時間:2023-07-23 09:16:44
序論:在您撰寫古建筑結構設計時,參考他人的優秀作品可以開闊視野,小編為您整理的7篇范文,希望這些建議能夠激發您的創作熱情,引導您走向新的創作高度。
中圖分類號: TB482 文獻標識碼: A
引言
在園林的規劃建設以及古城區的建設施工過程之中,仿古建筑有著相當重要的地位。相關項目作為一種較為特殊的設計類型,當前綜合了不同的設計手段和施工技術,并且采用了全新的混凝土框架施工結構。故在設計方案的研究與分析制定過程之中,還需從工程建設本身的需求著手,對建筑的結構進行準確估量和計算,結合建筑特點,設計出不同形式的仿古建筑類型,以充分的滿足城市建設發展的需求,為城市的進步創建出良好的基礎。
1.仿古建筑結構設計特點分析
針對仿古建筑的結構設計特點加以分析,是促進設計工作實現新的轉變的關鍵點,故應當加以重視。我國古代的建筑多半是以木的結構為主要設計原則,其平面的布局講究的是含蓄,注重多層次的分布和不同布局之間的靈活轉變,并且對于均衡性相當重視。所以,在仿古建筑設計之中應當對維護結構以及承重結構進行重點的設計,應當確保其有著明確的分工并且有著不同的體系結構。諸如在我國的古代建筑斗拱設計形式之中,就相當充分且全面的運用了不同的色彩裝飾和突出的結構設計要點,使得整個建筑的設計呈現出了一種較為莊重的造型,而在外觀方面,則顯得相當的華麗。這一點是我國古代建筑的一個核心理念。在當前的仿古建筑設計之中,多半的項目也采用了類似的設計形式,很好的繼承并且發揚了我國古代建筑的獨特結構樣式,在實踐的設計工作之中,還可以借鑒當前時代的全新的設計結構形式,使得其可以與傳統的設計理念相互融合,將構件以及模數等進行重新的定型,進而實現從整體至局部的不同設計形式,在造型以及細節部位的尺度方面也有著相當詳細的規定。
我國古代建筑設計之中常用的穿斗式設計形式、跌梁式的設計形式等,都得到了較好的應用和改良,而其中的不同設計原則,也被廣泛的運用在了實踐的設計工作之中,進而使得當前的仿古建筑呈現出了全新的色彩,整個設計項目的藝術效果和價值均得到了較大的提升。
2.仿古建筑結構設計要求及原則
在仿古建筑設計之中,明確相關設計原則和基本的設計理念,對于設計項目的穩定開展有著相當重大的價值和意義,故應當引起高度的重視。由于防震以及防腐蝕性等多方面的需求,當前階段的我國古代建筑設計之中已經普遍的采用混凝土設計結構的形式很好的替代了傳統的木結構設計樣式。而采用混凝土鋼筋的設計,進而仿古建筑的建設,可以使得外觀的藝術效果和內部的穩定性均得到較大程度的提升。要想保證外部的油漆效果與木結構的相類似,還應當對仿古建筑設計之中的相關準則和規定進行嚴格的掌控,兼顧多方面的影響因素和建筑自身抗震的設計需求。
在建筑的設計過程之中,應當嚴格的按照仿古建筑的基本模數結構和模型體系進行建設和施工,保證整個體系的完善性和科學性,在結構設計過程之中各個受力的構件規格應當進行嚴格的掌控,充分的滿足建筑自身的需求。各個構件的施工應當符合力學體系的傳力標準,針對外形和尺度的把控也應當完全的參照古代建筑之中梁柱的設計樣式進行執行。此外,在仿古建筑設計之中還應當采用多種不同的結構體系,采用組合的形式以充分的滿足仿古建筑的屋面設計需求。由于仿古建筑的屋面設計有著較大的特點,在設計過程之中屋面的變化較為顯著,其對造型的要求較高,并且整個設計的難度較高,所以針對體系的設計應當按照舉架等設計的理念原則進行處理,這樣就可以使得整個屋面的設計呈現出一種緩慢上升的趨勢,并且體現出優美的設計曲線,充分的滿足當前仿古建筑的設計標準和建設需求。
一般情況之下,仿古建筑結構設計之中相關構件起到裝飾的作用,其有著獨特的設計藝術效果,同樣需要加以重視。其中最具有代表性的是斗拱,其屬于我國古代建筑設計之中的一種特殊的設計形式,具有很好的傳導屋面荷載并且降低整個屋頂橫梁跨度的作用,故對應于整個仿古建筑結構設計有著相當重大的意義。由于我國當前相關設計項目多半采用的混凝土鋼筋的結構形式,其建筑的設計一般是由主體框架進行承擔,所以斗拱已經逐步的退化成為了裝飾性的物品,而不再有相對應的承重效應。所以,在設計過程之中還需要對上述內容加以明確,以更好的實現建筑設計效果和水準的改進。
3.實例分析
針對仿古建筑之中的相關設計實例加以分析,是促進設計效果提升并且完善設計理念的核心環節,應加以重視。在仿古建筑的結構設計過程之中,應當嚴格的遵循傳統布局模式和設計的結構樣式,并且很好的與現代的技術進行融合,以開創出仿古建筑的新局面,實現技術的不斷改進。在實踐的設計過程之中應當取長補短,需要在掌握設計規范的基礎上,根據自己的經驗積累對計算機結構計算結果進行合理的調整,對傳統的設計技術進行細致的改良和創新,采用混凝土的主體結構設計形式,吸納現代化的結構設計精髓,進而達到仿古建筑設計的施工效果。
位于南寧青秀山風景區的觀音禪寺擴建工程在原禪院的舊址上改建,擴建后更名為萬壽觀音寺,占地面積約15畝,是原有面積的三倍。寺院內有大雄寶殿、藥師殿、觀音閣、臥佛殿、法物流通處、素菜館等布置,整體仿唐宋建筑風格。
在大部分主體結構為鋼筋混凝土的仿古建筑中,斗拱和雀替是作為純裝飾構件,不考慮其受力,與主體結構分別澆筑成型。屋檐荷載通過斗拱上方的現澆混凝土桃尖梁、斗拱中間的現澆混凝土剪力墻傳給剪力墻下方的額枋斗和拱,雀替采用鋼筋混凝土預制構件,通過主體結構澆筑時留設的預埋件與額枋和檐柱焊接連接。但是在本方案中,選用了裝飾性構件和受力構件結合的設計及施工方式。雀替采用鋼筋混凝土預制構件通過預埋件焊接連接。采用斗拱作為受力體系,既實現了對出檐的處理,也減少的撩檐檁的斷面高度。在角科斗拱的老角梁處理上,設置了暗梁,與斗拱寬度一致,這樣不僅僅實現了長梁的出挑,也控制了受力均衡,加強了結構體系的穩定性。所以,根據上述的分析,在實踐的設計項目之中應當對設計的細節部位加以重視,以增強設計的水準,促進效益的提升。
