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摘要:本文主要闡述了何為仿古建筑以及仿古建筑的特點,如何利用鋼筋混凝土結構來實現古建筑中的各個節點和構件,在仿古建筑的結構設計時應著重考慮的節點。
關鍵詞:仿古建筑;蘇式古建;結構設計
Abstract: this article mainly expounds the antique buildings and what is the characteristics of antique buildings, how to use the reinforced concrete structure to achieve the ancient buildings each node and the component, the structure design of antique buildings should focus on the consideration of node.
Keywords: antique buildings; Su shi the lachlan Macquarie; Structure design
中圖分類號:S611文獻標識碼:A 文章編號:
1.仿古建筑的概念和特點
中國是世界文明古國之一。古代中國建筑和古代埃及建筑、古代西亞建筑、古代印度建筑、古代愛琴海建筑、古代美洲建筑并列為世界古老建筑的六大組成。中國建筑文化歷史悠遠,形成獨特,建筑物造型優美,結構嚴謹,宏偉中不失細膩,莊嚴中不失優雅。而“仿古建筑”一詞正式起源于20世紀50年代,但直到上世紀末學術界在理論上的探討, 褒貶不一, 可以說它經歷了一個坎坷不平的產生發展和成熟的過程?!胺鹿沤ㄖ迸c古建筑幾乎相同, 但它已經完全脫離了具體型式的案臼, 如果僅停留在型式上的理解, 那么對傳統建筑的因襲照搬就在所難免, 也是對仿古建筑形式的偏見。所以說對“仿古建筑”一詞全面和準確的表述是模仿古建筑設計的外在表現形式。
仿古建筑形式有廣義和狹義之分, 廣義的仿古建筑形式是指利用現代建筑材料或傳統建筑材料, 對古建筑形式進行符合傳統文化特征的再創造狹義的仿古建筑形式是指利用傳統建筑材料, 在特定范圍內對古建筑的復原,嚴格講屬于文物修復范疇, 本文所論及的只是廣義的仿古建筑形式。通俗點講既是用現代的施工工藝體現古代建筑的外形,而我們知道的由于古代建筑材料和理論的局限性,古建筑并不存在高層結構;故而現今的仿古建筑也以單層和多層為主。眾所周知,現代多層建筑多為砌體結構和框架結構。所以鋼筋混凝土結構的應用在仿古建筑中占據主導地位。
中國古代建筑特點體現在使用木材作為主要建筑材料,并保持構架制原則。為了保護木材,表面需加油漆,在長期的發展演變中,中國古代建筑形成獨具特色的彩畫制度,令世人嘆為觀止。鑒于木結構的耐火性很差且使用周期短,在現今建筑中已經不提倡使用;而構架制的結構形式和現在的鋼筋混凝土框架結構極為相似:傳力途徑明確,主體的承重結構和圍護結構分開。這就說明框架結構是最能體現古建筑精髓的結構形式。這也為室內空間的靈活布局創造了條件。中國古代建筑中,常用多種多樣的罩、掛落、隔扇、屏等自由靈活地分隔室內空間。但彩畫制度這一形式在現今的鋼筋混凝土結構中也只能通過外貼或噴繪等裝修手段才能達到。
中國古代建筑創造并使用斗拱結構形式,斗拱是中國古代建筑體系中所特有的形制,它既是梁和柱之間傳遞荷載以及承擔抗震作用的結構構件,又以其自身優美、華麗的造型而成為建筑的主要裝飾構件。集結構功能與裝飾功能與一體的精華所在。隨著現代結構形式及建筑材料的發展,斗拱這一重要的結構構件應用在仿古建筑中時已經失去了原有的實質作用而僅僅作為一種具有觀賞性的裝飾構件。但是它作為古建筑的代表性構件是不可或缺的。
