古建筑與現代結構技術結合的分析

□文/杜學斌

古建筑與現代結構技術結合的分析

□文/杜學斌

中國古建筑藝術承載著中國古代建筑文化精髓。即使在當今社會仍然有其不可忽視的魅力，在當今的結構技術和材料應用水平下，古建筑與現代結構技術的結合應用，是拯救中國古建筑危機的重要條件之一。文章提出了古建筑與現代結構技術結合的方法。

古建筑；結構；技術

中國古建筑文化是中華傳統文明的重要組成部分，有著獨特的文化魅力，因此，仿古建筑必將是我國建筑領域不可缺少的組成部分。

當今現代科技高速發展、新材料應用日新月異，古建筑在材料應用、工藝做法、施工工藝方面的落后，使其在應用方面受到限制。在這種情況下，設計者有責任科學地將先輩經千百年錘煉的建筑文化精髓——中國古建筑藝術與現代結構技術、工藝、材料相結合，使其在歷久彌新，得到更廣闊地發展。

1 古建筑的特點

我國現存古建筑大多為明清時期所建[1]，包括皇室宮殿、官署府第、寺觀祠廟、城鄉民居等，基本均符合清代《工程做法則例》[2]，具有豐富多變的屋頂造型，僅屋頂就分為重檐廡殿頂、重檐歇山頂、單檐廡殿頂、單檐歇山頂、懸山頂、硬山頂、攢尖頂等，更有在上述屋頂形式基礎上進行發展變化的其他樣式，古建筑屋頂，翼角伸展飛揚、造型美觀，其屋面懸挑長度、構件跨度等，均與建造時的科技水平、材料水平所匹配。當時人們以木材為主料，通過卯榫扣搭形成柱、梁、檁、椽構架，曲弧的屋面是完全符合木構舉架層層內縮的造型，而木構舉架的做法則是當時人們盡量擴大房屋跨度的合理有效選擇，正如桁架形式的可達到跨度，要遠大于單梁結構。見圖1。

圖1 中國古建筑構架[3]

中國古建筑的美歷經上千年的發展，其優美壯麗的輕盈造型，柔和中顯示穩重，樸素中透出輕快、玲瓏，其獨特美感已經融入中國人的潛在建筑審美意識中。中國古建筑在一定范圍內必將有一定的應用，因而對它所依附的載體（用材與結構）則必須與新技術、新材料相結合，才能有更廣闊的應用。

2 古建筑需改進的方面

古建筑的結構產生于人類僅能利用木材的條件下，只是采用柱梁檁椽卯榫連、梁梁抬搭成舉架的簡便做法；因而在結構技術方面顯露出種種缺點，如用材受限；跨度高度受限；手工作業，對傳統手工工藝要求較高；細部做法繁瑣等，在應用范圍、普及程度上，遠遜于普通混凝土結構及鋼結構。而如今在現代建筑科學技術大規模發展、材料水平大幅提高的情況下，結構材料豐富，力學理論進步，很多方面可以以現代手法、材料對古建筑做法進行改進。

1）承力構件應盡量采用鋼管。以圓管替代圓木，方管替代方木，其強度高，焊接簡便易行，耐久性能好。

2）柱底皆設置鋼筋混凝土的柱基、同時鋼管柱與鋼筋混凝土基礎的連接應做成有效剛接構造，使古建筑的剛度、穩定性、抗風、抗震能力大為增強。

3）古老的舉架做法應改用桁架、上部梁柱的連接做剛接。桁架與框架的并用將可使屋架的承載跨度、抗風、抗震高度大幅加大。

4）斗拱等構件體現了古建筑韻味，雖無受力作用，但可以以現代材料進行工場預制，在現場與主體進行拼裝。

另外，當今的新材料層出不窮，單以瓦材而言，就有多種不同規格、色澤的彩鋼瓦，擠壓成型涂塑的水泥瓦，復合的類石板瓦，多彩玻纖瀝青瓦，復合塑料瓦，甚至銅瓦等，它們多是以咬接、鉚拉、釘固等構造固定的，其施工簡便、重量輕，有著古建筑小青瓦（板瓦及筒瓦）不可比擬的優越性，而小青瓦外露椽的韻味則是古建筑不可或缺的。因此，可對古建筑屋面構件采用現代輕質材料，僅外露展示部位采用古建筑用材。例如，古建筑屋頂除周邊數百毫米寬采用小青瓦外，中部大面積則彩用現代輕質瓦材，再對起脊的填墊采用加氣混凝土，可有效減輕結構荷載。

3 具體做法

1）圖2、3所示桁架可用于替代古建筑中的舉架做法。圖2用于有正脊情況，圖3用于卷棚脊情況。架中桿件可皆用鋼管，管與管的連接采用相貫節點。下弦桿應用直管，上弦桿可以允許在節點處切口，口內加塞節點板、彎折焊成折線形上弦（在節點間則為直段）。如上弦采用整長的弧形桿，則在對桁架桿的內力計算中應計及軸力偏心產生彎矩的作用影響。

圖2 正脊屋架

圖3 卷棚式屋脊架

2）圖4所示為建筑采用重檐時的復式構架。采用鋼結構的現代技術、設置重檐是簡便的，做多層重檐以及內部增設樓層皆可允許，底層可做成進深跨度達20 m上下的大空間。當做多層時，為減小層間主結構的計算跨度尺寸，可由屋頂桁架伸下吊柱承擔樓層重，這對屋頂桁架來說，由于其空間高度尺寸較大，故協助承擔樓層負載應是可以允許的。吊柱的設置，多少均可，但必須是由桁架的節點處伸下方為合適。

圖4 重檐式屋架

4 結語

1）在現代科技日益發展、新材料層出不窮的形勢下，中國古建筑能否有立足生存之地，這就要從古建筑的技術和藝術兩個方面來考慮。就古建筑的藝術風格來看，其屋頂懸檐、弧瓦、翹脊的造型既適用又美觀，顯示出獨特的裝飾性作用，對此，應著力傳承、不可丟棄。但對應技術角度來看，它形成于千百年之前，其技術、材料在很多方面必然是落后的。因此，要拯救我國古建筑的精華，就必須首先對支托古建筑藝術的結構技術與用材進行改進，推動古建筑藝術融入現代建筑事業的洪流之中。

2）推行古建筑過程中應著力改進、清除技術落后的一面，既要保證仿古建筑的韻味，又應盡量采用現代材料、工藝。

3）有關方面應制訂措施，鼓勵、推動多方面進行古建筑改進的具體技術業務工作，制定標準構造圖集等。

[1]梁思成.圖像中國建筑史[M].費慰梅，編.梁從誡，譯.北京：中國建筑工業出版社，2001.

[2]傅熹年，中國古代建筑十論[M].上海：復旦大學出版社，2004.

[3]樓慶西，中國建筑二十講[M].北京：生活·讀書·新知三聯書店，2001.

TU986

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1008-3197（2011）01-22-02

2010-12-30

杜學斌/男，1978年出生，工程師，天津市城建學院建筑設計研究院，從事結構設計工作。