协作。另一方面，建筑师与结构师在结构设计中从事着不同的工作，肩负着不同的使命。作为一名结构师他关心的是结构安全性与耐久性，所以，他们关心更多的是建筑的结构型式及构件。而建筑师关心的是建筑的体型、外
万方数据
观、功能及空间布置等。作为一名建筑师，总是希望尽最大可能地发挥自己的想象力，建造出自己理想中的建筑形式，而过少地关心建筑物的安全，至少没有像结构师那样认真考虑过。在这方面，建筑师与结构师之间发生了矛盾。而且，目前建筑的发展趋势中有一种雕塑式建筑。在这种建筑的设计过程中，建筑师处在先行主导重要地位，而结构师的作用会降低到在建筑师提出外观以后去寻求结构上的解答，使结构设计完全属于辅助从属的地位，二者缺乏协作。
２．２建筑应该是建筑师与结构师共同合作的成果
众所周知，建筑源自结构，它的造型在整个建筑历史发展过程中一直是持续不断向前发展的。建筑设计与结构设计同样都是为建造出入们所喜爱的
建筑服务。因此，建筑作为一门工程性很强的艺术，只有能够实现才能真正为人民所理解接受。而结构设计正是使之得以实现的手段之一。而要创造一个令业主满意，有效的建筑物，建筑设计人员和结构设计人员的能力发挥是相互关联的，因为作为人类历史文化载体的建筑应该是建筑师与结构师共同合作的成果。设计人员只有通过构思结构总体方案才能去创造性地满足该建筑物的空间形式及其三个相互关联的功能要求，即使用功能、构造功能和所能感受到的形象功能。事实上，对所有建筑物的最基本要求就是给业主提供一个有一定追求的理想活动场所。这个场所应该是既适用、经济、美观、大方，又结构简单和施工方便。它应该是令人向往、鼓舞人心的，而不是令人烦恼、埋怨，甚至会产生消极抵触情绪的。实践证明，世界上很多著名的工程实例如果在建筑方案设计阶段没有结构工程师凭借自身拥有的结构设计概念、悟性、判断力和创造力去参与构思、开拓，是根本无法充分地去实现业主的理想的。
２．３传统建筑设计的“功能＋规范”、结构设计的“规范＋计算”之不足
习惯性的传统设计往往会给结构工程师造成一种错觉，以为建筑设计就是“功能＋规范”，结构
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方数据建筑与结构设计ｌ
＾陀Ｍ＂ｃｎ‘ｒｄｍｄ‰“口ｄＤｅ，ｉ卵ｌ
设计就是“规范＋计算”。特别是在一体化计算机结构设计程序全面应用的今天，不但设计误区多发，而且随着岁月的流逝，甚至连在大学学过的那些孤立的基本概念都被忘却，更谈不上设计成果的创新。实际情况是结构师在初期等待建筑师给出一个空间形成的非结构的方案，然后再去拼凑、组合，看到需要什么就往上加什么。只要计算机算出来能满足规范限值的要求，就算结构设计成功。其实不然。因为真正的结构设计应该是技术和艺术的高度结合。尤其是在结构总体方案的构思阶段是根本无法用计算机程序来替代的。而且结构设计没有惟一解，只有通过不断地探索、比较，去寻求相对的最优，而没有所谓绝对最佳的“标准模式”。创造力和
创新是结构工程师对设计与社会的最大贡献。实践
表明：结构工程师应在每一项工程的开始，尤其是在高层或超高层建筑（高度超过１００ｍ）方案设计阶段，就应该以自身拥有的高层或超高层建筑结构体系功能及其受力、变形特征的整体设计概念与判断力，去帮助建筑师开拓和实现业主梦寐以求的空间形式与功能。在与建筑师创造性的合作中，用以承载力、刚度、延性为主导的概念设计来整体构思结构总体方案，并明确结构总体系与分体系之间的最佳受力关系的要求。在方案与初步设计阶段，能通过概念性近似计算进行探索、优化，乃至最后确定分体系及其构件的基本尺寸，并确认设计方案的可行性。只有这样，才能确保和协调建筑空间形式和结构功能及其受力特征的一致性。同时，也为后期的计算机分析提供了确切的数学模型与所需输入的原始数据，从而也可避免给施工图设计留下种种障碍与矛盾。即在整个设计过程中，应以正确的判断力来把握设计。规范是要遵守，但首先必须吃透规范中的每一个条文的真实含义，而不是盲目照搬，不能盲从一体化计算机结构设计程序，任其摆布。