4.結束語
正如上文所分析到的,相關項目作為一種較為特殊的設計類型,當前綜合了不同的設計手段和施工技術,并且采用了全新的混凝土框架施工結構。綜上所述,根據對當前我國仿古建筑施工項目之中結構設計的基本需求和設計過程當中應當重點予以把控的部位進行深層次的論述,從實際的角度出發研究了仿古建筑的設計原則。同時,通過對實例進行綜合性的分析,旨在明確設計的重難點,明確設計工作的核心理念,以更好的完善設計的缺陷部位,實現對現有工作的轉變改革,真正意義上增強了仿古建筑的設計水準,以全新的理念促進設計規劃工作邁向新的高度。
參考文獻
[1] 蔡映紅.仿古建筑大漆施工質量問題及防治[J]. 園林. 2003(10)
[2] 張宏新,楊逢春.清雅幽古 渾然天成――2006沈陽世界園藝博覽會遼陽“襄園”的建筑特色[J]. 農業科技與信息(現代園林). 2006(05)
[3] 本刊編輯部.一種新的建亭方法――仿真明清古建筑構件預制方法[J]. 中國園林. 2002(06)
[4] 汪小洋.傳統氣脈 人文勝景――南京師范大學校園景觀特色[J]. 園林. 2011(05)
【關鍵詞】仿古建筑;結構設計;實例分析
中圖分類號:S611 文獻標識碼:A 文章編號:
一、仿古建筑的結構特點
中國古代建筑主要以木結構為主,平面布局講究中正含蓄,層次豐富,布局靈活多變,對稱均衡。因此其承重結構與維護結構屬于分工明確又互有承托的結構體系。比如說在中國古代建筑中獨創的斗拱結構形式,充分運用了結構突出和色彩裝飾的手段,使得建筑物不僅造型莊重,更顯得華麗非凡。在近代仿古建筑中,也采用了相應的仿古建筑形式,繼承了中國古代建筑的結構特色,同時又采納了新型建筑結構的特點,在仿古建筑的結構設計和施工中實現了模數制和構件的定型化,對仿古建筑的整體框架結構設計到細部局部的設計形式,甚至是細部尺度和造型做法都有非常詳細的規定。中國古代建筑結構方式中的疊梁式、穿斗式、井干式的主要結構方式得到了改良應用,而且其硬山頂、懸山頂、廡殿頂、歇山頂、攢尖頂和復合頂等屋頂型式也被更廣泛的應用于中式別墅和中式風格建筑群天際線的規劃應用中。
二、仿古建筑結構設計要求
出于防腐及防震的建筑要求,目前階段的仿古建筑已經采用鋼筋混凝土結構代替原來的木結構。采用鋼筋混凝土建筑結構的仿古建筑,屬于內洋外中,外部要達到油漆彩繪之后與木構架相同的外觀效果,但是內部要遵循混凝土建筑結構設計的相應規范要求,同時要兼顧結構抗震要求。因此,仿古建筑與普通的建筑結構設計相比,有顯著的特殊結構要求。
1、嚴格按照古建筑結構體系模數要求和構件來定型化仿古建筑結構體系。仿古建筑結構設計中,各個受力構件的規格必須要滿足古典建筑的模數要求,仿古建筑的結構體系和傳力體系的構成首先必須滿足古代建筑結構傳力體系的要求,而各個各構件的尺度和形體應當完全仿照古代木結構中柱、梁、枋、檁的相應做法來進行設計。
2、采用多種結構組合處理方法滿足特殊型式屋面造型要求。由于仿古建筑的屋面變化顯著,其造型要求特點突出難度高,因此結構構架體系可以使用步架和舉架的處理方法。這樣就能使屋面坡度形成趨上陡峻,趨下平緩的順滑優美曲線,充分體現古代建筑各種屋頂型式造型要求。
3、部分古建筑中的結構構件退化成為裝飾作用。古建筑中有大量的具有獨特裝飾作用的結構構件,其中最具有代表性的是斗拱和雀替。斗拱是中國古建筑所特有的建筑型式,位于木結構梁和柱之間,具有傳導屋面荷載和縮短梁跨度的結構作用。對于仿古建筑而言,由于建筑主體結構為鋼筋混凝土,建筑荷載承載已經全由主體柱梁承擔,斗拱已經退化成為裝飾,不再作為結構主要承重部件。雀替則用于額枋與檐柱相交處,可以縮短梁枋的凈跨距離,具有輔助拉結功能。類似于這些原先木結構建筑中作為主體結構或者輔助結構的部件,在仿古建筑中已經不再具有結構作用,而僅僅作為型式仿制的需要,僅存在裝飾功能。
三、仿古建筑工程實例分析
1、南寧市觀音禪寺工程概況
位于南寧青秀山風景區的觀音禪寺擴建工程在原禪院的舊址上改建,擴建后更名為萬壽觀音寺,占地面積約15畝,是原有面積的三倍。寺院內有大雄寶殿、藥師殿、觀音閣、臥佛殿、法物流通處、素菜館等布置,整體仿唐宋建筑風格。
觀音禪寺在寺廟布局上充分體現了寺廟建筑格局上很深的陰陽宇宙觀和崇尚對稱、秩序、穩定的審美心理。觀音寺融合了中國特有的祭祀祖宗、天地的功能,以平面方形、南北中軸線布局、對稱穩重且整飭嚴謹的建筑風格。觀音禪寺主要的基本建筑,主要為兩組建筑:前門和天王殿為一組,合稱前殿,大雄寶殿為一組,為佛寺主體建筑。庭院布局是典型的四合院結構,在閉型較強的建筑空間中,寬大的庭院,使用中靈活多變設計理念,適應性很強。
觀音禪寺以大雄寶殿為中軸線,左右對稱。觀音塔的位置位于全寺中心且獨立。觀音塔底座正四邊形,底部為小池,整個塔浮于水面,造型精美。塔腹上面這四角飛檐,頂覆圓盤上下兩層,宛若傘蓋,既蔭被四佛,又美觀大方。大雄寶殿分為上下兩層,下層為臥姿態如來佛祖,上層為五方如來,大殿兩側的墻壁上大面積的斑斕色彩墻繪佛教壁畫“五百羅漢演教圖”。殿前且有左右并立不太大的實心的雙塔點綴。中國古代寺廟建筑重視色彩表現,屋不呈材,墻不露形。整個觀音禪寺寺廟建筑以瓦紅色為主,屋頂有金色點綴,色彩鮮艷明麗。
2、大雄寶殿結構體系
