建筑结构设计中对称美的应用

摘要：建筑的对称结构有利于建筑主体的整体稳定，还可以体现一种艺术美感。建筑物在使用过程中会受到各种力的作用，采用对称结构可以有效的起到平衡的作用，延长建筑的使用寿命。本文分析了对称结构在建筑工程中的实际应用，并对几种对称结构形式在建筑设计中的应用进行了阐述。

关键词：建筑；结构设计；对称；应用

中图分类号：TU318文献标识码： A 文章编号：

在美学理论中，对称是一种形式美，也是自然界中运用最多的美学法则之一。在建筑设计中采用对称结构，可以给人一种均衡、稳定的心理暗示。建筑中其实有很多都是运用对称的形式，比如柱、梁等构件，其截面大部分都是对称形式。这也是自古以来人们对对称结构的很好的运用。

1对称美法则在实体结构中的运用

实体结构主要包括墙体、拱和坝体等，它们在长、宽、高三个方向的尺寸大约为同一量级。埃及金字塔是著名的古代建筑，其底座呈方形，整体为一个对称的方锥体型，这种体型不仅外形庄严、雄伟、稳重，同周围沙漠浑然一体，和谐一致，并且其安全系数也是所有结构形态中最高的，它们历经数千年沧桑，仍不倒塌，不变形，完好无损，这些都归功于这种有利的对称结构。

如果说棱锥体是安全系数最高的建筑结构形态，那么安全系数最低的应该是倒锥体的建筑了，所以倒锥体建筑尤其要讲求对称。基本每个城市都有水塔，由于水箱要高出建筑物，所以必须有结构将水箱支撑起来，所以水塔大多呈现“T”字型，这种结构左右对称，给人一种天平的感觉。倘若水塔不是呈对称的结构，则水箱的重心与圆柱体基座的重心肯定不在同一条轴线上，在设计过程中为保证水塔不至于失稳，则相应地要对地基和上部结构做许多加固处理，可见，保证建筑结构的对称对于提高其稳定性有着非常大的帮助。

拱是一种有利于实现力的均衡的结构造型，在建筑中应用也较为广泛。如浙江杭州利群大厦的入口大厅的正立面，显得很有层次感，它是三个沿中轴线左右对称的渐退椭圆弧拱的叠加，拱的有利结构能减小梁的体积，和白玻合在一起，加大了建筑物的采光面积：这种对称的形式还能吸引人们的目光，引领人们的视线顺着中轴线进入其内。

2对张英法则在杼件结构中的运用

依照空间观点，杆件结构可以分为空间杆件结构和平面杆件结构两类，它包括各种杆件所组成的如桁架、框架和网架等支撑体系。空间杆件结构多是辐射对称的，而平面杆件结构多是左右对称的形式。

2.1平面杆件结构

平面杆件结构是指结构的所有杆件的轴线及其荷载作用里都位于某一平面内的结构。桁架中各杆件在节点荷载作用下，它们的内力主要是轴向力，而弯矩和剪力则很小，基本可以忽略。桁架结构在土木工程中应用很广泛，尤其是在大跨度结构中，南京长江大桥和武汉长江大桥的主体结构都是桁架结构。在轴向受拉或者轴向受压的杆件中，为使得杆件截面上的应力分布均匀，并且使材料得到充分的利用，应对称排列桁架上的杆件。

2.2空间杆件结构

空间杆件结构与平面杆件结构不同的是其所有杆件的轴线不在同～平面内。如著名的香港汇丰银行，其最独特的地方在于充分暴露钢柱和桁架，由八组参差的组合柱贯穿始终，底部完全敞开，上面33层分五组从组合柱上由斜向悬吊结构悬挂下来，每组从下到上由八个结构层递减到四个结构层。建筑设计兼具适用性和人性化，在技术、功能与空间各方面都有惊人的协调，结构呈现也对称的格局，顺应结构规律，合理利用材料，兼顾到建筑的人性和美感，即使大厦的外立面没有另加装饰，整个建筑也具有鲜活的特色艾菲尔铁塔是现代艺术在建筑领域的一个完美表现，其最著名的设计思路是防范强风吹袭的对称钢筋设计，艺术性极高，已成为巴黎的标志性建筑。网架结构是由杆件和节点按一定规律组成的，秆件在荷载作用下承受轴向压力或拉力。因为跨度很大，对构件的受力要求均匀，故工程上常用圆形的这种呈辐射对称的空间网架形式，并且将网架和板壳联系在一起，共同组成屋盖。世界上跨度最大的建筑是我国的08奥运会“鸟巢”体育场，最大跨度达到343米，椭圆形平面，多面体网架结构，4.2万吨钢材交错搭建在一起，每一根钢架的受力都很均匀，完美地体现了自然美与科学美。

