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摘要:本文主要阐述了何为仿古建筑以及仿古建筑的特点,如何利用钢筋混凝土结构来实现古建筑中的各个节点和构件,在仿古建筑的结构设计时应着重考虑的节点。
关键词:仿古建筑;苏式古建;结构设计
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.
夜上海论坛 Keywords: antique buildings; Su shi the lachlan Macquarie; Structure design
夜上海论坛 中图分类号:S611文献标识码:A 文章编号:
1.仿古建筑的概念和特点
中国是世界文明古国之一。古代中国建筑和古代埃及建筑、古代西亚建筑、古代印度建筑、古代爱琴海建筑、古代美洲建筑并列为世界古老建筑的六大组成。中国建筑文化历史悠远,形成独特,建筑物造型优美,结构严谨,宏伟中不失细腻,庄严中不失优雅。而“仿古建筑”一词正式起源于20世纪50年代,但直到上世纪末学术界在理论上的探讨, 褒贬不一, 可以说它经历了一个坎坷不平的产生发展和成熟的过程。“仿古建筑”与古建筑几乎相同, 但它已经完全脱离了具体型式的案臼, 如果仅停留在型式上的理解, 那么对传统建筑的因袭照搬就在所难免, 也是对仿古建筑形式的偏见。所以说对“仿古建筑”一词全面和准确的表述是模仿古建筑设计的外在表现形式。
仿古建筑形式有广义和狭义之分, 广义的仿古建筑形式是指利用现代建筑材料或传统建筑材料, 对古建筑形式进行符合传统文化特征的再创造狭义的仿古建筑形式是指利用传统建筑材料, 在特定范围内对古建筑的复原,严格讲属于文物修复范畴, 本文所论及的只是广义的仿古建筑形式。通俗点讲既是用现代的施工工艺体现古代建筑的外形,而我们知道的由于古代建筑材料和理论的局限性,古建筑并不存在高层结构;故而现今的仿古建筑也以单层和多层为主。众所周知,现代多层建筑多为砌体结构和框架结构。所以钢筋混凝土结构的应用在仿古建筑中占据主导地位。
夜上海论坛 中国古代建筑特点体现在使用木材作为主要建筑材料,并保持构架制原则。为了保护木材,表面需加油漆,在长期的发展演变中,中国古代建筑形成独具特色的彩画制度,令世人叹为观止。鉴于木结构的耐火性很差且使用周期短,在现今建筑中已经不提倡使用;而构架制的结构形式和现在的钢筋混凝土框架结构极为相似:传力途径明确,主体的承重结构和围护结构分开。这就说明框架结构是最能体现古建筑精髓的结构形式。这也为室内空间的灵活布局创造了条件。中国古代建筑中,常用多种多样的罩、挂落、隔扇、屏等自由灵活地分隔室内空间。但彩画制度这一形式在现今的钢筋混凝土结构中也只能通过外贴或喷绘等装修手段才能达到。
中国古代建筑创造并使用斗拱结构形式,斗拱是中国古代建筑体系中所特有的形制,它既是梁和柱之间传递荷载以及承担抗震作用的结构构件,又以其自身优美、华丽的造型而成为建筑的主要装饰构件。集结构功能与装饰功能与一体的精华所在。随着现代结构形式及建筑材料的发展,斗拱这一重要的结构构件应用在仿古建筑中时已经失去了原有的实质作用而仅仅作为一种具有观赏性的装饰构件。但是它作为古建筑的代表性构件是不可或缺的。
夜上海论坛 中国古代建筑组群大多以庭院为组合单位:单体建筑沿周边布置,围合成中间的庭院。这样的庭院整体风格是内向的:内部开敞而富于变化,外观较封闭。按照中国的封建礼制观念,庭院强调中轴对称布局,以突出主体建筑,并求得整体的平衡。正是由于这种理念,古代建筑的单体建筑形式也是高度统一,无论是宫殿、寺庙、住宅等,不论其规模大小,外观体形皆由台基、屋身和屋顶三部分组成。这些特点难免单调,也在一定程度上限制的古建筑的多样性,而古代建筑师则从建筑组群沿轴线作多层次的纵身布局,从而使庭院变化丰富多彩的。
