大跨建筑構(gòu)造和建筑設(shè)計(jì)的關(guān)系
——以哈爾濱大劇院為例

何新宇

大跨建筑作為建筑領(lǐng)域的重要組成部分，在現(xiàn)代城市中起著重要的作用。在大跨建筑的設(shè)計(jì)過(guò)程中，構(gòu)造與設(shè)計(jì)密不可分，二者之間的關(guān)系會(huì)直接影響建筑的安全性、穩(wěn)定性以及功能實(shí)現(xiàn)[1]。哈爾濱大劇院作為一座具有代表性的大跨建筑，其建筑構(gòu)造和設(shè)計(jì)的關(guān)系具有一定的研究?jī)r(jià)值。本文以哈爾濱大劇院為例，深入探討大跨建筑的構(gòu)造與設(shè)計(jì)之間的相互影響和制約關(guān)系，以期為設(shè)計(jì)類(lèi)似的建筑提供借鑒。

1 建筑概況

哈爾濱大劇院位于黑龍江省哈爾濱市中央大街，是一座富有文化內(nèi)涵和藝術(shù)氣息的標(biāo)志性建筑。該劇院的總占地面積約444 hm2，建筑高度達(dá)到56 m，包括1564 座大劇場(chǎng)、414 座小劇場(chǎng)、地下車(chē)庫(kù)及附屬配套用房等。哈爾濱大劇院俯視圖如圖1 所示。

該劇院的設(shè)計(jì)靈感來(lái)源于多方面的文化元素，融合了傳統(tǒng)與現(xiàn)代的美學(xué)理念，呈現(xiàn)出一種獨(dú)具特色的建筑風(fēng)貌。首先，設(shè)計(jì)師在建筑的外觀造型上融入了哈爾濱市的特色，將冰雪與冬季景觀元素巧妙地結(jié)合起來(lái)，使建筑的形態(tài)猶如一座擎天玉柱。冰雪雕塑的靈感為建筑賦予了一種神秘、清冷的美感，與哈爾濱冰雪文化相得益彰[2]。其次，哈爾濱大劇院在建筑風(fēng)格上也注重融合多種文化元素，從建筑的立面到內(nèi)部空間，都充滿(mǎn)了現(xiàn)代藝術(shù)的氛圍。建筑立面采用了流線型設(shè)計(jì)，充滿(mǎn)動(dòng)感，與城市現(xiàn)代化的發(fā)展理念相契合。在劇院內(nèi)部，設(shè)計(jì)師精心布置了各類(lèi)藝術(shù)品和裝飾，不僅展現(xiàn)了傳統(tǒng)的哈爾濱文化，還融入了國(guó)際化的時(shí)尚元素。

哈爾濱大劇院是一座融合了冰雪文化、傳統(tǒng)文化與現(xiàn)代藝術(shù)的標(biāo)志性建筑。它的獨(dú)特設(shè)計(jì)與建筑風(fēng)格，使其在眾多建筑中脫穎而出，成為哈爾濱城市發(fā)展的重要象征。通過(guò)對(duì)這一杰作的深入研究與分析，不僅可以了解大跨建筑的構(gòu)造與設(shè)計(jì)的關(guān)系，還可以進(jìn)一步探索建筑與文化、城市與人文之間的緊密聯(lián)系，為未來(lái)的建筑設(shè)計(jì)與城市發(fā)展提供借鑒[3]。

2 結(jié)構(gòu)布置

哈爾濱大劇院作為一座大跨度建筑，其結(jié)構(gòu)布置是確保建筑穩(wěn)定性和安全性的重要因素。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，工程師充分考慮了建筑體型和功能分區(qū)的特點(diǎn)，將整個(gè)建筑劃分為10 個(gè)結(jié)構(gòu)單元，每個(gè)單元都經(jīng)過(guò)精心規(guī)劃和布置，以滿(mǎn)足復(fù)雜多變的荷載要求[4]。

2.1 大劇場(chǎng)

