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摘要：拱結构可以理论上做到只承受压力，这样可以充分利用材料的抗压性能，同时它能跨越较大的距离。对于某些建筑形式，拱结构就显得比较适用。对于利用拱结构形成建筑空间方面有一些建筑师做了一定的贡献，比如西班牙建筑师卡拉特拉瓦擅长使用拱结构、意大利建筑师奈尔维擅长使用筒拱、穹顶等。优秀的结构形式很多，本篇试图把狭义的建筑与桥梁联系，试图受桥梁启发并以此为切入点探索拱和拱体系如何形成实用的建筑空间以及其形式可能的合理表达方式。
关键词：空间、形式、拱、力学、材料、桥梁
Abstract: the arch structure can theoretically do only under pressure, this can make full use of the compressiveproperties of materials, and at the same time it can span a larger distance. For some form of construction, arch structure becomes more suitable. For the arch structureformation of architectural space has made certain contribution some architects, such as Spanish architect Santiago Calatrava adept at the use of arch structure, Italy architect Nervi is good at using the barrel vault, dome.Many excellent structure, this article tries to narrowbuildings and bridges, trying to be inspired and bridge as a starting point for the exploration of arch and arch systemhow to form the utility of architectural space andreasonable in the form of possible way.
Keywords: space, form, arch, mechanics, materials, bridge
中图分类号： TU2 文献标识码：A文章编号：2095-2104（2013）
一、空间的形成
拱结构是一种主要承受轴向压力并由两端推力维持平衡的曲线或折线形构件。拱结构比桁架结构具有更大的力学优点。在外荷作用下，拱主要产生压力，使构件摆脱了弯曲变形。如用抗压性能较好的材料去做拱，正好发挥材料的性能。不过拱结构支座会产生水平推力，跨度大时这个推力也大，要对付这个推力仍是一桩麻烦而又耗费材料之事。平衡拱的水平推力，可采取下面的几种结构处理方法：
1.利用地基基础直接承受水平推力 ；
⒉利用侧面框架结构承受水平推力；
⒊利用拉杆承受水平推力。
力学求解
三铰拱为静定结构，其内力可通过静力平衡方程求出。双铰拱和无铰拱属于有多余约束的超静定结构，其内力不能通过静力平衡方程求出，必须借助位移、变形等条件求解。
平面拱形成空间的支撑形式有上承式拱、中承式拱、下承式拱。由支撑形式对形成建筑空间的联想：
1、上承式拱常见于传统的桥梁如赵县安济桥、南方水乡的一些小桥。其与房屋建筑想联系时考虑到上部空间与拱联系处有大量倾斜面的出现影响使用，所以考虑把主要的使用空间放在拱的下方，在拱上方布置次要空间。例如新建成的石家庄火车站可能就是安济桥的变形，利用一系列的连续拱并通过立柱支撑起平屋顶。其拱下空间可以作为火车的通道、候车厅等功能使用。
2、桥面系设置在桥跨主要承重结构中部的桥梁，称为中承式桥。中承式桥是中承式拱的常见形式，如巫山长江大桥。在建筑领域西班牙建筑师圣地亚哥·卡拉特拉瓦的作品中经常出现拱的形象。他设计的雅典奥运会主场馆就是中承式拱的形象。利用两根较大的拱和两根较小的拱支撑起一个可以开合的屋顶。它的主要使用空间在被吊起的屋顶下方，而拱与吊杆的结合又形成了丰富的光影效果和韵律感。
3、下承式拱是大多数现代大跨拱桥的形式,其矢高较大，在桥梁方面可能是缺点。但在建筑中可以利用吊杆悬挂起大量的建筑构件从而形成实用的建筑空间。
4、支撑形式的合理结合。比如说形成上承下系的形式。拱下方利用系杆吊起下面的建筑构件围合成建筑空间，拱上方又可同时承托建筑空间。
利用以上的几种形式可以变化出无数种拱与拱之间的不同组合与变形。
二、形式的表达
1、比例与尺度——找寻那道虹
所选用材料的力学性能决定了矢高与跨度合理的比例与尺度范围。最终目标是寻找平衡于最佳拱轴线与功能之间的合理比例关系，从而确定拱轴线。吊杆的直径、间距、长度、方向可以根据选用材料、周围环境、设计意图确定。最终形成单个拱的统一、重点突出的形象。