大雄寶殿位為鋼筋混凝土仿木結構仿唐建筑,其建筑主體結構體系采用現澆鋼筋混凝土仿木框架結構,屋面構架體系采用步架和舉架復合的結構處理方法,屋面荷載通過屋面板傳給屋面檁條梁,由梁架逐層往下傳遞,最終傳給框架柱。由于這樣的結構傳遞體系與一般的鋼筋混凝土框架結構建筑存在明顯的不同,因此進行結構計算時,除了進行建模計算外,還要使進行復核計算,驗證配筋梁是否滿足結構承重要求。由于殿內相臨柱子之間的跨度較大,在進行結構計算時采用了轉換梁系,采用復合梁系共同支撐其上的柱子和屋面梁架體系,最終達到仿古建筑主體結構與裝飾性結構的完美協調統一。
3、仿古建筑群屋面板的設計
在整個觀音禪寺的建筑群中,部分只有一層的仿古建筑,其結構構造較為簡單,但是又需要采用仿古建筑的屋面設計,因此為其設置了獨特的木結構與框架結構結合的單層仿古建筑結構。本方案中大膽提出了木結構屋面設計,由望板和椽組成木基層,既保留了仿古建筑的屋面板截面形式,也能滿足單向受力要求。由于板肋之間的距離很近、肋高較小,而且不同的屋頂造型復雜多樣,考慮到屋面板的舉折模板鋪設難以控制,因此在結構設計中采用控制板底標高來控制高程。在屋面施工時,采用預制椽子在現澆混凝土板的方式進行施工方案設計。為控制施工過程中的部件受力不超限,需按照施工堆疊前和堆疊后不同受力狀態進行強度、抗裂和撓度的驗算。
4、仿古建筑群斗拱設計
在大部分主體結構為鋼筋混凝土的仿古建筑中,斗拱和雀替是作為純裝飾構件,不考慮其受力,與主體結構分別澆筑成型。屋檐荷載通過斗拱上方的現澆混凝土桃尖梁、斗拱中間的現澆混凝土剪力墻傳給剪力墻下方的額枋斗和拱,裝飾性斗拱必須在桃尖梁施工前安裝就位。雀替采用鋼筋混凝土預制構件,通過主體結構澆筑時留設的預埋件與額枋和檐柱焊接連接。采用這樣的建筑結構,結構型式簡單,細部只需要經過油漆彩繪處理,就能使整個建筑物外觀渾然一體,完全達到木結構的藝術效果。
但是在本方案中,選用了裝飾性構件和受力構件結合的設計及施工方式。雀替采用鋼筋混凝土預制構件通過預埋件焊接連接。而斗拱系統全部采用現澆斗拱,斗拱在結構中實際為受力構件。采用斗拱作為受力體系,既實現了對出檐的處理,也減少的撩檐檁的斷面高度。在角科斗拱的老角梁處理上,設置了暗梁,與斗拱寬度一致,這樣不僅僅實現了長梁的出挑,也控制了受力均衡,加強了結構體系的穩定性。
四、結束語
中國古代木結構建筑有著獨特的結構方法和布置規模,在進行仿古建筑設計時,應取長補短,采用鋼筋混凝土的主體結構,同時吸收傳統中國古建筑結構設計的精髓,不僅僅在建筑外部造型設計和局部裝飾設計中達到仿古的效果,更需要在掌握設計規范的基礎上,根據自己的經驗積累對計算機結構計算結果進行合理的調整,才能提高仿古建筑結構設計的質量。
參考文獻:
[1]莊清貴.實例談混凝土仿古建筑結構施工[J],中華民居,2011(07).
[2]張福萍.仿古建筑結構設計實例簡介[J].煤炭工程,2003(09).
[3]康麗娟.某寺廟混凝土仿古建筑結構抗震設計實例[J].建筑結構,2011(S1).
【關鍵詞】古建筑;設計技術;實例探討
1.引言
中國古建筑具有其獨特的結構方法和布置規模,經過了數千年的演變,已形成了成熟的獨特的建筑體系,在世界建筑學科中占有著一席之地,是世界建筑藝術學庫中的一個璀璨明珠。我國的古建筑主要是以木結構為主,在材料的選擇和平面處理上具有其獨到之處,同時在藝術造型也具有不同的特點。隨著社會的發展和進步,傳統的木結構在防腐和防火方面表現出了一定的不足。但是,隨著建筑學的發展,特別是新技術和新材料的應用,使得仿古建筑的設計和建筑成為了可能,我國的古建筑文化在一定的程度上得到了繼承與發展?,F代的古建筑在吸收了傳統古建筑的風格精華的基礎上,大量應用鋼筋混凝土等新材料,使得現代古建筑在造型和部件等上表現出更多的靈活性,從而得到仿古建筑的效果。
2.中國古代建筑的特點
中國古代建筑的結構形式采用的是木結構體系。木結構體系平面布局內心含蓄,層次豐富,均衡對稱,同時在空間上,布局較為靈活,承重結構受力明確;在建筑結構設計和施工上已形成成熟的樣式和工藝,可以實現模數制和構件的定型化。中國古代建筑還創造了具有獨特風格的斗拱形式,并且通過色彩的裝飾,實現建筑整體效果的美化,使得整個建筑結構顯得莊重和華麗。中國古代建筑的結構方式有“疊梁式”、“ 穿斗式”、“ 井干式”三種,屋頂形有“硬山頂”、“懸山頂”、“廡殿頂”、“歇山頂”、“攢尖頂”和“復合頂”等。
3.工程實例
3.1工程概況
本建筑為某市一千年古寺的擴建工程。該古寺為一座殿宇宏偉、氣勢非凡的千年古剎,至今已有一千多年的歷史,隨著佛教事業的發展,該古寺的建筑規模已無法滿足發展的需要,需要對該寺進行修復擴建。其中一個最主要的擴建子項為大悲殿的建造。該大殿的建筑總面積為1200m2,采用的結構形式為南方單層雙重檐仿古建筑,總高度為25m,面闊七間,一共為37.8m,進深則為六間,深度一共為30.6m。屋頂的形式采用的是歇山頂,黃色琉璃瓦鋪蓋,飛檐翹角,氣魄雄偉,檐下為七踩斗拱。室內空間高大寬敞。該大殿的建筑形式主要采用鋼筋混凝土仿木結構。以下將對該大殿的結構設計進行重點闡述。
3.2結構體系
該大殿的結構體系采用的是現澆鋼筋混凝土仿木框架結構。對整體進行計算采用的計算軟件為SATWE程序,并采用PKPM程序對框架的主要受力配筋進行復核。該大殿的結構方式采用的是古建筑結構形式中的“疊梁式”,同時對于框架體系的處理,采用的是步架和舉架的方式。跟傳統的鋼筋混凝土建筑相比,這種結構體系的傳力途徑有明顯的不同,其具體的傳力途徑為屋面荷載通過T形屋面板傳遞給屋面檁條梁,接著荷載在通過梁架逐層往下傳遞,最終荷載將全部由最底層的框架柱承擔。該大殿修建完成之后需要在大殿中供奉大尊佛像,為了確保佛像的空間,在殿內抽去了兩根里金柱,這樣就使得相鄰柱子的間距增大,分別達到19.8m和18.6m,這種跨度在古建筑結構設計中較為罕見。該大殿的室內采用的是“露明造”的方式,為了確保其完整性,在該大殿15.5m的標高處設置了3根較叉轉換梁,梁的斷面長度為1200mm,寬度為400mm,這3根梁起到共同支撐其上柱子和屋面框架體系荷載的作用。