而在古代园林的设计中这些特点并不明显,原因是中国古代园林建筑以“师法自然”为原则,极尽自由灵活之能事。这才有了现在我们熟知的各式园林。
2.仿古建筑在现代工艺中的设计要点
夜上海论坛 正因为古建筑拥有以上特点,所以在仿古建筑中应尽可能的以现在工艺的手段实现以上特点。中国古建筑中以明清时期的苏式园林古建最具代表性,也最为人们熟知;所以在仿古建筑形式中以仿明清苏式古建为主。
夜上海论坛 古建筑的主受力构件大体可分为:柱、梁、桁、檩、椽。传力方向为:屋面椽檩桁梁柱;途径明确,受力简单。而古建中的梁均为简支梁,这对建筑物的抗震是很不利的,所以斗拱这一构件就诞生了;但在钢筋混凝土结构框架中梁与柱均为刚结,梁承担抗震作用,从而架空了斗拱这一构件;而现在屋面工程大部分采用现浇整体式,所以檩、椽等构件也成为非必须构件,可以取消。这样会对外立面产生影响,所以仿古建筑的屋面工程成为整个工程中关键的节点。
我国古代建筑的屋顶式样非常丰富,变化多端。等级低者有硬山顶、悬山顶,等级高者有庑殿顶、歇山顶。此外,还有攒尖顶、卷棚顶,以及扇形顶、盔顶、盝顶、勾连搭顶、平顶、穹窿顶、十字顶等特殊的形式。庑殿顶、歇山顶、攒尖顶等又有单檐,重檐之别,攒尖顶则有圆形、方形、六角形、八角形等变化形式。而在这些形式当中又以歇山顶的应用在苏式建筑中最为广泛。 “歇山”是清式叫法,在清代之前它又有“曹殿”、“汉殿”、“厦两头造”等不同名称。歇山式屋顶有一条正脊、四条垂脊和四条戗脊。歇山顶屋顶在两侧山墙处,不再像硬山式和悬山式那样,山墙是由正脊处向下垂直一线。歇山式屋顶的正脊比两端山墙之间的距离要短,因而歇山式屋顶是在上部的正脊和两条垂脊形成一个三角形的垂直区域,称为“山花”。在山花之下是梯形的屋面讲正脊两端的屋顶覆盖。在古建筑中屋面结构多为木、瓦等轻质材料,两条垂脊相对荷载较小。而现代建筑中的钢筋混凝土屋面自重较大设计时应在四条垂脊和四条戗脊处设梁建立可靠支撑从而明确山花部位屋面的传力途径。这和古建木作中的“桃尖顺梁”有着异曲同工之妙。而由于现代工艺取消了椽,“飞椽”这一形式只能通过混凝土的可塑性强这一特点来实现。
夜上海论坛 古建筑中梁支撑桁进而支撑屋面,而现今对进深要求不大的建筑可以将平梁更改为随坡面的折梁,这不但减少了工程造价,也可相对增加整个建筑物的室内高度,不会有压迫感。而梁跨度较大时,例如寺庙等需要内部空间较大,结构内部不宜设置柱;如使用折梁则会对边柱产生侧向的水平推力,而古建筑的柱截面形式多采用圆柱,所以不能通过改变柱截面的方法来抵抗水平力,联想到一般明清时苏式园林建筑大多有外廊,可将外廊作为建筑物的一部分,由外廊柱与结构边柱用大梁连接共同抵抗屋面折梁传递给柱子的水平推力,这样就解决了柱子同时承受三项应力的不利受力状态。
虽说古建中的各式“飞檐”、“望角”等复杂且精细的装饰构件通过混凝土来实现是对施工工艺的考验,但苏式仿古建筑最关键的难点还并不在结构本身,而是仿古建筑的节能。苏式古建讲究的是明亮、通透。需要相对较大的窗口,这在北方很多城市规范要求的开窗面积和传热系数等都是不满足的,这回在设计和施工中造成了很大程度上的困扰。这就需要相关的规范在这些方面进行一些特殊的要求。
3.小结
夜上海论坛 总而言之,古建筑是中国传统建筑精华的凝聚,是标示各个时期中国建筑史的里程碑,我们应继承和发扬古建筑设计中的优秀理念,将仿古建筑做到形神兼备,从而传承中国古典文化和历史底蕴。继往开来,为现代建筑事业的发展壮大做出应有的贡献。