2、对比与协调——直与曲的舞蹈
显然在拱体系中，主拱是曲的元素，拉杆和吊杆是直的元素。直与曲形成鲜明的对比，在天空的背景下简洁、明快、清新、有力。除此之外还有实与虚的对比，比如主拱较粗壮是实体而拉杆之间的空隙则是虚体。不同位置的拉杆在长度、倾斜方向有差异，这就形成了长短、方向的对比。
3、节奏与韵律——跳跃的音符
多个拱形在一个方向重复由于拱的高度时高时低从而形成跳跃的感觉，给人以鲜明的节奏感。比如古罗马输水道就是很多拱形进行重复形成一种韵律。
4光与影——月光下的斑驳
在建筑师卡拉特拉瓦对拱结构的表现上最能体现光影的变化与交织。他利用细长拉杆的排列形成丰富的光影变化。同时，密密麻麻的出挑构件仿佛鸟类的羽翼或是动物的骨骼，为了突出光影，它的建筑一般都是白色，在阳光下清新明媚。
5、框景——山月在心间
拱体与地面或者支撑的物件之间的巨大空隙可以刻意的设计成框住景物的空间，而拱则起景框的作用。框的景可以是一轮新月、一座山头，从而形成人造物与自然的对话共生。
6、主从——天生完美
由于正常的拱形都是中间高两边低，所以很自然最高点就成为视觉中心。多组拱形的组合中，利用对称也能够起到突出中心的效果，从而自然的强调主要空间的位置。这样就不会使人感到平淡、松散，从而失掉统一性。
7、微差——曼妙的舞蹈
建筑要素之间存在着差异，对比是显著的差异，微差则是细微的差异。如果说拱体系建筑中有实与虚、粗与细、直与曲等的对比。那么由于拉杆的长度不同、位置的差异、角度的变化等就会形成微小的差异。微差起到了调和缓冲的作用。
8、稳定——另一种思维
如果把图底关系转变一下，拱体与地面之间会形成一个类半圆的空间。把这一空间看作研究对象，那么就形成了左右对称、下重上轻的传统均衡与稳定关系。
小结：
拱结构有着自身的特点，在设计中应该寻求和它相适应的功能空间。建筑师也应该建立起不同结构形式的概念，从而能有更多的选择空间并通过比较选出最佳方案。相对于框架结构的表达方式，如柯布西耶提出的新建筑五点。拱体系建筑应该有适应于其材料、力学性能的外在形式。在这方面所拥有的经验还不是很多，为此我们应进行一番求索。甚至还可以从拱体系与文脉、生态、人文、历史等的结合来考究，从而形成拱结构建筑的理论体系。
参考文献：
[1]彭一刚.建筑空间组合论[M].中国建筑工业出版社，2008.
[2]龙驭球.结构力学[M].高等教育出版社,1980.
[3]裘柏永.桥梁工程[M].中国铁道出版社,2001.
姓名：马心成 单位：长安大学建筑学院邮编：710061
民族：汉 籍贯：安徽淮北
学历：硕士研究生 研究方向：建筑设计及其理论
姓名 王若晨 单位 长安大学建筑学院 邮编 710061
出生年月 1988.05.13性别 男 民族 汉 籍贯河南长葛
学历 硕士研究生研究方向 建筑设计及其理论
关键词：空间、形式、拱、力学、材料、桥梁
Abstract: the arch structure can theoretically do only under pressure, this can make full use of the compressiveproperties of materials, and at the same time it can span a larger distance. For some form of construction, arch structure becomes more suitable. For the arch structureformation of architectural space has made certain contribution some architects, such as Spanish architect Santiago Calatrava adept at the use of arch structure, Italy architect Nervi is good at using the barrel vault, dome.Many excellent structure, this article tries to narrowbuildings and bridges, trying to be inspired and bridge as a starting point for the exploration of arch and arch systemhow to form the utility of architectural space andreasonable in the form of possible way.
Keywords: space, form, arch, mechanics, materials, bridge
中图分类号： TU2 文献标识码：A文章编号：2095-2104（2013）
一、空间的形成