3.3屋面板的設計
木結構的屋面木基層主要是有望板和櫞組成的,因此仿古建筑在屋面板的截面形式上主要設計為T形,這種形式主要為單向受力,同時板肋之間的間距較小,并且肋高也較小。同時加上該大殿的屋脊處為九五舉,屋面較為陡峻,這些都使得屋面板的造型復雜化,因此屋面板進行混凝土的一次性現澆施工難度大,同時模板的支設也較為困難,這使得現澆混凝土的施工質量和外觀效果難以得到保證。為了解決這個問題,本工程決定采用將屋面板設計成疊合板的方式。首先預制單塊的預應力混凝土T形板,以此作為底模,接著在T形板底模上綁扎鋼筋網,然后采用細石混凝土澆筑疊合層,澆筑完成之后即可實現二者的結合,使之成為一個共同的整體,共同承受荷載。在進行設計時,需要分別對疊合前和疊合后的階段進行計算,需要計算的內容主要為強度計算、抗裂驗算以及撓度驗算。兩個階段都應滿足施工階段和使用階段的受力要求。
3.4斗拱和雀替的設計
在主體結構采用鋼筋混凝土的仿古建筑中,對于斗拱,是作為受力構件還是作為純裝飾構件是設計中需要考慮的問題。同時,還應考慮斗拱是采用鋼筋混凝土結構還是采用木結構。根據對其他仿古建筑的觀察,在一些建筑中斗拱主要采用的是鋼筋混凝土預制構件,各級斗與拱之間根據跨度的不同采用不同的連接方式,分別為當跨度較大時,通過預埋件采用焊接的方式進行連接,當跨度較小時,采用座漿進行連接,在結構中斗拱主要是起到受力構件的作用。這種做法存在一定的缺點,包括做工較為粗糙,美觀方面無法滿足要求,而且前者構件數量較大,需要投入較多的資金用于防腐和后期維修,而后者受力不太可靠。因此經過考慮,本工程斗拱采用的是木結構,在結構中僅僅是起到裝飾的作用,不考慮斗拱的受力性能。在斗拱上方存在的現澆混凝土挑尖梁以及在斗拱的中間存在的現澆混凝土家里墻,是收到屋檐荷載的作用,并起到將荷載傳遞給剪力墻下放的額枋的作用。在挑尖梁施工之前,應做好斗和拱的安裝,并確保就位精確。
在該大殿的結構中,雀替也是作為裝飾構件,同樣不考慮其受力性能,主要采用的是鋼筋混凝土預制構件。在施工現場采用定型模板進行雀替構件的制作。在進行主體結構的施工時,應在雀替構件的安裝位置預先設置預埋件。當進行雀替的安裝時,雀替與主體結構的額枋和檐柱的連接是通過預埋件焊接在一起的。
在本工程中,斗拱采用木結構,雀替采用鋼筋混凝土預制結構,兩者均是起到裝飾作用,不考慮受力性能,與主體結構之間不是通過現澆的方式進行連接,但是它們與主體結構之間的連接采用如前所示 的方式,在加上采用油漆彩繪的方式對斗拱和雀替進行處理,從而使之與整個主體結構形成一個統一的整體,完全達到了傳統木結構的美觀效果。
4.結語
在現代古建筑結構設計通常是采用鋼筋混凝土作為主體結構,使得不僅吸收了傳統古建筑的風格精華,同時新材料應用使得現代古建筑在造型和部件等上表現出更多的靈活性。而合理地布置結構體系以及靈活地進行構造設計是有效地保證古建筑風格的關鍵。
參考文獻
[1]姚松.淺談園林仿古建筑的結構設計[J].林業建設,2013,(04):30-31.
【關鍵詞】現代仿古建筑;結構設計;大屋頂;斗拱;雀替
仿古建筑研究應秉承藝術性、歷史性和科學性相統一的原則,其作為古建筑的仿品和民族文化的載體,不僅僅反映著當時社會科技發展的綜合水平,還映照著歷史發展的足跡?,F代仿古建筑以鋼筋混凝土為主體結構改變了傳統中國古建筑以木結構組合為主的受力系統,吸收了傳統中國古建筑風格的精華,在鋼筋混凝土結構的基礎上將傳統古建筑的造型部件等作為裝飾效果從而達到建筑上的仿古目的。
1.仿古建筑的結構設計要求
現階段的仿古建筑多采用鋼筋混凝土結構代替木結構,為了達到油漆彩繪之后與木構架相同的外觀效果,與傳統的鋼筋混凝土結構相比,仿古建筑的結構設計具有以下特殊要求:
1.1模數要求和構件定型化
各受力構件的規格需滿足古典建筑的模數要求,傳力體系的構成極其各構件的尺度和形體完全仿照古代木結構中柱、梁、枋檁的相應做法。
1.2屋面造型要求
屋面變化顯著,造型要求高,構架體系采用了步架和舉架的處理方法。使屋面坡度越往上越陡,峻越往下越平緩,形成了曲線優美,出檐深遠的特征,體現了我國古代建筑的造型特點。
1.3結構構件設計
建筑中有大量的具有獨特裝飾作用的結構構件,其中最具有代表性的是斗拱和雀替。斗拱斗拱中方型的底座叫做斗,上面錯落搭建的船形木塊叫做拱。斗拱是中國傳統古建筑特有的型制,它位于木結構梁和柱子之間,具有傳導屋面荷載、加大屋檐挑出長度、縮短梁枋跨度、吸收地震能量等結構作用和裝飾作用。是中國古代建筑中最具特色的部分之一,對于仿古建筑而言因主體結構為鋼筋混凝土裝飾常常成為斗拱的主要作用。
雀替用于額枋(檐枋)與檐柱相交處近似于三角形表面,有雕刻裝飾的構件可以縮短梁枋的凈跨距離,具有輔助拉結和裝飾雙重功能。
2.工程案例
綜合樓是某市老城區的中心地帶, 周邊是兒童公園及南音社等園林仿古建筑群, 綜合樓具有健身、培訓、商務兼會議接待等。其布局呈現基本對稱,是具有中國古典建筑和園林風格的傳統仿古型坡屋頂式綜合樓。
圖1所示為該綜合樓的西立面,這是面向公園主立面,具有強烈傳統特色的立面設計,高低錯落,富有層次感、韻律感和均衡感,同時這種立面設計上的創新性和時代感又與傳統性相互融合??紤]到建筑與城區文化形態相呼應, 既要滿足使用功能要求,同時也要從美學觀點考慮建筑的造型,力求比例協調,勻稱得體,頂部以宋式較陡直的舉折做法為藍本,脊吻、斗拱、雀替、懸魚、藻井等,以變異簡化的手法加以運用, 將這些傳統要素融入新建筑中,使之既富有現代氣息又具有歷史的凝重感。
