中式传统古建筑以木结构为主, 在材料选用、平面处理和艺术造型等方面都有许多自己的特点, 但随着社会的发展与进步, 传统木结构在防火与防腐方面的缺陷也日益明显, 新技术、新材料的运用使仿古建筑的设计和建造成为可能, 这也是对中国古建筑文化的继承与发展。现代仿古建筑以钢筋混凝土为主体结构, 改变了传统中国古建筑以木结构组合为主的受力系统, 吸收了传统中国古建筑风格的精华, 在钢筋混凝土结构的基础上, 将传统古建筑的造型、部件等, 作为装饰效果, 从而达到建筑上的仿古目的。以下本文将就永春县妇女儿童活动中心综合楼工程实例对此种建筑的结构设计谈几点体会, 能为同行在设计工作中提供一些参考。
活动中心综合楼是县城老城区的中心地带, 周边是儿童公园及南音社等园林仿古建筑群, 综合楼具有健身、培训、商务兼会议接待等。其布局呈现基本对称, 是具有中国古典建筑和园林风格的传统仿古型坡屋顶式综合楼。
图1所示为该综合楼的西立面, 这是面向公园主立面, 具有强烈传统特色的立面设计, 高低错落, 富有层次感、韵律感和均衡感, 同时这种立面设计上的创新性和时代感又与传统性相互融合。
考虑到建筑与城区文化形态相呼应, 既要满足使用功能要求, 同时也要从美学观点考虑建筑的造型, 力求比例协调, 匀称得体, 顶部以宋式较陡直的举折做法为蓝本, 脊吻、斗拱、雀替、悬鱼、藻井等, 以变异简化的手法加以运用, 将这些传统要素融入新建筑中, 使之既富有现代气息又具有历史的凝重感。
一般的观点是对于属于文物的古建筑的修建要严格遵照国家的有关法律法规、标准, 不改变文物的原状, 不改变原有的建筑结构, 如果不得不改变其受力状态则必须得到文物部门的许可。而对于一般新建的仿古建筑, 则不必拘泥于古老的做法, 可以采用新材料、新结构。
新建仿古建筑常用的上部结构形式有木结构、砌体结构、钢筋混凝土结构以及钢结构等。具体选用哪种结构形式要从结构的层数、结构复杂程度、防火、耐久、后期维护成本等多方面考虑。对于本工程这样的仿古风格的4层综合楼建筑, 采用钢筋混凝土框架结构无论从技术还是经济角度来说都是合理的, 其防火、耐久、后期维护成本等问题容易得到保证。
仿古建筑有很多复杂的建筑造型, 有的采用清水混凝土做法, 质感、耐久性很好, 但模板制作复杂, 成本较高。本工程采用在主体结构外面包贴的做法 (主体结构完成后再做外装修) , 施工简便, 成本低, 如图2所示。
该建筑位于永春城区, 按抗震设防烈度7度设计。由于建筑物高低错落, 因此将其分为A、B、C、D 4个区, 参见图3, 各区之间高低错落。建筑层数为4层 (局部2、3层) 。采用钢筋混凝土框架结构体系。相应于建筑的仿古风格 (飞檐、大屋顶、退层等) , 结构上采取了一系列的构造措施, 既满足建筑的功能及立面要求, 同时也符合结构的安全性要求。
除了大屋顶部分外, 其余部分按一般的混凝土框架结构设计。
本工程各层外围都是由大屋顶组成的, 屋顶形式多样, 有重檐歇山、十字脊、顶、攒尖、四坡。大屋顶的屋面板是由几段折板组成, 在折板的转折点, 按照建筑的要求, 主要区域直接设置钢筋混凝土梁, 局部次要区域梁高与板底有高差时, 用砖墙填砌, 对于一些不能加梁的区域, 则按照构造要求设置弯折钢筋。外墙的封檐板因为尺寸的限制, 不能用填充墙砌筑, 则用现浇钢筋混凝土板, 板内配置双层双向钢筋, 分别锚入屋面板和屋面梁内。