２．４我国现行的设计体制造成建筑专业与结构工程之间存在着技术共识上的制约
ｌ建筑与结构设计
ｌ＾＂批ｃ删硎跏ｃＩ删锄咖
特别是在高层或超高层建筑设计的方案阶段，往往都毋需结构工程师的参与。传统的专业教育也致使结构工程师首先从细节去考虑问题，而对总体方案缺乏关心或根本不关心，甚至根本不感兴趣。这就又进一步限制了结构工程师和建筑师之间创造性合作的可能性。这种制约在设计项目的方案阶段尤为可悲，结果会导致建筑空间形式和结构设计理念之间的整个关系不协调，并给后续的设计阶段埋下了种种障碍和矛盾，导致来回返工。以致最后反过来限制和约束了业主最想要的空间形式及其功能。
３建筑与结构的矛盾与统一关系分析
从１８世纪６０年代的工业革命开始，结构工程就成为区别于建筑的－１＇７单独学科。如埃菲尔铁塔和很多桥梁结构，就直接来自结构工程师的个人创造和想象。但是，作为建筑工程这一涉及很多学科的复杂工程，特别是高层建筑或超高层建筑的出现并发展至今，一幢优美、经济、实用、安全的建筑物，
建筑师与结构师的协作显得越来越重要。但是建筑与结构这两类设计毕竟是在不同的领域进行工作。他们对建筑有着不同的理解、对建筑有着不同的要求、肩负着不同的任务。因此，在设计中往往会产生许多矛盾。
３．１建筑与结构的矛盾关系分析
３．１．１建筑体型与建筑结构的矛盾
高层或超高层建筑发展至今，由于其受力性能的特殊性，因而在体型上受到很大限制，只能做成通常的矩形、正方形、圆形、椭圆形、十字形、三角形等等。这就造成了高层或超高层建筑作为我国城市景观标志的相对单调乏味，不够丰富多彩，解决这一问题的最好方法就是：业主、建筑师和结构师三者密切协作，坐在一起，确定一个最优设计方案。３．１．２建筑功能布置与结构布置的矛盾
在高层或超高层建筑设计中表现得特别明显
的是建筑功能与结构布置的矛盾，例如从结构观点
看，当所考虑的功能要求相互重叠时，小跨度结构应在建筑物的较底层，而大跨度应该坐落在较高
万
方数据层。这样，中间柱子就有可能沿建筑高度由下而上地逐渐减小。然而实际上，大跨度的写字办公楼、商业和停车场等功能用房却都是坐落在建筑的较低层。这种情况下，容易形成建筑物质量和刚度沿高度分布不均。而且，在实际设计中，由于不同功能用房沿竖向布置，还可能出现上下楼层的柱子不对齐；墙体上下不对齐：上层有柱，下层无柱；上层墙多，下层墙少等现象。所有这些因素都对建筑物的抗震产生了较大影响。
３．１．３建筑平面布置与结构布置的矛盾
众所周知，建筑的平面布置实际上是建筑设计中的功能布局图。它直接反映建筑的使用功能和要求。建筑平面布置的多样化，会导致建筑平面上的墙体布置不对称、不协调。造成建筑结构质量与刚度在平面分布上的不对称、不协调。使建筑物在地震时产生扭转地震作用，对抗震不利。３．２建筑与结构的统一关系分析
３．２．１建筑美是内在美与外在美的统一
建筑美亦是结构美的体现。一幢建筑的美，必然有着简洁有续的结构体系，否则不会受到社会的欢迎，也经受不住历史的考验。例如像哥特建筑的第一个成熟代表作法国的巴黎圣母院、中国古代的大屋顶、动物的骨骼结构、蜗牛的壳、树木、山峦等等，所有这一切都内在的与结构优化原理有关。同样地，在建筑设计中，建筑结构的型式也应符合结构最优原理，两者在根本上是统一的，而且优美的结构同样是实现优美建筑的关键。艾菲尔铁塔虽然是结构师的经验产物，但是这个钢铁做成的庞然大物，不仅仅是钢铁的堆砌。它不但体现了铁塔强劲有力的结构体系，而且把结构表现主义第一次引人了高层建筑，而成为法国的象征。
３．２．２建筑、结构作为两个不同门类的学科，起着相
互促进的作用
带有工程性质的建筑专业，不同科学有着最优的答案，同一种要求可以有不同的解决方案，这些方案中各有优劣。这其中难免会出现结构布置所不