3.仿古建筑的設計方法
古建筑一直采用木構架為主要的受力體系,工程施工與設計主要以傳承的經驗、方法為主?,F在出現了大量的以鋼筋混凝土或鋼結構為主要受力體系的仿古建筑。為了對古建筑模仿做到形似,就勢必遵照古建筑木結構的結構形式和尺寸權衡,另外還得符合現代建筑規范要求。
按照現代力學理論進行簡化,運用現代計算工具進行建模、計算、分析。這樣將給建筑和結構設計提出了更高的要求,在仿古建筑的設計之初,設計人員腦袋里已經有了即將仿建的古建筑形式,是硬山、歇山還是攢尖,是卷棚還是正脊,開間、進深各為幾間,有沒有外廊,屋面舉折情況等等。
構想出要仿取的純正古建筑具體情況,然后再根據古代建筑模數制度計算各種構件的幾何尺寸,再根據簡化結構簡歷結構模型,運用現代結構計算軟件計算其內力,復核其截面是否滿足承載力要求。
4.結構體系驗算
采用現澆鋼筋混凝土仿木框架結構用SATWE程序進行整體計算 主受力框架用PK程序復核計算配筋。結構方式按照古建筑中的“疊梁式”,構架體系采用了步架和舉架的處理方法,其傳力途徑也明顯不同于傳統鋼筋混凝土建筑,屋面荷載通過T 形屋面板傳給屋面檁條梁,再由梁架逐層往下傳遞,最終通過最底層的梁傳給框架柱。
5.大屋頂結構設計
本工程各層都是由大屋頂組成的, 屋頂形式多樣, 有重檐歇山、十字脊、頂、攢尖、四坡。大屋頂的屋面板是由幾段折板組成, 在折板的轉折點, 按照建筑的要求, 主要區域直接設置鋼筋混凝土梁, 局部次要區域梁高與板底有高差時, 用磚墻填砌, 對于一些不能加梁的區域,則按照構造要求設置彎折鋼筋。外墻的封檐板因為尺寸的限制, 不能用填充墻砌筑, 則用現澆鋼筋混凝土板,板內配置雙層雙向鋼筋,分別錨入屋面板和屋面梁內。
6.斗拱和雀替的設計
筆者在考察其他仿古建筑時了解到:其斗拱大多是采用鋼筋混凝土預制構件, 各級斗與拱之間通過預埋件焊接連接。尺度較大時或座漿連接尺度較小時,斗拱在結構中為受力構件,這種做法的主要缺點是做工較粗糙、不美觀而且前者由于構件數量太多、防腐和維修費用較高、后者受力不太可靠。故本工程的斗拱采用木結構且僅作為裝飾構件,不考慮其受力屋檐荷載,通過斗拱上方的現澆混凝土桃尖梁以及斗拱中間的現澆混凝土剪力墻,傳給剪力墻下方的額枋斗和拱在桃尖梁施工前安裝就位。
雀替僅作為裝飾部分,不考慮其受力則采用鋼筋混凝土預制構件。用定型模板在施工現場制作,主體結構施工時在相應位置留設預埋件。預制的雀替通過預埋件與主體結構的額枋檐枋和檐柱焊接連接,木斗拱與混凝土的預制雀替都是作為裝飾構件與主體結構不是一起現澆成型,但采取了上述方式與受力構件連接后,再經過油漆彩繪處理整個建筑物渾然一體,完全達到了傳統木結構的藝術效果。
7.結束語
用鋼筋混凝土材料來建造多層仿古風格的現代建筑是經濟合理的選擇。由于鋼筋混凝土框架的受力機制與傳統的木構架不同, 許多古建筑中重要的受力構件如斗拱等設計成裝飾構件是比較經濟的做法。曲線形的屋面、懸挑的屋檐、起翹的屋角是傳統大屋頂的特色, 其做法是經過數千年的不斷演變形成的, 適合傳統的材料, 用鋼筋混凝土來仿造應從受力合理、施工方便等多方面綜合考慮。做到形似(外形、尺寸相似)是基本要求,做到神似(受力特點相似)是更高的要求,需要進一步的努力。
參考文獻:
關鍵詞:建筑;加固;結構設計;分析
Abstract: The author discusses the structural design of the housing reinforced engineered for reference.Keywords: construction; reinforcement; structural design; analysis
中圖分類號:TU2 文獻標識碼:A文章編號:2095-2104(2012)
現在加固的構件主要還是針對構造和承載能力薄弱的構件,在對建筑加固完成以后要考慮到加強以后的構件對加強部位以致整個結構整體的影響。否則有時加固改造后會適得其反。例如:對連續梁某一段采取增大截面法進行加固后由于剛度的變化會引起相鄰跨梁、柱的內力重分布;對多層磚混結構的某一層墻體采取夾板墻加固,使得該層墻體的剛度大幅度增加,形成與相鄰樓層的剛度差,對結構的抗震不利。此外還有加固后構件的承載能力提高,防火等級大幅度下降等問題。在建筑物進行加固的同時要從建筑的整體有總體上的把握,加固以后要符合現代結構設計理念和現代的建筑規程要求。
1 加固改造鑒定步驟
已建工程在加固改造前均需要由專業技術人員對其進行調查鑒定。一般步驟是:
1.1 收集資料。調查了解該項目的狀況(包括:設計圖紙、竣工資料、使用維護日志、使用環境等)和準備改造的內容(使用功能、條件等)。
1.2 現場調查、測試。在現場收集建筑材料資料(主體結構和維護結構材料的損傷情況等)和建筑結構(結構變形、裂縫等)資料。
1.3 根據項目實際情況和要求的加固改造方案進行結構驗算分析,以及進行相應的構件或模型試驗,對加固改造方案加以驗證。
1.4 加固改造工程一般應由具備相應資質并有經驗的單位來施工完成,在這期間設計、監理單位應嚴格審查施工方案,并配合相關部門做好質檢工作。
2 加固改造的有效措施
2.1 根基的加固