中國古代建筑組群大多以庭院為組合單位:單體建筑沿周邊布置,圍合成中間的庭院。這樣的庭院整體風格是內向的:內部開敞而富于變化,外觀較封閉。按照中國的封建禮制觀念,庭院強調中軸對稱布局,以突出主體建筑,并求得整體的平衡。正是由于這種理念,古代建筑的單體建筑形式也是高度統一,無論是宮殿、寺廟、住宅等,不論其規模大小,外觀體形皆由臺基、屋身和屋頂三部分組成。這些特點難免單調,也在一定程度上限制的古建筑的多樣性,而古代建筑師則從建筑組群沿軸線作多層次的縱身布局,從而使庭院變化豐富多彩的。
而在古代園林的設計中這些特點并不明顯,原因是中國古代園林建筑以“師法自然”為原則,極盡自由靈活之能事。這才有了現在我們熟知的各式園林。
2.仿古建筑在現代工藝中的設計要點
正因為古建筑擁有以上特點,所以在仿古建筑中應盡可能的以現在工藝的手段實現以上特點。中國古建筑中以明清時期的蘇式園林古建最具代表性,也最為人們熟知;所以在仿古建筑形式中以仿明清蘇式古建為主。
古建筑的主受力構件大體可分為:柱、梁、桁、檁、椽。傳力方向為:屋面椽檁桁梁柱;途徑明確,受力簡單。而古建中的梁均為簡支梁,這對建筑物的抗震是很不利的,所以斗拱這一構件就誕生了;但在鋼筋混凝土結構框架中梁與柱均為剛結,梁承擔抗震作用,從而架空了斗拱這一構件;而現在屋面工程大部分采用現澆整體式,所以檁、椽等構件也成為非必須構件,可以取消。這樣會對外立面產生影響,所以仿古建筑的屋面工程成為整個工程中關鍵的節點。
我國古代建筑的屋頂式樣非常豐富,變化多端。等級低者有硬山頂、懸山頂,等級高者有廡殿頂、歇山頂。此外,還有攢尖頂、卷棚頂,以及扇形頂、盔頂、盝頂、勾連搭頂、平頂、穹窿頂、十字頂等特殊的形式。廡殿頂、歇山頂、攢尖頂等又有單檐,重檐之別,攢尖頂則有圓形、方形、六角形、八角形等變化形式。而在這些形式當中又以歇山頂的應用在蘇式建筑中最為廣泛。 “歇山”是清式叫法,在清代之前它又有“曹殿”、“漢殿”、“廈兩頭造”等不同名稱。歇山式屋頂有一條正脊、四條垂脊和四條戧脊。歇山頂屋頂在兩側山墻處,不再像硬山式和懸山式那樣,山墻是由正脊處向下垂直一線。歇山式屋頂的正脊比兩端山墻之間的距離要短,因而歇山式屋頂是在上部的正脊和兩條垂脊形成一個三角形的垂直區域,稱為“山花”。在山花之下是梯形的屋面講正脊兩端的屋頂覆蓋。在古建筑中屋面結構多為木、瓦等輕質材料,兩條垂脊相對荷載較小。而現代建筑中的鋼筋混凝土屋面自重較大設計時應在四條垂脊和四條戧脊處設梁建立可靠支撐從而明確山花部位屋面的傳力途徑。這和古建木作中的“桃尖順梁”有著異曲同工之妙。而由于現代工藝取消了椽,“飛椽”這一形式只能通過混凝土的可塑性強這一特點來實現。
古建筑中梁支撐桁進而支撐屋面,而現今對進深要求不大的建筑可以將平梁更改為隨坡面的折梁,這不但減少了工程造價,也可相對增加整個建筑物的室內高度,不會有壓迫感。而梁跨度較大時,例如寺廟等需要內部空間較大,結構內部不宜設置柱;如使用折梁則會對邊柱產生側向的水平推力,而古建筑的柱截面形式多采用圓柱,所以不能通過改變柱截面的方法來抵抗水平力,聯想到一般明清時蘇式園林建筑大多有外廊,可將外廊作為建筑物的一部分,由外廊柱與結構邊柱用大梁連接共同抵抗屋面折梁傳遞給柱子的水平推力,這樣就解決了柱子同時承受三項應力的不利受力狀態。
雖說古建中的各式“飛檐”、“望角”等復雜且精細的裝飾構件通過混凝土來實現是對施工工藝的考驗,但蘇式仿古建筑最關鍵的難點還并不在結構本身,而是仿古建筑的節能。蘇式古建講究的是明亮、通透。需要相對較大的窗口,這在北方很多城市規范要求的開窗面積和傳熱系數等都是不滿足的,這回在設計和施工中造成了很大程度上的困擾。這就需要相關的規范在這些方面進行一些特殊的要求。
