金屬斗拱研究

魏東 紀成華 張勇

1.濟南市工程質量與安全中心 山東濟南 250013

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我們知道斗拱是中國古代木結構建筑中最具特色的一種構件，也可以稱得上是中國古代傳統木結構建筑的特征。斗拱是靠卯榫結構將木構件相互組合而成的一種承載構件組合體。用于柱頂、額枋、屋檐和構架之間，起到承重連接的作用。傳統木結構建筑發展到明清時期，斗拱的承載作用逐漸弱化，主要用作裝飾構件了。

1 金屬斗拱應用的歷史現狀

古代傳統建筑最初因為材料的限制，木結構出現較早，早在秦漢時期，木斗拱已普遍應用。在各個歷史階段逐步出現了琉璃和金屬的建筑，例如云南昆明的“金殿”（圖1），也就是銅鑄的殿宇。這些各種形式的建筑中都有斗拱造型。到了現在的社會，因為技術和材料的限制，大家更多的在研究混凝土斗拱和金屬斗拱（圖2）。

圖1 昆明-金殿

2 金屬斗拱的幾個主要分類

金屬斗拱目前主要指鋁合金斗拱、鑄銅斗拱、焊接鋼斗拱等。

2.1 鋁合金斗拱

傳統斗拱因為構件的職能或者位置不同，有多種不同的類型，包括平身科斗拱、柱頭科斗拱、角科斗拱、溜金斗拱、牌樓斗拱和隔架斗拱等等。我們在這里主要描述的是平身科斗拱和角科斗拱。在現代的框架建筑結構中，斗拱不承擔結構荷載，所以現在鋁合金斗拱僅起到裝飾作用，只在平身科和角科有些微變化。

鋁合金斗拱具有結構簡單合理，自身重量較輕的優點。還能在其表面進行各種裝飾，是對中國傳統建筑裝飾的創新。目前國內建筑市場金屬斗拱的加工主要分為兩種，一種是按照斗拱外形一體鑄造成型，不需要單獨進行分解組裝。另一種是按照傳統斗拱的組合進行仿造，安裝時也需要按照傳統的安裝流程進行由下而上的系統組裝。

2.2 鑄銅斗拱

銅斗拱一般采用銅鋁合金或者銅鉛鋅合金材料進行加工，這樣銅板的加工更加方便，同時造價相對節省。銅板的材質一般選用3.5mm厚板材進行加工，不易變形。

2.3 鋼板焊接斗拱

鋼斗拱一般采用4mm冷軋鋼板焊接成型。鋼斗拱的應用較少，原因是鋼材具有幾個缺陷。首先是易生銹，即使進行全面的油漆封閉也很容易出現銹斑，影響美觀，二是鋼材導熱更快，熱膨脹系數大，經歷寒暑（尤其在北方）更容易造成變形和松動。

3 金屬斗拱的加工過程

根據上述的表述，我們目前較多應用的是鋁合金斗拱和銅合金斗拱，這兩種材質性能接近，加工技術接近，區別是鋁合金材料價格較低并在油漆噴涂的技術上更有優勢。下面我們的介紹就以鋁合金斗拱為基礎，不再細分材質。

3.1 金屬斗拱材料選用標準

GB/T2040銅及銅合金板材；

GB/T3190變形鋁及鋁合金化學成分；

GB/T20975(所有部分)鋁及鋁合金化學分析方法；

CB/Z66-1987銅板的焊接。

3.2 金屬斗拱圖紙分解步驟與要求

①方案設計→②繪圖的順序→③校對內容→④審核范圍→⑤材料計劃單→⑥資料存檔內容→⑦圖紙、材料變更→⑧繪制現場安裝圖→⑨圖紙應設圖紙目錄→⑩安裝結構

3.3 異形的加工工藝

金屬斗拱為了表現傳統建筑的神韻，要按照傳統斗拱的規制進行設計、加工和安裝。這其中最大的困難是進行構件分解、校對、焊接。如果此環節沒有做好，將直接影響整體效果。這里面對拱、翹、昂頭等異形構件的加工最為復雜。

①加工準備。a.金屬板下料后應與斗拱設計施工圖進行認真核對，并應對下料單數據進行現場復測。b.對所加工的金屬板材料檢查是否有產品合格證，原材料的規格、品種、尺寸、質量等級是否同加工圖紙相符。c.雙曲面構件測量、放樣、下料應該由加工廠專門指派技術員與現場技術員進行操作與核對。

②加工制作精度適用表。

③斗拱系統構件的檢驗。a.對斗拱構件按5%進行抽樣檢查，且每種構件不得少于5件，當有一個構件不符合規范要求時，應加倍抽檢，復驗合格后方可出廠，應做好檢查檢驗記錄。b.產品出廠時，附有檢驗質量合格證，說明產品安裝的部位、樓層、數量。

3.4 金屬斗拱安裝

（1）安裝工藝流程圖。施工準備→測量放線→埋件安裝→龍骨安裝→斗拱系統安裝→調整平直→補漆→清洗→成品保護→內部驗收→竣工資料準備→竣工驗收→成品交接→售后服務維修。

（2）相鄰構件裝配間隙及同一平面的允許誤差

表2 相鄰構件裝配間隙及同一平面的允許誤差

3.5 油漆技術的發展

（1）現代油漆技術與古代油漆的工藝有了很大的變化，但是不能說明就比古代的油漆技術效果好，過去古建筑使用的大漆工藝，成活后可以保持幾十年完好。現在的木質油漆技術，雖然經歷了一個世紀的發展，在抗老化方面仍然不能令人滿意。我們經常看到一些古建筑或仿古建筑發生油漆開裂、起皮、脫落的現象就是這個原因[1]。

