●  引  言

随着科技的进步，大跨建筑结构迅猛发展，人们不仅关注建筑结构的可靠性和物理性能，还开始关注其建筑美学特征。悬索结构的跨度大、自重小、材料省、形状美，因优越的性能和流畅的造型，在大跨公共建筑中脱颖而出，被屡屡使用，广泛地运用在体育馆、展览馆等建筑中。本文从建筑学的角度，介绍对悬索结构形式的美学方面的认识。

●  悬索结构概述

房屋建筑中的悬索结构最早可以追溯到中东地区的黑帐篷（图1），主要用于遮阳、防寒和防风，是一种覆盖物下不设支架的帐篷，其毛层表皮可动且可调节边支柱和长拉索使几何形状可变（图2），此时悬索结构的跨度较小。

图 1  中东地区的黑帐篷

图 2  中东地区黑帐篷结构示意图

1953年建成的Releigh家畜交易所（图3）采用了正交布置的索网和两个倾斜的抛物线拱，造型新颖，塑造了大尺度的悬索结构和无遮挡的空间形态。

图 3  Releigh家畜交易所

悬索结构后开始被用于大跨建筑，迈入了发展的成熟期，此时的作品有布尔格（Burgo）造纸厂等。

我国悬索结构的发展始于20世纪80年代后期，固对大跨度空间的需求增多而发展迅速，典型代表作有浙江人民体育馆，其运用了双曲抛物面正交索网结构。

到21世纪，悬索结构越来越受建筑师的喜爱，发展更为迅猛，目前衍生出了结合张弦梁结构、预应力悬挂薄壳、索膜结构、索穹顶结构等新型结构，这都得益于悬索结构本身的合理性，造型的独特性，以及对材料的正确选择上。

◆  构  成

悬索结构广义指受拉状态的索结构；狭义指由柔性受拉索、边缘构件和支撑塔架所组成的承重结构（图4~5），边缘构件承受的压力来自于索的侧向水平拉力，支撑构件承受来自于索及边缘构件的压力并将其传至地面。

图 4  悬索结构组成示意图1

图 5 悬索结构组成示意图2

◆  悬索结构的特点

悬索结构具有以下优点：

（1）受力合理，充分发挥材料性能，节省材料。柔性受拉索利用了钢材良好的抗拉性能；边缘构件承受拉力和压力，采用钢筋混凝土材料；支撑塔架只承受压力，一般用混凝土材料。各构件受力情况不同，选用材料不同，但都可以让材料性能得以充分发挥，从而节省材料。有文献提出，悬索结构一般可比钢筋混凝土或钢结构节省50%左右的材料。

（2）跨度大，支撑少。悬索结构充分利用材料性能，可以很经济地跨越很大跨度。

（3）施工简单。因为悬索自重小，不需大量脚手架和起重设备，节省很多模板，安装方便，易于施工。

（4）恰当的结构形式可以制造良好的声学和光学效果。例如采用面向建筑内部的凹曲面可以达到扩散声波的作用（图6）。

图 6  悬索结构扩散声波示意图

（5）造型新颖。柔性索的边缘可以任意成型，曲面具有韵律和动感，建筑的形态丰富多样，平面布置灵活多变。

除此之外，悬索结构和所有结构一样，存在着一些缺点，如：屋盖结构的稳定性较差， 平衡形式随荷载分布方式而变，常常需要附加布置一些索系或结构来提高屋盖结构的稳定性；其支撑结构需一定刚度且需要合理的形式承受索端的水平拉力，因此需要多耗费一些材料。

●  悬索结构建筑学角度的形式美分析

建筑的美由建筑之“本”——结构中孕育而来，建筑的形式美法则是建筑与艺术相结合的外在形式的发展规律，以下用形式美的六条法则，从建筑学角度对悬索结构建筑实例进行鉴赏。

◆  变化与统一

原始形体如圆形、三角形、长方形等在建筑中的运用显得乏味而呆板；复杂形体均由原始形体变换而来，如削减、叠合、大小变化、角度变化等，但变化样式不能过多而显得杂乱。所以建筑的形态应遵循变化、统一两种原则，显得建筑高度完整、统一、和谐。   

耶鲁大学冰球馆（图7）通过曲线拱和曲线索的配合，实现了体育馆的大跨度造型，使建筑有凸起和凹下的动势，同时拥有自然流畅的造型且呈一个连续的体量，实现了变化与统一的结合。同时，利用巨型拱在两端自然起翘和弧形侧墙在相应位置自然转变为向外伸展的结构形体（图8），造就了冰球馆两端进出口由外向内的“收缩”、“吸引”和由内向外的“扩展”、“开放”，使建筑开口颇具特点且入口与屋顶相辅相成。

图7  耶鲁大学冰球馆鸟瞰图

图8  耶鲁大学冰球馆结构示意图

◆  主从与重点

若建筑物中各个要素所占比重完全一样，则建筑显得杂乱而不可读，而突出某重点要素的做法可以使建筑物的形象与姿态明朗，让观者迅速抓到重点。这就好比例如商店里货架上琳琅满目的商品让人目不暇接，而展览馆里单独陈列的展品则留给人久久的回想。古代建筑常采用对称布局对主从关系进行诠释，凸显建筑的等级与地位。