参考文献:
[1]李剑平《关于仿古建筑形式的思考》学术论坛 2010.07
[2]罗哲文《中国古代建筑》上海古籍出版社 2001.12
关键词:仿古建筑、建筑样式、结构形式、抗震设计
1.引言
夜上海论坛 在我国建筑史中将清代以前的建筑称为古建筑,古建筑以其宏伟的气势,合理完善的结构,华丽的装修为世人所瞩目。在世界建筑史上堪称独树一帜的建筑体系,也是世界建筑史上的一朵奇葩,但是由于战争、地震等一系列人为或自然灾害的因素影响下,使我国古建筑保留甚少,而仿古建筑作为古建筑艺术与现代科学技术的结合的产物,不仅继承了古建筑造型优美、气势恢宏的特点,而且还增强了结构抗灾害能力和耐久性、并使其结构类型得到了很大的发展。这些特点使得仿古建筑行业近年来如雨后春笋得到了飞速的发展。
2.仿古建筑的建筑样式
2.1仿古建筑样式的发展
仿古建筑在建筑形式上较为忠实地模仿传统建筑,并保证建筑外观基本反映传统建筑的主要特征。在材料和施工技术上则使用了大量的现代科技。
夜上海论坛 仿古建筑的样式根据几千年来古建筑的发展而来,传统的古建筑是随着古代文化的不断进步演变而来。传统的古建筑可以追溯到六、七千年前的古代人就出现了用木棍、泥草建造出简单的穴居和浅穴居,而且在这时已经出现的“榫卯”结构。随着科学以及文化的进步在汉唐时期传统古建筑发展达到了第一次盛世,出现了大规模的建筑群,屋顶的样式极大的丰富,也出现了“斗拱”结构。然而在这之后一直没有像汉唐时期的大规模建筑群,但是由于科技的发展,传统古建筑在造型上更加细腻、美观,而且融入了大量印度、西亚的建筑风格。到了明清时期是传统古建筑的鼎盛时期,由于国家的实力以及科学技术的发展都达到了较高的水平,这一时期的建筑在规模以及样式上都达到了一个新的历史水平。
2.2仿古建筑样式的分类
夜上海论坛 仿古建筑继承了几千年来古建筑的发展到现在根据建筑样式可以分为硬山、悬山、歇山、庑殿、攒尖五种基本形式。
硬山是指屋面仅有前后两坡,左右两侧山墙与屋面相交,并将檩梁全部封砌在山墙内的建筑叫硬山建筑。硬山建筑是古建筑中最普通的形式,无论住宅、园林、寺庙中都有大量的这类建筑。
夜上海论坛 悬山是指屋面有前后两坡,而且两山屋面悬于山墙或山面屋架之外的建筑,称为悬山(亦称挑山)式建筑。
歇山是指屋面前后左右四个坡面,在左右坡面上各有一个垂直面,故而交出九个脊,又称九脊殿或汉殿,曹殿,这种屋顶多用在建筑性质较为重要,体量较大的建筑上。
庑殿是指殿建筑屋面有四大坡,前后坡屋面相交形成一条正脊,两山屋面与前后屋面相交形成四条垂脊,故庑殿又称四阿殿、五脊殿,是中国古代建筑中至高无上的建筑形式。
攒尖平面为圆形或多边形,上为锥形的屋顶,没有正脊,有若干屋脊交于上端。一般亭、阁、塔常用此式屋顶。
3.仿古建筑结构形式
仿古建筑是运用传统营造法则与现代施工技术与材料技术的完美结合,从而使得仿古建筑不但再现了古建筑的文化特征更使其抗震性能与耐久性有何很大的提高。根据建筑材料的分类仿古建筑不但继承了古建筑中的木结构与砌体结构并衍生出抗震性能优越的钢筋混凝土结构与钢结构,下面将对这几种结构进行简单的介绍。
3.1 木结构
木结构是指以木材为主要受力体系的工程结构。与其它材料建造的结构相比,木结构具以下一些优点:木材资源再生产容易;木材具有较好的保温隔热性能;由于其纹理自然具有很强的亲和力;木构件制作、施工方便;由于自重轻且所以具有较好的抗震性能;木结构的具有较好的塑性、韧性。但是木结构也有一些致命缺点:木材容易腐蚀,易受虫害,木结构的防火性能较差;木结构的各向异性个方向上的各项强度差别较大。
3.2砌体结构