歇山顶上半是悬山而下半是四面坡九脊, 其等级仅次于庑殿顶, 构造十分复杂。本工程B区歇山顶如图4所示, 主要的受力构件有人字形梁、转角梁、折板、平板以及双向框架梁等, 形成了一个刚度较大的空间结构, 比传统的用木梁、檩子、椽子、望板、瓦等做成的屋顶整体性好, 如果不考虑装饰, 其造价与普通的坡屋顶相似。大屋顶每个坡面均为内凹的曲面, 用折板形成, 一般有四折。为施工方便, 人字形梁顶面、底面均为直线, 顶面局部垫素混凝土以满足折板要求, 折板的支承梁 (檩子) 是与人字形梁等整浇在一起的, 因此局部的素混凝土基本不影响整体性。
盝顶是指由四周低矮的屋檐加上平屋顶构成的屋顶, 如图5所示。本工程所有屋顶中顶所占比例是最高的。图6所示为A区最高处的倒数第二层, 该处顶之上还有歇山顶。与歇山顶相比, 盝顶较为简单。
这里转角梁指的是在歇山、转角屋面的转角处, 随着举架倾斜放置的角梁, 如图7所示。古建中该处由老角梁和仔角梁两根梁组成, 用在下面的叫老角梁, 上面长些并且向上翘起的叫仔角梁, 两者相互形成起翘, 出挑构件。结构设计时将老角梁作为主要受力构件, 承受出檐屋面板及出檐檩条的重量, 将仔角梁作为支承于老角梁上的构件, 这样仔角梁仅需考虑较短的悬挑部分配筋。
斗拱为中国传统木构架体系建筑中独有的构件, 用于柱顶、额仿、屋檐或构架间。斗和拱逐层纵横交错叠加形成上大下小的托架, 孤立地置于柱上或挑梁外端, 分别起传递梁的荷载至柱以及支承屋檐以增加出檐深度的作用。在钢筋混凝土框架中斗拱不是必须的, 本工程设计斗拱仅安装饰构件处理, 计算时根据斗拱道踩数分别算出单个重量, 将其作为集中力传至柱节点和梁间。
大屋顶部分上层内收, 即上层的柱中心与下层柱中心不重合, 而且这种不重合按照建筑的需要有的是单向的、有的是双向的, 有的偏移距离大、有的偏移距离小。为满足造型要求, 结构设计上采用了多种梁抬柱的形式。
传统大屋顶的做法是在柱上架梁, 梁上放檩子, 檩子上再放椽子, 椽子上铺望板, 再打苫背, 然后铺瓦, 按照这种做法, 屋面的形状是适合施工的, 但用现浇钢筋混凝土材料, 施工就比较麻烦, 应引起足够的重视。
坡屋面的混凝土浇筑问题是难点之一。本工程屋面最陡的部分倾角45°, 混凝土的坍落度控制、浇捣分段方法、模板支撑的可靠性、防止冷缝的形成、振捣器具及振捣时间的选择、必要的构造钢筋布置等等均应考虑周到, 以确保安全及施工质量。
用钢筋混凝土材料来建造多层仿古风格的现代建筑是经济合理的选择。由于钢筋混凝土框架的受力机制与传统的木构架不同, 许多古建筑中重要的受力构件如斗拱等设计成装饰构件是比较经济的做法。曲线形的屋面、悬挑的屋檐、起翘的屋角是传统大屋顶的特色, 其做法是经过数千年的不断演变形成的, 适合传统的材料, 用钢筋混凝土来仿造应从受力合理、施工方便等多方面综合考虑。做到形似 (外形、尺寸相似) 是基本要求, 做到神似 (受力特点相似) 是更高的要求, 需要进一步的努力。
摘要：中国古建筑虽然历经了数千年的演变, 但其独特的结构方法和布置规模始终没有改变, 并且是世界上独具风格的一门建筑学科, 是世界建筑艺术宝库中的一颗璀璨明珠。本文将就某工程实例对此种建筑的结构设计谈几点体会, 能为同行在设计工作中提供一些参考。
关键词：钢筋混凝土结构,仿古建筑,结构设计
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