大劇場(chǎng)是哈爾濱大劇院的核心部分，主要用于承辦大型演出和活動(dòng)。在大劇場(chǎng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，工程師根據(jù)大劇場(chǎng)的尺寸和布局，精確計(jì)算了大跨梁的跨度和尺寸。通過(guò)合理的布置和計(jì)算，大跨梁能夠穩(wěn)定地承載屋蓋和天花板的重量，保證了劇場(chǎng)整體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。根據(jù)大劇場(chǎng)的平面布局和荷載特點(diǎn)，合理配置了大跨柱的位置和數(shù)量。通過(guò)科學(xué)的計(jì)算和布置，大跨柱能夠有效分散荷載，保證劇場(chǎng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定和均衡。同時(shí)，通過(guò)采用高強(qiáng)度的結(jié)構(gòu)材料，增強(qiáng)了大劇場(chǎng)的整體強(qiáng)度和穩(wěn)定性[5]。在地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)中，針對(duì)大劇場(chǎng)所在地基的地質(zhì)特點(diǎn)，為增加地基承載能力，提高大劇場(chǎng)的整體穩(wěn)定性，工程師采取了灌注樁、地下承臺(tái)、地基加厚等措施。大劇場(chǎng)鋼結(jié)構(gòu)三維示意圖如圖2所示。

圖2 大劇場(chǎng)鋼結(jié)構(gòu)三維示意圖（來(lái)源：網(wǎng)絡(luò)）

2.2 小劇場(chǎng)

小劇場(chǎng)在哈爾濱大劇院中也起著重要作用，通常用于小型演出和文化活動(dòng)。為了保證小劇場(chǎng)的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，工程師在其設(shè)計(jì)中采用了類(lèi)似大劇場(chǎng)的結(jié)構(gòu)布置，注重大跨梁和柱的配置，并選用適當(dāng)?shù)慕Y(jié)構(gòu)材料。小劇場(chǎng)的地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)同樣經(jīng)過(guò)精心考慮，采用灌注樁、地基加厚和地下承臺(tái)等加固措施來(lái)確保其在使用過(guò)程中的穩(wěn)固性和安全性[6]。

2.3 車(chē)庫(kù)單元

哈爾濱大劇院有6 個(gè)車(chē)庫(kù)單元，用于停放車(chē)輛。車(chē)庫(kù)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)考慮到停車(chē)場(chǎng)的載荷特點(diǎn)，工程師采用了大面積的梁柱結(jié)構(gòu)，以支撐停車(chē)場(chǎng)的重量。在停車(chē)場(chǎng)區(qū)域，地質(zhì)構(gòu)造和土壤性質(zhì)存在差異，可能會(huì)導(dǎo)致地基承載能力不均勻，增加了停車(chē)場(chǎng)地基沉降和變形的風(fēng)險(xiǎn)。工程師對(duì)停車(chē)場(chǎng)區(qū)域進(jìn)行了大量地質(zhì)勘探和分析，確定了不同區(qū)域的土壤性質(zhì)和地下水位變化。在地下水位較高的區(qū)域，采用了灌注樁加固技術(shù)。在地基承載能力較低的區(qū)域，采用地基加厚的方式，通過(guò)在原有地基上增加一定厚度的強(qiáng)化層，提高地基的承載能力[7]。

2.4 水池橋單元

哈爾濱大劇院的設(shè)計(jì)還包括2 個(gè)水池橋單元，這些水池橋在建筑中起到裝飾和景觀的作用，同時(shí)也承擔(dān)著一定的水負(fù)荷。在水池橋單元所在的區(qū)域，地質(zhì)構(gòu)造和土壤性質(zhì)存在差異，地基的承載能力存在不均勻性，這對(duì)水池橋的穩(wěn)定性提出了一定挑戰(zhàn)。

在設(shè)計(jì)中，工程師采用了特殊的結(jié)構(gòu)形式和材料，以確保水池橋的穩(wěn)定性和安全性。針對(duì)水池橋所在地的地質(zhì)條件，工程師進(jìn)行了詳細(xì)的地質(zhì)勘探和分析，了解了地下土層和水位等情況。

根據(jù)地質(zhì)數(shù)據(jù)，采用了加厚地基的方式，即通過(guò)在原有地基上增加一定厚度的強(qiáng)化層，提高地基的承載能力，確保水池橋的穩(wěn)定性。對(duì)于地下水位較高的情況，采用了灌注樁等加固技術(shù)，以滿(mǎn)足水池橋的使用要求。