房屋的基礎加固實施比較困難和復雜。建筑物經過幾年的自然降已經達到了沉降的相對穩定,這時在進行加固的時候,肯定會造成原有基礎的附近土壤松動,從而影響了新的加固基礎的根基穩定狀態?;A加固一般有兩個方面,一方面是在原有的基礎上增添原有基礎的橫截面積以達到接層以后的抗壓力,這種加固方法一般適用于獨立型建筑的加固基礎。另一方面就是在原有基礎的旁邊增設基礎,在通過構件的相互轉換將承載壓力傳至到各個基礎上去,來分擔原有建筑的荷載。樁基礎經常采用這種加固方式。
在對建筑的加固基礎的過程中,要盡量避免對原有建筑的基礎的破壞,這是由于原有基礎仍然要受到原有建筑的承載壓力。同時也要根據現場的實際情況對結構主體產生的破壞和主體容易滑動的地方采取臨時加固的措施。在進行加固過程的設計時應該考慮接層以后新基礎的沉降會不會對建筑的主體產生影響,并建議加固基礎時采用減小沉降的相關地基處理方法,可以在地基的局部應用換土、壓實等辦法已達到降低沉降的目的。
2.2 原有構件的加固措施
建筑的加固結構框架的加固部位大多是指梁和柱。柱不符合承載力的要求,主要是因為柱軸壓比不符合規范要求,即橫截面積或者是混凝土的標號不符合標準。在建筑的加固過程中主要是對柱的截面積來實現的。一般來說有兩種方法,一種是在通過在原來混凝土上面包裹一層混凝土,使它們成為一個整體,以實現柱面積的增加來實現目的。另外一種就是在原有鋼筋混凝土的外表面用鋼結構進行加固,從而分擔原鋼筋混凝土的上部壓力荷載。加固使用的梁一般不滿足承載力的要求,這是由于梁的下部配筋不能滿足荷載作用下的要求。而且在加固的過程中和柱的加固方法類似都是在原有混凝土的表面增加混凝土的截面積來增大荷載能力。加固過程也可以運用鋼結構對梁進行加固,增強其抗彎抗剪能力。在加固過程中對墻體承載力和抗震構造而加固的一般采用磚混結構加固,磚混結構墻體的質量好壞可以直接影響整個建筑的抗震的是否牢固。
2.3 混凝土結構的加固改造
當前建筑行業應對混凝土結構進行加工改造的方法主要包括了一下幾點,筆者進行了詳細地分析。
2.3.1 外包鋼加固法。該方法的特點在于:將型鋼設置在混凝土構件的附件,使其和混凝土協調工作,以提升承載力。主要方式包括了干式、濕式兩大類。主要適用于:構件截面加大受限制,需大幅度增加高承載力。在使用化學灌漿外包鋼時需將型鋼表面的溫度控制在60℃以下,對于具有腐蝕性介質的環境需要制定相應的防護措施。
2.3.2 加大截面法。該方法的特點在于,利用不斷加大原結構材料的構件截面來提升建筑的承載力。主要適用于普通構建,如:梁、柱、板、墻等。
2.3.3 增設支點法。該方法的特點為:通過增加支點數量,實現構件的減少來計算長度和變形,提升承載力。主要分為剛性、彈性支點兩種,主要適用于:凈空不受限的梁、板、桁架等。
2.3.4 預應力加固法。該方法的特點為:結合預應力的鋼拉桿及撐桿作用,對原結構實施加固改造,從而將原結構承受的荷載轉至加固結構上。主要適用范圍:需要提升承載力、剛度、抗裂性,且保證較小的占用空間,在于梁、板、屋架等方面的施工較為常用。
2.3.5 繞絲法。該方法的特點為:將鋼絲包混凝土構件附近,使其與混凝土協調工作,提升承載力。主要適用于混凝土結構構件斜截面承載力較弱,以及要對受壓構件施加橫向約束力的條件下。
2.3.6 碳纖維織物加固。此方法的特點為:將碳纖維織物粘貼在混凝土表面來提升承載力。主要適用于一般的結構加固改造施工中,其優勢在于抗腐蝕、耐潮濕等,但要采取必要的防火處理。在計算碳纖維織物加固混凝土梁正截面承載力時,需要參照平截面假定的混凝土梁受彎基本理論,運用等效鋼筋面積法來保證計算結果的有效性,當等效鋼筋面積計算結果出來后,可利用鋼筋混凝土梁受彎構件的正截面承載力設計公式展開計算。
2.3.7 粘貼鋼板法。該方法的特點為:將鋼板粘貼在混凝土表面來提升承載力。主要適用于:受彎、受拉構件(梁、板)。通常在60℃以上的環境中不采用此方法,若處于腐蝕性介質環境時需要采取一定的防護措施。
2.4 鋼結構加固改造
鋼結構加固改造是較為常見的加固方式,其主要分成以下兩大類型:
2.4.1 加大構件截面。鋼梁和鋼柱的加固當否能夠利用焊接或高強度螺栓連接來完成。對施工條件進行了全面的分析,需要對施工條件、加固構件的應力分布時等要素進行研究,重點分析由于焊接加固引起的殘余應力和變形對加系數K(軸心受力的實腹構件:K=0.8;偏心受力和受彎構件以及格構式構件:K=0.9)。
2.4.2 轉變結構計算簡圖。這種加固方式是運用添加支撐系統變一榀一榀的排架結構為空間結構;通過添加支撐改變構件長細比來加強穩定及承載能力;將鉸接轉化成剛接,降低構件計算長度。
2.5 砌體結構加固改造
2.5.1 磚砌體中常見的問題有磚砌體承載力及穩定性達不到要求,可通過扶壁柱法和鋼筋網水泥法進行加固改造。
2.5.2 適用于磚柱的加固方法包括了增大截面法、外包型鋼法兩大類。在磚砌體結構中出現裂縫問題后應該根據實際情況制定處理措施。具體為:因溫度引起的裂縫,可利用填縫封閉和加筋錨固方法;若裂縫形狀小且數量多,可在裂縫穩定時期進行灌漿補強;若裂縫由結構因素引起,需要先進行加固處理,再解決裂縫問題。
3 結束語
隨著現代社會的經濟快速發展,民用建筑已成為特別建筑。因為它要被使用幾十年或者永遠的保留下來,但現在社會發展對建筑產生了新的外觀要求。為此,目前建筑工程加固的建筑也在逐漸增多,這次改進不僅改善了房屋戶型,有的也對建筑的樓層進行了添加,改善了其使用性能。為了使建筑跟進潮流的現代城市相匹配,實現城市規劃和房屋使用的新標準。也有一些建筑是由于長久失修導致房屋質量出現問題需要進行維修或維護使房屋得到相關的性能改造。所以,對房屋的加固改造對建筑工程具有重要的建筑意義
參考文獻:
[1] 中國建筑科學研究院.混凝土結構設計[M].北京:中國建筑工業出版社,2008.