3.小結
總而言之,古建筑是中國傳統建筑精華的凝聚,是標示各個時期中國建筑史的里程碑,我們應繼承和發揚古建筑設計中的優秀理念,將仿古建筑做到形神兼備,從而傳承中國古典文化和歷史底蘊。繼往開來,為現代建筑事業的發展壯大做出應有的貢獻。
參考文獻:
[1]李劍平《關于仿古建筑形式的思考》學術論壇 2010.07
[2]羅哲文《中國古代建筑》上海古籍出版社 2001.12
關鍵詞:仿古建筑、建筑樣式、結構形式、抗震設計
1.引言
在我國建筑史中將清代以前的建筑稱為古建筑,古建筑以其宏偉的氣勢,合理完善的結構,華麗的裝修為世人所矚目。在世界建筑史上堪稱獨樹一幟的建筑體系,也是世界建筑史上的一朵奇葩,但是由于戰爭、地震等一系列人為或自然災害的因素影響下,使我國古建筑保留甚少,而仿古建筑作為古建筑藝術與現代科學技術的結合的產物,不僅繼承了古建筑造型優美、氣勢恢宏的特點,而且還增強了結構抗災害能力和耐久性、并使其結構類型得到了很大的發展。這些特點使得仿古建筑行業近年來如雨后春筍得到了飛速的發展。
2.仿古建筑的建筑樣式
2.1仿古建筑樣式的發展
仿古建筑在建筑形式上較為忠實地模仿傳統建筑,并保證建筑外觀基本反映傳統建筑的主要特征。在材料和施工技術上則使用了大量的現代科技。
仿古建筑的樣式根據幾千年來古建筑的發展而來,傳統的古建筑是隨著古代文化的不斷進步演變而來。傳統的古建筑可以追溯到六、七千年前的古代人就出現了用木棍、泥草建造出簡單的穴居和淺穴居,而且在這時已經出現的“榫卯”結構。隨著科學以及文化的進步在漢唐時期傳統古建筑發展達到了第一次盛世,出現了大規模的建筑群,屋頂的樣式極大的豐富,也出現了“斗拱”結構。然而在這之后一直沒有像漢唐時期的大規模建筑群,但是由于科技的發展,傳統古建筑在造型上更加細膩、美觀,而且融入了大量印度、西亞的建筑風格。到了明清時期是傳統古建筑的鼎盛時期,由于國家的實力以及科學技術的發展都達到了較高的水平,這一時期的建筑在規模以及樣式上都達到了一個新的歷史水平。
2.2仿古建筑樣式的分類
仿古建筑繼承了幾千年來古建筑的發展到現在根據建筑樣式可以分為硬山、懸山、歇山、廡殿、攢尖五種基本形式。
硬山是指屋面僅有前后兩坡,左右兩側山墻與屋面相交,并將檁梁全部封砌在山墻內的建筑叫硬山建筑。硬山建筑是古建筑中最普通的形式,無論住宅、園林、寺廟中都有大量的這類建筑。
懸山是指屋面有前后兩坡,而且兩山屋面懸于山墻或山面屋架之外的建筑,稱為懸山(亦稱挑山)式建筑。
歇山是指屋面前后左右四個坡面,在左右坡面上各有一個垂直面,故而交出九個脊,又稱九脊殿或漢殿,曹殿,這種屋頂多用在建筑性質較為重要,體量較大的建筑上。
廡殿是指殿建筑屋面有四大坡,前后坡屋面相交形成一條正脊,兩山屋面與前后屋面相交形成四條垂脊,故廡殿又稱四阿殿、五脊殿,是中國古代建筑中至高無上的建筑形式。
攢尖平面為圓形或多邊形,上為錐形的屋頂,沒有正脊,有若干屋脊交于上端。一般亭、閣、塔常用此式屋頂。
3.仿古建筑結構形式
仿古建筑是運用傳統營造法則與現代施工技術與材料技術的完美結合,從而使得仿古建筑不但再現了古建筑的文化特征更使其抗震性能與耐久性有何很大的提高。根據建筑材料的分類仿古建筑不但繼承了古建筑中的木結構與砌體結構并衍生出抗震性能優越的鋼筋混凝土結構與鋼結構,下面將對這幾種結構進行簡單的介紹。
3.1 木結構
木結構是指以木材為主要受力體系的工程結構。與其它材料建造的結構相比,木結構具以下一些優點:木材資源再生產容易;木材具有較好的保溫隔熱性能;由于其紋理自然具有很強的親和力;木構件制作、施工方便;由于自重輕且所以具有較好的抗震性能;木結構的具有較好的塑性、韌性。但是木結構也有一些致命缺點:木材容易腐蝕,易受蟲害,木結構的防火性能較差;木結構的各向異性個方向上的各項強度差別較大。