3 地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)

3.1 地質(zhì)勘探和分析

進(jìn)行大量的地質(zhì)勘探和分析是地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的重要前提。工程師在規(guī)劃建設(shè)前，對(duì)大劇院的選址進(jìn)行了詳細(xì)的地質(zhì)調(diào)查。通過(guò)對(duì)地質(zhì)構(gòu)造、地下水位、土層性質(zhì)等關(guān)鍵參數(shù)的測(cè)量與分析，了解了地下情況的復(fù)雜性與多變性。在勘探的基礎(chǔ)上，采用地質(zhì)勘探技術(shù)和現(xiàn)代地質(zhì)探測(cè)儀器進(jìn)行了詳細(xì)的地質(zhì)分析，從而確保了地基設(shè)計(jì)的準(zhǔn)確性和可靠性。

3.2 應(yīng)用高強(qiáng)度材料

為增加地基的承載能力，設(shè)計(jì)者采用了高強(qiáng)度材料。針對(duì)大劇院的建筑形態(tài)和重要結(jié)構(gòu)部位，選擇了高強(qiáng)度的混凝土和鋼材，以增加地基的承載力和剛性?；炷潦且环N優(yōu)秀的建筑材料，具有較高的抗壓和抗彎強(qiáng)度，在大跨建筑中已廣泛應(yīng)用于地基的加固和承載[8]。

同時(shí)，鋼材作為一種優(yōu)質(zhì)結(jié)構(gòu)材料，不僅具有較高的強(qiáng)度和穩(wěn)定性，還可以靈活運(yùn)用于不同的結(jié)構(gòu)形式，使得地基的設(shè)計(jì)更加靈活。采用高強(qiáng)度材料的地基設(shè)計(jì)，不僅增加了地基的承載能力，還有效提高了建筑的整體穩(wěn)定性和抗震性能。

3.3 采用降低沉降技術(shù)

為了減少地基沉降對(duì)建筑結(jié)構(gòu)的不利影響，設(shè)計(jì)者還采取了一系列降低沉降的技術(shù)措施。其中，常見(jiàn)的是地基加固與土體加固技術(shù)。地基加固包括土體的加固和加固層的設(shè)置，通過(guò)增加地基的強(qiáng)度和剛性，降低地基沉降的可能性。

土體加固技術(shù)可以采用土體改良、土體壓實(shí)等手段，以提高土體的穩(wěn)定性和抗沉降能力[9]。此外，設(shè)計(jì)者還采用了沉降監(jiān)測(cè)技術(shù)，對(duì)大劇院的地基沉降進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和分析。通過(guò)對(duì)沉降數(shù)據(jù)的精確掌握，可以及時(shí)采取相應(yīng)的措施，避免地基沉降對(duì)建筑結(jié)構(gòu)的不利影響。

4 建筑材料

4.1 高強(qiáng)度鋼材在結(jié)構(gòu)部分的應(yīng)用

在大跨建筑設(shè)計(jì)中，承重結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和強(qiáng)度至關(guān)重要。為此，在哈爾濱大劇院的結(jié)構(gòu)部分采用了高強(qiáng)度鋼材。高強(qiáng)度鋼材具有較高的抗拉強(qiáng)度和抗壓強(qiáng)度，使其能夠承受更大的荷載，并保證建筑的整體穩(wěn)固性。在大劇院的梁、柱和框架等關(guān)鍵結(jié)構(gòu)部位，選用高強(qiáng)度鋼材，以提供足夠的支撐力，確保了大跨建筑的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定和安全[10]。

4.2 耐候性較好的外墻材料

外墻作為建筑的外部保護(hù)層，其材料的選用不僅要考慮美觀性，還需要具備較好的耐候性。在寒冷氣候條件下，外墻材料需要能夠抵御低溫、風(fēng)雪等氣候因素的侵蝕。因此，在哈爾濱大劇院的外墻裝飾中，選擇了耐候性較好的玻璃纖維增強(qiáng)混凝土（Glass Fiber Reinforced Concrete，GRC）材料。該材料具有出色的耐候性和抗老化性能，不易受到氣候變化的影響，能夠長(zhǎng)期保持良好的外觀和性能[11]。通過(guò)采用這種耐候性材料，保證了大劇院外墻在嚴(yán)寒冬季和酷暑夏季都能保持美觀。