關鍵詞:建筑;加固技術;結構設計;混凝土結構
中圖分類號:TS958文獻標識碼: A
前言
談及建筑中已受損部位,通常采取加固處理,對于加固可針對建筑局部或整體而言,但進行加固前勢必對被加固部分進行全方位考慮,以被加固部位原結構及其承載能力為前提,盡可能減少損壞其原結構。根據加固具備操作方法便捷、便于施工、工期較短等應用特點,我們要求建筑加固技術應符合施工安全、經濟效益高效果可靠,應保證施工方法簡單,工期短。
一、分析結構概念設計的重要性
關于結構概念設計,我們需認識力學中結構總體系與分體系間的特性及其關系,且于特定的建筑空間及地理位置、環境下運用整體概念設計對受損部位進行加固處理?;诋斍敖Y構設計及其計算理論具有某些缺陷或難以計算,勢必強調結構設計的重要性,如關于混凝土結構設計,因彈性理論計算法與塑性理論極限狀態下的截面設計得到的結果與實際值間的誤差較大,難以確保加固技術的設計是否得以充分發揮其應有的效果,為小化或規避這一問題,認識結構概念設計的重要性至關重要。
二、混凝土結構加固改造方面
1.植筋技術
目前,植筋技術已普遍應用于建筑加固工程中,該技術以普通鋼筋與螺栓式錨筋為主,通過連接并錨固混凝土的方式達到加固目的,操作簡單且有效。另外植筋不能使用冷軋扭鋼筋,能使用光圓鋼筋嗎?筆者曾經在某工程中看到用直徑8mm,的Ⅰ級鋼筋運用于剪力墻豎向分布鋼筋植筋錨固的實例。JGJ145-2004和GB50367-2006規定不使用光圓鋼筋,原因在于光圓鋼筋不能形成機械牙鍵,所植鋼筋長期錨固性能不能得到保障??蚣芙Y構填充墻拉結筋如果設計光圓鋼筋采用植筋方式施工應該允許,而運用Ⅰ級鋼筋剪力墻豎向分布筋植筋錨固則不太恰當。
2.托換技術
托換技術適用于對原建筑被加固部位的加固與改造,該技術具有較強綜合性,包含了托梁(托梁接柱與托梁換柱)、拆柱或墻等技術,主要由加固、頂升或復位先關結構以及拆除已廢棄構件達到加固目的。技術優點:工期短、費用低,但對施工人員要求較高,為保證施工安全,需由技術熟稔者進行。
3.修補技術
常用的修補技術以內部與裂縫修補為主:內部修補。該技術主要針對于建筑中的較大裂縫,對建筑結構的耐久性、安全性及其整體性均有較大影響。以壓力泵提供的壓力前提下將膠結材料通過壓入被修補的混凝土裂縫中達到加固目的。裂縫修補。該技術廣泛應用于建筑物中各類裂縫,但需分析混凝土裂縫出現的原因、大小及其特性,后具有針對性的開展封護處理。但目前,該技術除應用于修補外,尚未采用任何與之相對應的加固措施。
三、混凝土結構加固措施
1.增大截面加固措施
該技術應用與建筑原結構同類材料澆筑于鋼筋混凝土受彎或受壓部位,起著增大截面的作用,提高原結構截面的剛度及其抗彎、抗壓性能,達到加固目的。其次,在原結構的澆筑與新澆筑的共同作用下,有效提高被加固結構處的承載能力,進而強化建筑物的性能,例如使用性能與動力性能。技術缺陷:工作量較大、工期長及建筑養護時間長,且完工后明顯縮減建筑原空間,對生產與生活造成一定影響。
2.外包鋼加固措施
外包鋼板加固法廣泛應用于我國建筑業中,雖確保了建筑物的受力,但因耗鋼量較大,且需于60℃以下及有防護的環境中才得以使用,因此,對施工現場具有一定要求。該技術意在增加受拉、受壓鋼截面面積,提高截面承載能力及其剛度達到加固目的。常用類型以加固分濕式與加固干式為主,多用加固濕式外包法。相對于前者,干式外包法無需在被加固部位與鋼板間粘接任何材料,操作簡單。
3.外部粘鋼加固措施
采用粘接劑將加固板與建筑被加固部位粘接為整體,以粘鋼方式改善原構件的承載能力,延長其使用壽命。該技術具有施工簡單,工期較短且對生產與生活影響甚小等應用特點,實踐證實完工后,原建筑的外觀及凈空間變化甚微。因該技術屬于較高類施工工藝,要求施工環境需在60℃以下且濕度正常才得以順利開展加固操作,且操作水準與粘膠工藝對加過效果具有直接影響。另外在化學補強方法中,除外部粘鋼加固外,碳纖維加固工藝也不適為一種先進的加固工法,例如,某開發公司地下室梁柱加固、某水廠水泵房大梁加固工程,由于環境濕度較大,最適于采用碳纖維加固,與其它加固工藝相比,更具有耐濕耐潮、抗腐蝕強、自重輕、強度高、施工便捷、質量好的特點,加固性能均優于目前其它加固方法。
4.預應力加固措施
預應力加固技術有效提高柱、墻體的承載能力,效果顯著,且對原構件凈空間及外觀影響甚小,已普遍應用于混凝土梁、柱及墻等部位的加固工程中。該技術旨在通過外加預應力鋼拉桿加固原建筑構件達到加固效果,常用方式以下撐拉桿、預應力水平拉桿及組合型拉桿為主。技術應用優勢:降低了被加固部位的應力水平,且提高原構件截面的承載能力。
5.改變受力體系的加固措施
通過增加建筑物的受力點,改變其受力系統達到加固目的。該技術常用類型如下:托梁換柱?;趯ㄖ锷戏绞軗p部位無影響下,于建筑物下方砌或更換梁柱達到加固目的。增設受力點。常用彈性支點與剛性支點實現增設受力點,旨在減少建筑物結構跨度與改善其變形狀態,達到改善原構件承載能力的目的。增設構件法?;谠ㄖ飿嫾A上,根據實際需要增設新構件,達到減少原建筑物受力面積的目的,獲取加固效果。該方法普遍應用于廠房建筑中。
四、砌體結構加固措施
1.增設扶壁柱與混凝土外加層
增設扶壁柱技術意在增加截面面積,提高截面承載力,但其加固效果遠不及混凝土建筑物較優,且針對其難以抵抗地震,目前,僅限應用于我國非地震區域?;炷镣饧訉蛹庸碳夹g具備施工簡單、適用性較強的應用特點,且因我國已有較為成熟的設計及豐富的施工經驗,完工后,顯著提高混凝土截面的承載能力。
2.砌體墻增加配筋
比如20ft高的混凝土砌塊墻如果配筋足夠的話,其抗剪能力可能是不足夠的。在現有的墻體中加筋是否可以?當然可以。有數種向墻內安裝趕緊的方法。如:從側面植入鋼筋。在混凝土砌塊墻體內部按一定間隔(如槽中線間隔為4ft)切豎向槽,植入鋼筋后灌入砂漿。這項操作通常是從墻內部開始,以免影響外立面裝飾,特別是有磚鑲面的混凝土砌塊墻更應注意。豎向鉆孔配筋。這種方法是從墻體頂部向下鉆孔并植入鋼筋。和上面的方法相似,豎孔間距由計算分析,兩孔中心之間典型距離為4-5ft??讖揭话銥?ft,可用普通無收縮砂漿掛怒。也可用FEMA-172建議的聚酯砂漿灌注,這種砂漿有極好工作性和低收縮性。
結語
現如今,由于我國科技的飛速發展以及人們生活水平的不斷提高,對建筑結構設計提出了更高的要求,為確保國民生命及財產安全,提高建筑的耐久性尤為重要。在建筑業中,應用加固技術既延長了建筑物的使用壽命,且降低了舊建筑的拆遷機率,減輕了我國社會經濟負擔及對環境帶來的污染,利國利民。
參考文獻:
關鍵詞:仿古建筑;木結構;混凝土結構
中圖分類號:TU318