拱结构是一种主要承受轴向压力并由两端推力维持平衡的曲线或折线形构件。拱结构比桁架结构具有更大的力学优点。在外荷作用下，拱主要产生压力，使构件摆脱了弯曲变形。如用抗压性能较好的材料去做拱，正好发挥材料的性能。不过拱结构支座会产生水平推力，跨度大时这个推力也大，要对付这个推力仍是一桩麻烦而又耗费材料之事。平衡拱的水平推力，可采取下面的几种结构处理方法：
1.利用地基基础直接承受水平推力 ；
⒉利用侧面框架结构承受水平推力；
⒊利用拉杆承受水平推力。
力学求解
三铰拱为静定结构，其内力可通过静力平衡方程求出。双铰拱和无铰拱属于有多余约束的超静定结构，其内力不能通过静力平衡方程求出，必须借助位移、变形等条件求解。
平面拱形成空间的支撑形式有上承式拱、中承式拱、下承式拱。由支撑形式对形成建筑空间的联想：
1、上承式拱常见于传统的桥梁如赵县安济桥、南方水乡的一些小桥。其与房屋建筑想联系时考虑到上部空间与拱联系处有大量倾斜面的出现影响使用，所以考虑把主要的使用空间放在拱的下方，在拱上方布置次要空间。例如新建成的石家庄火车站可能就是安济桥的变形，利用一系列的连续拱并通过立柱支撑起平屋顶。其拱下空间可以作为火车的通道、候车厅等功能使用。
2、桥面系设置在桥跨主要承重结构中部的桥梁，称为中承式桥。中承式桥是中承式拱的常见形式，如巫山长江大桥。在建筑领域西班牙建筑师圣地亚哥·卡拉特拉瓦的作品中经常出现拱的形象。他设计的雅典奥运会主场馆就是中承式拱的形象。利用两根较大的拱和两根较小的拱支撑起一个可以开合的屋顶。它的主要使用空间在被吊起的屋顶下方，而拱与吊杆的结合又形成了丰富的光影效果和韵律感。
3、下承式拱是大多数现代大跨拱桥的形式,其矢高较大，在桥梁方面可能是缺点。但在建筑中可以利用吊杆悬挂起大量的建筑构件从而形成实用的建筑空间。
4、支撑形式的合理结合。比如说形成上承下系的形式。拱下方利用系杆吊起下面的建筑构件围合成建筑空间，拱上方又可同时承托建筑空间。
利用以上的几种形式可以变化出无数种拱与拱之间的不同组合与变形。
二、形式的表达
1、比例与尺度——找寻那道虹
所选用材料的力学性能决定了矢高与跨度合理的比例与尺度范围。最终目标是寻找平衡于最佳拱轴线与功能之间的合理比例关系，从而确定拱轴线。吊杆的直径、间距、长度、方向可以根据选用材料、周围环境、设计意图确定。最终形成单个拱的统一、重点突出的形象。
2、对比与协调——直与曲的舞蹈
显然在拱体系中，主拱是曲的元素，拉杆和吊杆是直的元素。直与曲形成鲜明的对比，在天空的背景下简洁、明快、清新、有力。除此之外还有实与虚的对比，比如主拱较粗壮是实体而拉杆之间的空隙则是虚体。不同位置的拉杆在长度、倾斜方向有差异，这就形成了长短、方向的对比。
3、节奏与韵律——跳跃的音符
多个拱形在一个方向重复由于拱的高度时高时低从而形成跳跃的感觉，给人以鲜明的节奏感。比如古罗马输水道就是很多拱形进行重复形成一种韵律。
4光与影——月光下的斑驳
在建筑师卡拉特拉瓦对拱结构的表现上最能体现光影的变化与交织。他利用细长拉杆的排列形成丰富的光影变化。同时，密密麻麻的出挑构件仿佛鸟类的羽翼或是动物的骨骼，为了突出光影，它的建筑一般都是白色，在阳光下清新明媚。
5、框景——山月在心间
拱体与地面或者支撑的物件之间的巨大空隙可以刻意的设计成框住景物的空间，而拱则起景框的作用。框的景可以是一轮新月、一座山头，从而形成人造物与自然的对话共生。
6、主从——天生完美
由于正常的拱形都是中间高两边低，所以很自然最高点就成为视觉中心。多组拱形的组合中，利用对称也能够起到突出中心的效果，从而自然的强调主要空间的位置。这样就不会使人感到平淡、松散，从而失掉统一性。
7、微差——曼妙的舞蹈
建筑要素之间存在着差异，对比是显著的差异，微差则是细微的差异。如果说拱体系建筑中有实与虚、粗与细、直与曲等的对比。那么由于拉杆的长度不同、位置的差异、角度的变化等就会形成微小的差异。微差起到了调和缓冲的作用。
8、稳定——另一种思维
如果把图底关系转变一下，拱体与地面之间会形成一个类半圆的空间。把这一空间看作研究对象，那么就形成了左右对称、下重上轻的传统均衡与稳定关系。
小结：
拱结构有着自身的特点，在设计中应该寻求和它相适应的功能空间。建筑师也应该建立起不同结构形式的概念，从而能有更多的选择空间并通过比较选出最佳方案。相对于框架结构的表达方式，如柯布西耶提出的新建筑五点。拱体系建筑应该有适应于其材料、力学性能的外在形式。在这方面所拥有的经验还不是很多，为此我们应进行一番求索。甚至还可以从拱体系与文脉、生态、人文、历史等的结合来考究，从而形成拱结构建筑的理论体系。
参考文献：
[1]彭一刚.建筑空间组合论[M].中国建筑工业出版社，2008.
[2]龙驭球.结构力学[M].高等教育出版社,1980.
[3]裘柏永.桥梁工程[M].中国铁道出版社,2001.
姓名：马心成 单位：长安大学建筑学院邮编：710061
民族：汉 籍贯：安徽淮北
学历：硕士研究生 研究方向：建筑设计及其理论
姓名 王若晨 单位 长安大学建筑学院 邮编 710061
出生年月 1988.05.13性别 男 民族 汉 籍贯河南长葛
学历 硕士研究生研究方向 建筑设计及其理论