3.2砌體結構
砌體結構是磚砌體、砌塊砌體、石砌體的總稱。因為仿古建筑大量使用的是磚和石頭砌筑,所以一般簡稱為磚石結構。
磚石結構仿古建筑具有就地取材、成本較低、耐火、隔熱、隔聲性能好以及施工方便等特點,而且磚石作為建筑材料有較高的抗壓能力使結構的承載力提高。但磚石結構也存在許多缺點:由于磚石的體積大、自重大砌筑用的砂漿粘結力較弱因此結構的抗拉、抗彎、抗剪性能較低,抗震性能差;磚石一般體積大、自重大所以材料不易運輸生產率較低。
3.3鋼筋混凝土結構
鋼筋混凝土結構仿古建筑是指仿古建筑的主要結構構件為鋼筋混凝土材料建造的仿古建筑結構。由于鋼筋混凝土結構有較好的整體性、可模性、耐久性及耐火性而且其工程造價較低所以是仿古建筑中使用最為廣泛的一種結構形式。
鋼筋混凝土可以根據需要澆注成各種仿古結構構件,能夠較好的重現古建筑的外形,鋼筋混凝土材料易于運輸,建造成本較低,建好后具有良好的耐久性、耐火性、抗震性。
3.4鋼結構
鋼結構仿古建筑是指仿古結構構件是由熱軋型鋼、鋼板或冷加工成型的薄壁型鋼制造而成的仿古建筑結構。鋼結構的特點主要有:材料強度高、韌性和塑性好;制造施工簡便,施工周期短;鋼結構質量輕,有較好的抗震性能;鋼材材質均勻,符合力學計算的假定;可重復利用,符合可持續發展的要求。但鋼結構的耐腐蝕性差、耐熱不耐火、造價成本高使得鋼結構在仿古建筑應用中有許多局限性。
4.仿古建筑結構的抗震設計理論
仿古建筑在結構的抗震設計時設計人員通過對工程實際經驗的總結提出了“小震不壞,中震可修,大震不倒”的三水準的設防標準,這是為了保證人們生命安全同時兼顧經濟節約的設計原則,以概率論為基礎提出的設計方法。 第一水準是考慮多遇地震,結構在使用期間,遭遇這類強度較低的地震頻率較高。在遭遇這類地震時結構應當不損壞且不需要修理,這就要求結構在遭遇這類地震下應處于彈性狀態,可以假定服從線性彈性理論,用彈性反應譜進行結構的地震作用計算,截面設計應滿足承載力要求,并控制結構彈性變形符合要求。第二水準是考慮基本烈度設防地震,結構在遭遇基本烈度的地震作用時,允許整體結構達到或超過屈服極限,產生一定的彈塑性變形(這時鋼筋混凝土結構會產生裂縫),結構依靠自身的塑性變形消耗地震產生的能量,從而使結構可以保存下來,經過維修結構依然可以使用。在這類地震作用下,結構的抗震設計應考慮結構的彈塑性變形。第三水準是考慮罕遇地震在罕見強烈地震作用下,結構進入較大的彈塑性變形狀態,部分結構破壞,但應避免結構的整體倒塌,保證生命安全,在罕遇地震的作用下結構抗震設計則完全是為了防止結構倒塌的設計。
5.仿古建筑的設計方法
古建筑的設計及施工主要以不斷積累的經驗、方法為主。仿古建筑在設計要做到神形兼備,就必須按照古建筑結構形式及尺寸模數進行設計。然后根據現代現行的抗震規范進行計算、設計保證結構的可靠性及安全性。最后運用現代計算機技術進行建模、計算分析。只有這樣才能保證仿古建筑既滿足古建筑的外觀樣式又能滿足現代結構的抗震以及安全需要。在仿古建筑設計最開始時,設計人員根據建筑的作用、整體美觀效果來確定仿古建筑的屋面形式、外形尺寸、屋面舉折情況等,然后根據仿古建筑的建筑模數確定各構件的幾何尺寸將整體結構的建筑模型確定下來,最后根據簡化結構模型計算,并用計算機對結構進行內力驗算,復核各結構構件是否滿足承載力以及抗震需要。
6.結束語