日本的代代木体育馆（图9）主建筑与周围建筑的内部设计相似，主体育馆由两个螺旋形看台旋至顶部焦点，周围的体育馆体量较小，且只采用单塔盘旋而上。主从建筑互相搭配，在体量和结构设计方面富有变化，突出重点，使建筑关系更加明晰，与场地完美融合。

图 9  日本代代木体育馆鸟瞰图

◆  均衡与稳定

均衡与稳定是指建筑中各元素达到平衡的一种视觉感受，给人安定、和谐的感觉。均衡指建筑元素的排布，分为对称式和非对称式两种。对称式凸显典雅、庄重，非对称式用不同材料、色彩、体块等，打破常规的建筑设计形式，显得轻松活泼。济南奥体中心（图10）在基地上以非对称的形式分布，三个建筑围合一个内院，互相用空中天桥连接，形成了均衡的构图。

图 10  济南奥体中心鸟瞰图

稳定指最后带给人的感受，是借助经验的、从内到外、从前到后、从上到下的稳定感。日本长野冬奥会速滑馆（图11）由下至上逐渐收敛，形成顶部结构的优美曲线，实现了上小下大、上轻下重，顺应了重力原理，给人一种极富经验的设计带来的稳定感。

图 11  日本长野冬奥会速滑馆

◆  对比与微差

对比与微差是建筑中各个构成元素的变化的构成规律：对比是变化较大的形式，可以明显地突出建筑重点；微差是变化较小的形式，可以在变化的同时增加建筑的连续性与协调性。对比突出个性，微差强调共性、突出和谐，二者缺一不可。

具有悬索结构的北京南站（图12），因其结构特性而具有横向拓展的态势，而周围高楼层叠耸立，是竖向的构图，二者之间形成强烈的反差。而其建筑形态的椭圆尺寸富有变化，层层相叠，向外扩散（图13），重复之中富有动态变化，建筑与周围环境之间形成了对比，建筑与自身之间形成了微差，使建筑形态更为独特。

图 12  北京南站鸟瞰图

图 13  北京南站夜景

◆  韵律与节奏

这一法则是指将一种元素进行规律变化，形成有节奏的韵律感，这种韵律感可以是连续、交错或起伏的。

北京南站的建筑因平面椭圆尺寸有差别而使悬索结构的屋顶产生波纹状变化，由中央候车大厅向两侧扩散，在起伏中富有韵律与节奏。

图 14 日本代代木体育馆的游泳馆内部实景图

日本代代木体育馆的游泳馆悬索结构的悬索部分，在外看是建筑最高处的屋脊，在内悬索两侧的采光面形成两条光带（图14），而光带两侧的下凹悬索结构形成的屋顶看似光线柔和。抬头望去，视线由两侧向中间逐渐升高，光线也由柔和慢慢变亮，在屋脊处达到高潮，同时由近及远望去，屋顶的块状分割也能使建筑空间具有韵律与节奏感。

悬索结构因其结构组成和特性，可以在三维层面进行变化，具有视觉冲击力，其边缘形态有拱形、折线形、鞍形等，屋面形态有上凸与下凹的形态，也可由单片和多片形成不同的组合，因而从屋面形态方面，悬索结构可以打造建筑的柔美或硬朗等不同的韵律（图15~16）。

图 15  悬索结构边缘形态示意图

图 16  悬索结构屋面形态示意图

◆  比例与尺度

在《法国建筑通用词典》中，比例的定义是：“整体与局部间存在着的关系是合乎逻辑的、必要的关系，同时比例还具有满足理智和眼睛要求的特性。”“满足理智”指符合一定的逻辑关系，“满足眼睛”指通过大小、高矮、长短、宽窄等的变化，用良好的比例制造一定的美学价值。

尺度指建筑与人的关系，就如在大草坪上的休息是惬意愉快的，而地洞是不适合休憩的。尺度和人的过往经验与感知有关。

德国乌柏特市游泳馆（图17）利用单向悬索结构制作下凹屋面，两侧看台被切割，成为楔形形态，以方形与地面连接，三者之间的几何关系清晰明了，暗示空间的不同划分及功能。

图 17  德国乌柏特市游泳馆

●  结  语

悬索结构目前仍是大跨建筑中的主力军与生力军，国际性大型活动场馆的建造对悬索结构的发展起到积极的推动作用。悬索结构不仅为活动提供了空间，还能展示出各国的建筑技术与设计水平。随着设计思想更趋自由、开放，当代建筑师更注重个性与理念的表达，追求视觉效果，进一步推动了悬索结构的发展。

近年来，悬索结构的潜力被逐渐开发，如将悬索结构与其他结构结合、创新，取长补短，运用张弦结构，刚性结构的抗弯性能和柔性结构的抗拉性能，使荷载作用下悬索结构变形小且稳定性强，建筑造型适应性更强。若将建筑局部水平放置的悬索结构转为竖向放置，便可应用于大面积玻璃幕墙中。

本文从悬索结构建筑的发展、特征认识，延伸到建筑学视角下的形式美的认知，给结构增加以美的视角，旨在让结构技术与艺术美学互彰互利，使结构设计和建筑美学达到真正的互荣共生，进而探索悬索结构在建筑实践方面的进一步应用。悬索结构未来的发展前景光明、可期。