．。；
希望的。但是，恰是这些不希望的东西，促进了结构与其它学科的发展与创新。而作为手段的结构设计同样为建筑设计的发展提供了最大限度的想象空间创造出一个又一个杰出作品。事实上，“几乎任何一种结构方式都是可能的”。这给建筑师在建筑设计中以更大地发挥想象力的自由，从而使高层或超高层建筑的外形有了很大的突破。建筑既是一项复杂的工程，又是一项高难度综合的工程。它需要各个专业的密切合作，特别是建筑与结构之间的合作。在建筑设计过程中，尤其是在设计高层或超高层建筑和大型而兼有复杂用途的建筑时，建筑师和结构师之间的相互学习和协作显得尤为重要。
３．２．３
２１世纪建筑师与结构师应该是复合型、全才
型的“高级工程师”
作为建筑师，首先应对结构体系有着充分的理解。如果一名建筑师每做一步都要征求结构师的意见，那肯定做不出好的作品。其次应该是结构师对建筑的支持。一幢好的建筑的结构体系选择，必须既符合建筑的现场条件又满足建筑的方案意图。一句话，建筑师应该是懂结构的“工程师”，而结构师应该是懂建筑的“建筑师”，他们都是塑造人类建筑文化的艺术大师，这是２１世纪对建筑师和结构师提出的最高目标。
由于高层或超高层建筑的特殊性，结构的形状与安排在很大程度上决定着建筑的形状。设计高层或超高层建筑的方法通常是将它的形式定为矩形、圆形等其它对称形式。但是，单凭结构的优化要求不应该支配一座高层建筑的形状。但是，单单依靠建筑师而不具备结构知识也不能决定建筑的形状。这就要求建筑师与结构师共同协作努力设计出更新颖有效的建筑形式及结构系统，从而实现真正意义上的建筑创作。在这种情况下，不但要求建筑师要能充分发挥其创造力，而且要求结构师能努力寻找更有利的结构体系。在这里，以芝加哥约翰・汉考
克中心的设计为例说明这一点的重要性。在该方案
的设计中，因为场地周围已是众多的高层公寓大楼
万
方数据建筑与结构设计ｌ
Ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒａｌ
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并且面向一条最具吸引力的商业大街。汉考克公司坚持要建造一座上部为公寓下部为办公和商业的综合大楼。建筑师格雷汉姆认为矩形平面不但能够增加室内单位体积的墙体面积，而且能使室内空间有更多的日照，还能为建筑增添更宽阔有趣的视野。所以，他竭力想采取矩形作为该建筑的平面形状．但矩形平面对于抗震和抗风来说，显然不如正方形及圆形平面。可是结构师坎恩接受了矩形平面，并且相信它在美学方面所得到的价值会超过在经济方面可能造成的经济损失。但他提出将单层厂房中的抗侧支撑体系应用与此建筑中以抵抗芝加哥的强劲风力。在这种情况下，建筑师也接纳了结构师的建议，设计出了一种新型、暴露的结构形式，不
但可以容纳下不同的建筑功能内容，并且表现了这种Ｘ支撑的结构美。创作出无论在建筑和结构上都很完美的建筑。体现了建筑与结构的高度和谐统
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４建筑师和结构师的亲密协作在超高层建
筑中实例分析
４．１美国西尔斯大厦
美国芝加哥西尔斯大厦所采用的结构类型为束简结构。所谓束筒就是由若干个简体相并列，其整体刚度比单筒和筒中筒有显著提高，这样就能把简体建筑建造得更高。当时，世界上最高的超高层建筑美国芝加哥西尔斯大厦就是采用的束筒结构。西尔斯大厦１９７４年建成，由ＳＯＭ建筑设计事务所设计。地上１１０层，高４４３ｍ，地下３层，总建筑面积４１．８×１０４ｍ２。底部平面６８．７ｍ×６８．７ｍ，由９个２２．９ｍ见方的正方形简体组成。整个大厦平面随层数增加而分段收缩。在５０层以上切去两个对角正方形，６０层以上切去另外两个对角正方形，９０层以上再切去三个正方形，最后只剩下两个正方形简体到顶。大厦造型如９个高低不一的方形空心筒集束在一起，挺拔而起，简捷稳定，不同方向的立面透视各不相同。这种束筒结构体系是建筑设计与结构创新相结合的成果。大厦结构工程师Ｆ・卡恩，他为解决像西尔斯大厦这样的高层建筑抗风结构问题，提