夜上海论坛 砌体结构是砖砌体、砌块砌体、石砌体的总称。因为仿古建筑大量使用的是砖和石头砌筑,所以一般简称为砖石结构。
砖石结构仿古建筑具有就地取材、成本较低、耐火、隔热、隔声性能好以及施工方便等特点,而且砖石作为建筑材料有较高的抗压能力使结构的承载力提高。但砖石结构也存在许多缺点:由于砖石的体积大、自重大砌筑用的砂浆粘结力较弱因此结构的抗拉、抗弯、抗剪性能较低,抗震性能差;砖石一般体积大、自重大所以材料不易运输生产率较低。
3.3钢筋混凝土结构
夜上海论坛 钢筋混凝土结构仿古建筑是指仿古建筑的主要结构构件为钢筋混凝土材料建造的仿古建筑结构。由于钢筋混凝土结构有较好的整体性、可模性、耐久性及耐火性而且其工程造价较低所以是仿古建筑中使用最为广泛的一种结构形式。
夜上海论坛 钢筋混凝土可以根据需要浇注成各种仿古结构构件,能够较好的重现古建筑的外形,钢筋混凝土材料易于运输,建造成本较低,建好后具有良好的耐久性、耐火性、抗震性。
3.4钢结构
夜上海论坛 钢结构仿古建筑是指仿古结构构件是由热轧型钢、钢板或冷加工成型的薄壁型钢制造而成的仿古建筑结构。钢结构的特点主要有:材料强度高、韧性和塑性好;制造施工简便,施工周期短;钢结构质量轻,有较好的抗震性能;钢材材质均匀,符合力学计算的假定;可重复利用,符合可持续发展的要求。但钢结构的耐腐蚀性差、耐热不耐火、造价成本高使得钢结构在仿古建筑应用中有许多局限性。
4.仿古建筑结构的抗震设计理论
仿古建筑在结构的抗震设计时设计人员通过对工程实际经验的总结提出了“小震不坏,中震可修,大震不倒”的三水准的设防标准,这是为了保证人们生命安全同时兼顾经济节约的设计原则,以概率论为基础提出的设计方法。 第一水准是考虑多遇地震,结构在使用期间,遭遇这类强度较低的地震频率较高。在遭遇这类地震时结构应当不损坏且不需要修理,这就要求结构在遭遇这类地震下应处于弹性状态,可以假定服从线性弹性理论,用弹性反应谱进行结构的地震作用计算,截面设计应满足承载力要求,并控制结构弹性变形符合要求。第二水准是考虑基本烈度设防地震,结构在遭遇基本烈度的地震作用时,允许整体结构达到或超过屈服极限,产生一定的弹塑性变形(这时钢筋混凝土结构会产生裂缝),结构依靠自身的塑性变形消耗地震产生的能量,从而使结构可以保存下来,经过维修结构依然可以使用。在这类地震作用下,结构的抗震设计应考虑结构的弹塑性变形。第三水准是考虑罕遇地震在罕见强烈地震作用下,结构进入较大的弹塑性变形状态,部分结构破坏,但应避免结构的整体倒塌,保证生命安全,在罕遇地震的作用下结构抗震设计则完全是为了防止结构倒塌的设计。
5.仿古建筑的设计方法
古建筑的设计及施工主要以不断积累的经验、方法为主。仿古建筑在设计要做到神形兼备,就必须按照古建筑结构形式及尺寸模数进行设计。然后根据现代现行的抗震规范进行计算、设计保证结构的可靠性及安全性。最后运用现代计算机技术进行建模、计算分析。只有这样才能保证仿古建筑既满足古建筑的外观样式又能满足现代结构的抗震以及安全需要。在仿古建筑设计最开始时,设计人员根据建筑的作用、整体美观效果来确定仿古建筑的屋面形式、外形尺寸、屋面举折情况等,然后根据仿古建筑的建筑模数确定各构件的几何尺寸将整体结构的建筑模型确定下来,最后根据简化结构模型计算,并用计算机对结构进行内力验算,复核各结构构件是否满足承载力以及抗震需要。
6.结束语
夜上海论坛 仿古建筑沿用了传统古建筑的样式,采用现代先进的设计、施工、材料技术,使得仿古建筑既能展现传统古建筑的宏伟气势,有具有现代结构的可靠性、安全性。这是将传统文化与现代先进技术的完美结合,相信随着经济文化的发展仿古建筑的使用将更为广泛,所以仿古建筑必然会在建筑领域获得光明的前景。