仿古建筑沿用了傳統古建筑的樣式,采用現代先進的設計、施工、材料技術,使得仿古建筑既能展現傳統古建筑的宏偉氣勢,有具有現代結構的可靠性、安全性。這是將傳統文化與現代先進技術的完美結合,相信隨著經濟文化的發展仿古建筑的使用將更為廣泛,所以仿古建筑必然會在建筑領域獲得光明的前景。
參考文獻
由于建筑群落存在潛在的垮塌風險,已經不能滿足文物建筑日常的使用及安全,結合市政府全面整治保護歷史街區,恢復文物建筑原有的歷史風貌,因此需對該街區建筑進行有效的修繕維護。在修復工程中采用的原則是修舊如舊,盡量保持原有的形制及結構,盡量保證本體原料不變,堅持運用傳統工藝施工,保持文物與本體環境的協調。這次修復的主要是院落群中的27號院,27號院修復工程包含原楊愛源公館(四合院)和西跨院(舊警察所),現修復方案按兩院合并考慮,整體實施。修復后布局為四合院+西跨院。正房為兩層帶檐廊(柱式),東西廂房為二層挑檐廊(垂花),南房為一層半挑廊(假);西跨院北屋為兩層,南屋為一層半;其中四合院一進院東西廂房同為兩層但不做檐廊,二進院東西廂房二層通過穿山廊與正房檐廊相連。
二修復過程中所考慮到的防火設計
要求對于古建筑而言,由于采用了木質梁柱、木屋架,火災荷載高于現行的國家標準規定的火災負荷量,起火后對建筑的危險非常大。古建筑中的木材,歷經幾十年、上百年的風干,材料的含水率很低,在一定程度上形成干材,因此極易燃燒。一旦起火,火勢將沿著整棟建筑的柱、梁直至屋頂而燃燒起來。古建筑的梁、柱、椽等構件,表面積大,木材的裂縫和拼接的縫隙多,大多數通風條件比較好,發生火災后火勢蔓延快,燃燒猛烈,極易形成立體燃燒。
1耐火等級的設定
古建筑多采用木質結構,其耐火等級低,多為三、四級。所以當我們在做修復工程的時候對于防火方面不能把標準定位過低,古建筑的使用時間少則幾十年,多則幾百年??紤]到院落舊址所在地塊界限尺寸有限,加大防火間距勢必破壞建筑群的整體性,因此我們將建筑的耐火等級定為二級,等同于目前低層商業及多層建筑的耐火等級要求,東西房與兩個正房的防火間距均為6m以上,這樣在保證了整體的同時也滿足防火要求。
2建筑防火分區的設定
現代建筑防火分區的劃分是防火安全體系最重要的基礎,也是防止火災蔓延以及人員疏散的安全保證,是保證結構安全的樞紐。因此,通過火災危險性的分析我們對27號院落中根據實際的距離大小來劃分防火空間,形成物理性的防火分隔,再以此空間的間隔,規劃設置各項防火措施及設備,達到防火安全目的。在27號院落里面的兩個正樓一、二層建筑面積為100m2~200m2左右,按照現在的防火標準可設為一個防火分區。在樓下均設有一層地下室,我們將每個地下室劃分為不大于500m2兩個防火分區,并且每個防火分區中均設有直通室外的疏散樓梯和垂直疏散口,以此來符合現在制定的防火設計規范和要求。在地下室建筑組團西側和南側均設有消防車道,在西跨院和四合院設計有室外消火栓,每個房間配置兩個干粉滅火器。這樣在防火設備上就含有移動和固定兩種滅火設備。
3建筑材料的使用
古建筑原先所使用的材料很難達到現在的防火規范標準。對于古建筑的修復,首先在保證結構的安全和堅固的基礎上,所使用的材料還要采用必要的防火措施來滿足疏散和救火的要求。原有27號院落群的主體建筑采用的是磚木材料,根據多方探討和研究決定在修復院落群建筑原貌的同時要積極運用現今成熟的工程技術和材料做法,因此院落的主要屋面和樓板采用基底材料,墻體基底則選用現澆鋼筋混凝土和加氣混凝土砌塊,這些材料的使用使得整座院落的耐火性能基本達到現今砌體建筑的水平,同時在建筑里還砌筑有砌至梁底的防火墻,并在木構件的表面涂刷防火涂料,從而為發生火災時人員的安全疏散和救火留有一定時間。為保障安全疏散過程中人員的安全和盡量地延長逃生時間,在建筑中設置防火門成為必備的逃生和防火設施。會館建筑里設置有雙扇乙級防火門,管井門為丙級防火門。
三結語