4.3 高性能混凝土的應(yīng)用

除了高強(qiáng)度鋼材外，高性能混凝土在哈爾濱大劇院的設(shè)計(jì)中也得到了廣泛應(yīng)用。高性能混凝土是一種特殊的混凝土，具有較高的強(qiáng)度、耐久性和抗?jié)B性能。在大劇院的地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)部分，采用高性能混凝土，以增強(qiáng)地基的承載能力和結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。同時(shí)，在地下車(chē)庫(kù)等特殊區(qū)域，高性能混凝土的應(yīng)用還能有效抵御地下水的侵蝕，確保地下空間的安全和持久性。

4.4 玻璃幕墻材料的選擇

玻璃幕墻是現(xiàn)代大跨建筑常見(jiàn)的外立面設(shè)計(jì)，它不僅可以提供充足的自然光照，還為建筑賦予了現(xiàn)代感，增添了整體的美感和視覺(jué)效果。在哈爾濱大劇院的設(shè)計(jì)中，選用優(yōu)質(zhì)的玻璃材料作為幕墻。這種玻璃材料不僅具有良好的透光性，還具有良好的隔熱和隔音性能，有效提高了室內(nèi)空間的舒適性和節(jié)能性。此外，玻璃幕墻材料還具有良好的耐候性，能夠抵御風(fēng)雨和紫外線的侵蝕，保持建筑外觀的長(zhǎng)期美觀[12]。

5 建筑采光

5.1 大面積的玻璃幕墻

在哈爾濱大劇院的設(shè)計(jì)中，大面積的玻璃幕墻被廣泛應(yīng)用于建筑的外立面設(shè)計(jì)。透過(guò)玻璃幕墻，室內(nèi)可以獲得充足的日光，提高了建筑內(nèi)部的采光質(zhì)量。此外，玻璃幕墻還可以將室內(nèi)與室外景觀無(wú)縫連接，讓人們?cè)谑覂?nèi)也能欣賞外部的美景。

5.2 天窗的運(yùn)用

除了玻璃幕墻，設(shè)計(jì)中還采用天窗設(shè)計(jì)。天窗是開(kāi)設(shè)在屋頂或墻面的窗戶(hù)，它可引入更多的自然光線，使得室內(nèi)更明亮。在哈爾濱大劇院的設(shè)計(jì)中，天窗被巧妙地布置在劇院內(nèi)部，讓自然光線可以均勻地灑進(jìn)室內(nèi)，增強(qiáng)了劇院內(nèi)部空間的通透感和明亮度。

5.3 光線引導(dǎo)技術(shù)

為了避免強(qiáng)光直射對(duì)劇院內(nèi)部活動(dòng)造成不利影響，設(shè)計(jì)中采用了光線引導(dǎo)技術(shù)。光線引導(dǎo)技術(shù)可以通過(guò)設(shè)計(jì)合理的反射板、遮陽(yáng)設(shè)施等，將強(qiáng)光引導(dǎo)和分散，實(shí)現(xiàn)光線的均勻分布。在哈爾濱大劇院的設(shè)計(jì)中，通過(guò)巧妙設(shè)置遮陽(yáng)篷和反射板，有效控制了強(qiáng)光進(jìn)入劇院內(nèi)部的情況，保證了舞臺(tái)演出的舒適性和效果。

6 結(jié)語(yǔ)

在大跨建筑設(shè)計(jì)過(guò)程中，合理的結(jié)構(gòu)布置、科學(xué)的地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)、優(yōu)質(zhì)的建筑材料選擇以及良好的建筑采光等方面，共同決定了建筑的穩(wěn)定性、安全性和功能實(shí)現(xiàn)。只有在結(jié)構(gòu)與設(shè)計(jì)緊密協(xié)調(diào)的基礎(chǔ)上，才能打造出更出色的大跨建筑作品，希望本文的研究結(jié)論能夠?yàn)榻窈箢?lèi)似大跨建筑的設(shè)計(jì)和施工提供借鑒。