参考文献
夜上海论坛 由于建筑群落存在潜在的垮塌风险,已经不能满足文物建筑日常的使用及安全,结合市政府全面整治保护历史街区,恢复文物建筑原有的历史风貌,因此需对该街区建筑进行有效的修缮维护。在修复工程中采用的原则是修旧如旧,尽量保持原有的形制及结构,尽量保证本体原料不变,坚持运用传统工艺施工,保持文物与本体环境的协调。这次修复的主要是院落群中的27号院,27号院修复工程包含原杨爱源公馆(四合院)和西跨院(旧警察所),现修复方案按两院合并考虑,整体实施。修复后布局为四合院+西跨院。正房为两层带檐廊(柱式),东西厢房为二层挑檐廊(垂花),南房为一层半挑廊(假);西跨院北屋为两层,南屋为一层半;其中四合院一进院东西厢房同为两层但不做檐廊,二进院东西厢房二层通过穿山廊与正房檐廊相连。
夜上海论坛 二修复过程中所考虑到的防火设计
要求对于古建筑而言,由于采用了木质梁柱、木屋架,火灾荷载高于现行的国家标准规定的火灾负荷量,起火后对建筑的危险非常大。古建筑中的木材,历经几十年、上百年的风干,材料的含水率很低,在一定程度上形成干材,因此极易燃烧。一旦起火,火势将沿着整栋建筑的柱、梁直至屋顶而燃烧起来。古建筑的梁、柱、椽等构件,表面积大,木材的裂缝和拼接的缝隙多,大多数通风条件比较好,发生火灾后火势蔓延快,燃烧猛烈,极易形成立体燃烧。
夜上海论坛 1耐火等级的设定
夜上海论坛 古建筑多采用木质结构,其耐火等级低,多为三、四级。所以当我们在做修复工程的时候对于防火方面不能把标准定位过低,古建筑的使用时间少则几十年,多则几百年。考虑到院落旧址所在地块界限尺寸有限,加大防火间距势必破坏建筑群的整体性,因此我们将建筑的耐火等级定为二级,等同于目前低层商业及多层建筑的耐火等级要求,东西房与两个正房的防火间距均为6m以上,这样在保证了整体的同时也满足防火要求。
夜上海论坛 2建筑防火分区的设定
现代建筑防火分区的划分是防火安全体系最重要的基础,也是防止火灾蔓延以及人员疏散的安全保证,是保证结构安全的枢纽。因此,通过火灾危险性的分析我们对27号院落中根据实际的距离大小来划分防火空间,形成物理性的防火分隔,再以此空间的间隔,规划设置各项防火措施及设备,达到防火安全目的。在27号院落里面的两个正楼一、二层建筑面积为100m2~200m2左右,按照现在的防火标准可设为一个防火分区。在楼下均设有一层地下室,我们将每个地下室划分为不大于500m2两个防火分区,并且每个防火分区中均设有直通室外的疏散楼梯和垂直疏散口,以此来符合现在制定的防火设计规范和要求。在地下室建筑组团西侧和南侧均设有消防车道,在西跨院和四合院设计有室外消火栓,每个房间配置两个干粉灭火器。这样在防火设备上就含有移动和固定两种灭火设备。
3建筑材料的使用
古建筑原先所使用的材料很难达到现在的防火规范标准。对于古建筑的修复,首先在保证结构的安全和坚固的基础上,所使用的材料还要采用必要的防火措施来满足疏散和救火的要求。原有27号院落群的主体建筑采用的是砖木材料,根据多方探讨和研究决定在修复院落群建筑原貌的同时要积极运用现今成熟的工程技术和材料做法,因此院落的主要屋面和楼板采用基底材料,墙体基底则选用现浇钢筋混凝土和加气混凝土砌块,这些材料的使用使得整座院落的耐火性能基本达到现今砌体建筑的水平,同时在建筑里还砌筑有砌至梁底的防火墙,并在木构件的表面涂刷防火涂料,从而为发生火灾时人员的安全疏散和救火留有一定时间。为保障安全疏散过程中人员的安全和尽量地延长逃生时间,在建筑中设置防火门成为必备的逃生和防火设施。会馆建筑里设置有双扇乙级防火门,管井门为丙级防火门。
三结语