（2）問題的主要原因是現在的油漆元素不是傳統的礦物原料，抗老化能力差。為了避免這個問題，很多仿古建筑仍然以傳統的大漆工藝為主，但是傳統的大漆工藝具有施工周期長、工序復雜、施工過程有害物質傷害人員的問題。

（3）現在采用金屬斗拱系統構件，在油漆工藝選擇上可以考慮以下幾個方案，能有效避免以上弊端，延長使用周期。

①噴涂分類：

a.按工藝分為：靜電噴漆（塑粉烤漆）和液體噴漆（傳統噴油漆）.

b.按使用環境分為：普通漆（戶內使用）：戶內型漆主要用于室內，由于涂膜受外界影響小，對漆膜要求較低，可應用種類較多，如一般常用的環氧/聚酯類、其它包括純環氧類，特殊環境可考慮使用特殊漆。

特殊漆（戶外使用）：戶外型漆由于涂膜所處的環境受風吹、日曬、雨淋、地域（如海邊、城市與農村、南方與北方等）、環境（酸、堿性）等諸多因素的影響，對涂膜耐候性、持久性有較高的要求，此類涂料一般常用類型為純聚酯塑粉、其他還包括聚氨酯塑粉、丙烯酸塑粉、氟碳塑粉或兼具以上幾種塑粉性能的涂料。

②引用標準：

GB/T1766-1995涂層老化的評級方法；

GB/T1771-1991色漆和清漆耐中性鹽霧性能的測定；

GB/T1865-1997色漆和清漆人工氣候老化和人工輻射暴露（濾過的氙弧輻射）；

GB/T13452.2-1992色漆和清漆漆膜厚度的測定；

HG/T2006-2006熱固性粉末涂料。

③技術要求。

a.顏色。產品開發時，由三方（供應商、設計、產品經理）確認顏色并保留色板。生產時各類產品所用的顏色應與確認的色板或標準色號相一致[2]。

b.外觀。零、部件的主要表面及次要表面涂覆后檢驗方法。油漆件、塑粉件表面色澤均勻，不應有露底、龜裂、流掛等缺陷。油漆件、塑粉件表面允許有輕微桔皮現象，但需符合規范標準。

4 金屬斗拱加工目前存在問題

現實中仿傳統建筑民居還沒形成規模，且沒有行業規范與標準，造成金屬斗拱市場質量良莠不齊。

文化的缺失。目前市場大量的仿古建筑，采用的新材料做法，總是缺乏傳統文化的韻味。很多的特色小鎮，打著仿古建筑的旗號，但是建出來的大多是新、奇、古、怪。建筑的文化底蘊相對比較膚淺。究其原因，主要是設計人員未能把握中國傳統建筑的特色，沒有從傳統建筑中的特色和文化傳承入手，造成仿古建筑的臆造。這就提醒我們要充分尊重傳統建筑的文化內涵，不可隨心所欲，造成四不像建筑，也是我們努力的重點方向[3]。

5 金屬斗拱系統的應用前景

現在金屬斗拱的使用剛剛進入起步階段，以山東省為例，全面采用金屬斗拱和構件的大型仿古建筑僅有濟南市大明湖的超然樓和臨沂市蒙山風景區的望海樓。金屬斗拱市場占有率偏低的原因有多種，主要是很多企業還停留在傳統木作業的思想基礎上，認為不使用傳統工藝就不能體現傳統建筑文化。還有加工制作大多停留在半手工作業，同時金屬材料持續漲價，帶動了金屬斗拱的價格比傳統木質斗拱沒有價格優勢。可是因為耐久性好，維護成本低，總體比較優勢明顯。

我們看到，政府大力弘揚傳統文化，包括傳統建筑文化，更多城市從新區開發到舊城改造，傳統建筑形式也受到更多重視。

從房地產開發的數據來看，截止2017年，房地產業的產值上漲至53850.7億元，在國家GDP中所占的比例為6.51%。在國內前100家房企中，我們看到至少已經有20多家開始開發傳統民居項目。例如：“中國院子”、“即墨古城”、“楊柳清風”等。這些地產的變化轉型也附帶著金屬仿古構件的發展。這些都是金屬斗拱構件今后的廣闊市場。

由此可見，金屬斗拱系統，應用范圍廣泛，維護成本低廉，市場預期信心滿滿，推廣的前景可觀。

6 結語

通過上述匯報內容對比可以看到，我們在仿古建筑的設計施工中，往往注重了外觀形象，沒有關注傳統建筑文化。注重了形式的疊加，沒有理解結構傳承的關系。所以現在的仿古建筑市場“假古董”與“偽建筑”很多。

我們致力于金屬斗拱的研究和發展，主要原因就是為了推廣金屬斗拱的應用，為了現在社會發展中保留傳統的同時進行不斷的改進與創新。我們也知道傳統建筑文化涵蓋了太多的內容，每個節點都蘊含著歷史與傳承，這就要求我們在推廣金屬斗拱的同時，還要開發與之相關的其它構件產品，例如金屬雀替、檐、椽、額枋等產品。在豐富產品結構的同時，更廣泛的服務于大量仿古民居建筑的應用，更好的服務于古建文化建設事業。