文獻標識碼:B
文章編號:1008-0422(2006)04-0121-02
收稿日期:2006-02-25
作者簡介:鄧曉春(1973-),女,1995年畢業于華中理工大學工業與民用建筑專業,湖南省建筑設計院內聘高級工程師,一級注冊結構工程師。
1 引言
中國古建筑雖然歷經了數千年的演變,但其獨特的結構方法和布置規模始終沒有改變,并且是世界上獨具風格的一門建筑學科,是世界建筑藝術寶庫中的一顆璀璨明珠。中式傳統古建筑以木結構為主,在材料選用、平面處理和藝術造型等方面都有許多自己的特點,但隨著社會的發展與進步,傳統木結構在防火與防腐方面的缺陷也日益明顯,新技術、新材料的運用使仿古建筑的設計和建造成為可能,這也是對中國古建筑文化的繼承與發展?,F代仿古建筑以鋼筋混凝土為主體結構,改變了傳統中國古建筑以木結構組合為主的受力系統,吸收了傳統中國古建筑風格的精華,在鋼筋混凝土結構的基礎上,將傳統古建筑的造型、部件等,作為裝飾效果,從而達到建筑上的仿古目的。以下本文將就某工程實例對此種建筑的結構設計談幾點體會,能為同行在設計工作中提供一些參考。
2 中國古代建筑的特點
中國古代建筑是以木構架為主的一種結構方式,平面布局內向含蓄,層次豐富,均衡對稱,空間布局靈活,承重與圍護結構分工明確;在建筑的設計和施工中很早就實行了模數制和構件的定型化,對于建筑整體到局部的形式、尺度和做法都有相當詳細的規定。中國古代建筑還獨創了斗拱的結構形式,并充分運用色彩的裝飾手段,使建筑物顯得莊重而華麗。
中國古代建筑的結構方式有“疊梁式”、“穿斗式”、“井干式”三種,屋頂形式有硬山頂、懸山頂、廡殿頂、歇山頂、攢尖頂和復合頂。
3 仿古建筑的結構設計要求
現階段的仿古建筑多采用鋼筋混凝土結構代替木結構,為了達到油漆彩繪之后與木構架相同的外觀效果,與傳統的鋼筋混凝土結構相比,仿古建筑的結構設計具有以下特殊要求:
3.1模數要求和構件定型化
各受力構件的規格需滿足古典建筑的模數要求,傳力體系的構成極其各構件的尺度和形體完全仿照古代木結構中柱、梁、枋、檁的相應做法。
3.2屋面造型要求
屋面變化顯著,造型要求高,構架體系采用了步架和舉架的處理方法,使屋面坡度越往上越陡峻,越往下越平緩,形成了曲線優美、出檐深遠的特征,體現了我國古代建筑的造型特點。
3.3建筑中有大量的具有獨特裝飾作用的結構構件,其中最具有代表性的是斗拱和雀替。
斗拱:斗拱中方型的底座叫做斗,上面錯落搭建的船形木塊叫做拱。斗拱是中國傳統古建筑特有的型制,它位于木結構梁和柱子之間,具有傳導屋面荷載、加大屋檐挑出長度、縮短梁枋跨度、吸收地震能量等結構作用和裝飾作用,是中國古代建筑中最具特色的部分之一。對于仿古建筑而言,因主體結構為鋼筋;昆凝土,裝飾常常成為斗拱的主要作用。
雀替:用于額枋(檐枋)與檐柱相交處,近似于三角形,表面有雕刻裝飾的構件??梢钥s短梁枋的凈跨距離,具有輔助拉結和裝飾雙重功能。
4 工程實例
4.1工程概況
開福寺位于長沙城北,它是一座殿字宏偉、氣勢非凡的千年古寺,具有“三湘名剎”之稱。開福寺始建于五代時期,距今已有一千多年的歷史,現有的寺院規模已不能滿足佛教事業的發展需要,自2004年開始修復擴建,大悲殿的建設就是其擴建工程子項之一。大悲殿為南方單層雙重檐仿古建筑,建筑面積1200m2,總高度25m,面闊七間,共37.8m,進深六間,共30.6m。屋頂形式為歇山頂,黃色琉璃瓦鋪蓋,飛檐翹角,氣魄雄偉,檐下為七踩斗拱。室內采用“露明造”,使空間更高大、更寬敞。該建筑采用了鋼筋;昆凝土仿木結構。
4.2大悲殿的結構體系
采用現澆鋼筋混凝土仿木框架結構,用SATWE程序進行整體計算,主受力框架用PK程序復核計算配筋。結構方式按照古建筑中的“疊梁式”,構架體系采用了步架和舉架的處理方法,其傳力途徑也明顯不同于傳統鋼筋混凝土建筑,屋面荷載通過T形屋面板傳給屋面檁條梁,再由梁架逐層往下傳遞,最終通過最底層的梁傳給框架柱。主受力框架立面詳見圖1。由于大殿建成后需供奉大尊佛像,故殿內抽掉了兩根里金柱,使相臨柱子間跨度分別達到了19.8m和18.6m。建筑平面圖詳見圖2。這么大的跨度在傳統古建筑中是罕見的,而為了保持室內“露明造”的完整性,在15.5m標高處設3根斷面為400x1200的交叉轉換梁(位于4軸、5軸、C軸上),共同支撐其上的柱子和屋面梁架體系。
4.3屋面板的設計
木結構的屋面木基層是由望板和椽組成的,這就使得仿古建筑的屋面板截面形式為T形,單向受力,板肋之間的距離很近、肋高較小見圖3,加上屋面陡峻圖4(大悲殿屋脊處為九五舉)、造型復雜,屋面一次性全現澆施工難度很大,支模困難,混凝土澆注質量和外觀效果均難保證。故將屋面板設計成疊合板,先預制單塊的預應力混凝土T形板(或幾塊T形板組合)作為底模,再在底模上綁扎鋼筋網,用細石混凝土澆注疊合層,完成后二者形成整體共同受力。設計時按疊合前和疊合后分階段對T形板進行強度計算、抗裂驗算、撓度驗算。分別滿足施工階段和使用階段的受力要求。
4.4斗拱和雀替的設計
在主體結構為鋼筋混凝土的仿古建筑中,斗拱是作為受力構件還是純裝飾構件?采用木結構還是鋼筋;昆凝土結構?這就值得探討了,筆者在考察其他仿古建筑時了解到其斗拱大多是采用鋼筋;昆凝土預制構件,各級斗與拱之間通過預埋件焊接連接(尺度較大時)或座漿連接(尺度較小時),斗拱在結構中為受力構件。這種做法的主要缺點是做工較粗糙、不美觀,而且前者由于構件數量太多防腐和維修費用較高,后者受力不太可靠。故本工程的斗拱采用木結構,且僅作為裝飾構件,不考慮其受力。屋檐荷載通過斗拱上方的現澆;昆凝土桃尖梁以及斗拱中間的現澆混凝土剪力墻傳給剪力墻下方的額枋,斗和拱在桃尖梁施工前安裝就位。
雀替僅作為裝飾部分,不考慮其受力,采用鋼筋混凝土預制構件,用定型模板在施工現場制作。主體結構施工時在相應位置留設預埋件,預制的雀替通過預埋件與主體結構的額枋(檐枋)和檐柱焊接連接。
木斗拱與混凝土的預制雀替都是作為裝飾構件,與主體結構不是一起現澆成型,但采取了上述方式與受力構件連接后,再經過油漆彩繪處理,整個建筑物渾然一體,完全達到了傳統木結構的藝術效果。建成后的大悲殿入口屋檐照片圖4。
5 結束語
鋼筋混凝土結構的仿木仿古建筑,因組合形式變化大,構件形狀復雜,其空間梁板的形狀定型和模板、鋼筋施工是最大的難題,給傳統的鋼筋混凝土結構設計帶來了許多挑戰,本文探討了一些新的思路,力求用現代的構造和裝飾處理,還原其傳統古代建筑的風格。大悲殿于2004年4月完成設計,同年5月開工,2005年年底建筑竣工圖50
參考文獻:
[1]馬炳堅.中國古建筑木作營造技術.(第二版).科學出版社,2003.