3对称美法则在薄壁结构中的运用

薄壁结构的荷载传递路线短，受力均匀，造型美观多样，用材经济，可有效覆盖较大空间，已成为一种发展前景广阔的空间结构形式。网壳结构的跨度越来越大，厚度相对越来越薄，重量也越来越轻，但结构稳定性问题也变得突出起来，而对称的结构体型正是相对最为稳定的形式。

3.1壳体结构

壳体是具有曲面外形的薄壁，通过对称中心轴可分为同向弯曲曲面和反向弯曲曲面。建筑上用到的壳体形式有圆柱形壳体、双曲抛物萄壳体、拿形壳体、鞍形壳体、椭圆穹顶和圆屋顶等。1960年由奈尔维设计的罗马小体育馆，就是一种钢筋混凝土薄壳结构。其屋顶是采用棱形槽板拼接而成的网格穹隆形薄壳，共用去厚度只有25毫米的1620块棱形槽板。各槽板之间的空隙放上钢筋，槽板上面浇上一层4O毫米的钢筋混凝土，以加强穹拱的整体性。斜柱呈叉形，顺着拱的力线方阿将荷载传递到环形基础上去。为防止产生不利的弯矩，穹顶的外缘皱被折成波形，这样还可加大窗子的高度，结构呈辐射对称，极富结构力度，结构与建筑紧密地融为一体，取得了优美的视觉效果，充分展示了技术美学的巨大魅力。

3.2薄膜结构

薄膜结构是由多种高强薄膜材料及加强构件通过一定方式组合而成的一种空间结构形式，它能够在建筑内部产生一定的预张应力，并能承受一定的外荷载作用。膜结构可分为充气膜结构和张拉膜结构两种。充气膜结构是通过不断从室内充气，在室内外形成一个压力差，使屋盖膜布受到向上的浮力，从而实现较大的跨度。这种结构安装、充气、拆卸、搬运均比较方便。被人们称为水立方的国家游泳中心，是一个天蓝色的六方体充气膜结构，阳光可以穿过透明的屋顶射入室内。虽然水立方是一个立方形体，但墙体的水分子贴膜是由一块块彼此相互咬合的六边形材料组成，每块贴膜受到气体的压力都呈显出弧状，这样荷载分布更加均匀。张拉膜结构通过钢架支承或钢索张拉成型，这种形式造型优美，灵活多变，施工简易、速度快。它通过边界条件给膜材施加一定的预张应力，可通过其周边与锚固索连接的受拉柱，将来自薄膜的荷载传到地面。膜表面必须保持双曲面(鞍形面)，以免局部膜单元在风荷载作用下造成速度和加速响应较大，产生较明显的气弹反应和动力失稳现象，破坏结构。

悬索结构构件主要承受拉力，在强风引力作用下容易丧失稳定性，所以结构的对称性非常重要。比利时布鲁塞尔世界博览会中的法国馆，屋盖是两个拼贴的菱形双曲抛物线面的悬索结构，形如飞蝶：美国馆的屋盏是对称的圆形双层悬索结构，中间留有空间，形如自行车轮。

结语

建筑结构形式上的创新并非盲目地追求形式上的新奇，而是要做到优美的结构形体与合理的受力性能相一致、新颖的结构形式与建筑功能要求的和谐统一，这样才可创造出具有生命力的结构形式。我们在建筑结构设计中应合理地融合对称性与空间艺术形式，使结构本身既顺应力学规律，又富有美学表现力，最终达到适用、安全、经济和美观的目的。

参考文献

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