１３
ｌ建筑与结构设计
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出了柬筒结构的概念。整个大厦被当作一个悬挑的束筒空间结构，离地越高剪力越小，大厦顶部由风压引起的震动也明显减轻。这种束筒结构体系概念的提出和应用是高层建筑抗风结构设计明显的进步。由于将上部的７个筒依次截去，不但减少了承受风荷载的表面积，分散了气流，其所造成的湍流也减少了建筑物的摆动。同时也满足了一些想租用整层楼房，而面积又不要太大的客户的要求。更难能可贵的是，西尔斯大厦不但给业主提供了５２３ｍ２的无柱单元大开间，而且整幢大楼的平均用钢量只
有１５９．５ｋｇ／ｍ２，又创造了一个结构设计的新纪录，
比当时传统的钢框架结构的用钢量２９０ｋｇ／ｍｚ～３４０ｋｇ／ｍ２整整节省了一半。尽管这世界第一高楼的宝座已相继被马来西亚吉隆坡的石油双塔（８８层，４５２ｍ，１９９８年）和台北１０１大楼（１０１层，５０８ｍ，２００４年）取代，但西尔斯大厦的创新结构概念设计给世人留下了永不磨灭的示范。４．２美国芝加哥第一国家银行大楼
芝加哥第一国家银行大楼，２４４ｍ高，其横剖面为下大上小，底部为５
１
ｌＯｒｅ２，顶层２６９４ｍ２，共６０
层。银行业主一直在追求和向往能在他们银行大楼的整个底部有一个４层～５层楼高的无柱大空间，以充分满足他们银行业务在使用功能和形象功能上的需求。在芝加哥第一国家银行大楼的方案设计中，结构设计人员和建筑师合作开拓了一种结构形式，即将电梯井筒与设备井筒分别设置在建筑物的纵向两侧，作为巨型柱，并将第一道设备层设置在第６层，往上每隔１８层再各自设置一道，作为承载
力和刚度很大的巨型水平构件，并与周边的巨型柱
有机地刚性连接在一起。从而构成了一种巨型框架
体系的结构功能与受力特征，不但能有效地抵抗重力荷载和水平荷载，还满足了业主的理想要求。该设计深得美国银行家们的赞许，称得上是结构工程师和建筑师首次慷慨地和充分地满足了银行家梦
寐以求的底部大空间——在整个大楼底部５１１０
ｍ２
的面积内无一根柱子。
上述两个工程实例表明：一个结构项目工程师只有在和建筑师合作的整个设计过程中（强调从方
万
方数据案设计开始），用其自身拥有的结构体系功能及其
受力、变形特性的整体概念和判断力，并根据建筑物所在的地理环境条件、材料、施工条件与造价等去不断地探索、比较、反馈和优化才能找到理想的最优答案。
５结束语
每一幢高层或超高层建筑都有其建筑及结构上的特殊性，而且对于不同的建筑有着不同的解决
方案。每一幢高层或超高层建筑都是一个新的研究
课题。当今世界，在高层或超高层建筑设计过程中结构师和建筑师勤奋密切地合作共同开发了许多适合与每幢建筑独特设计准则的新而有效的结构体系。毋庸置疑，如果结构师和建筑师二者失去了亲密协作关系，那么，建筑师或结构师都会变成无源之水，无本之木，变成主观自生，靠不住的设计者。总之，在２ｌ世纪的今天，只有建筑师与结构师亲密协作，才能创造出真正优美、经济、实用、安全的为全世界人民所喜闻乐见的优秀的建筑作品。才能使世界建筑历史文化真正发扬广大。才能使城市景观如芝
麻开花一样，步步登高，魅力无穷，流芳千古！出
【参考文献】
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【收稿日期】２００８．０１．０６
够作者简介》
焦雷（１９６３～），男，河南平项山人，副教授，从事房屋建筑设计、建筑历史、建筑施工及其理论等方面的教学与研究，（电子信箱）ｊｉａｏｌｅｉ＠ｈｎｃｊ．ｅｄｕ．ｃｎ。