古建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)技術(shù)及其實(shí)例探討

【摘要】中國古建筑具有其獨(dú)特的結(jié)構(gòu)方法和布置規(guī)模，是世界上獨(dú)具風(fēng)格的一門建筑學(xué)科。隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，新技術(shù)、新材料的應(yīng)用，使得我國古建筑物文化得到了繼承和發(fā)展。本文筆者將結(jié)合具體的工程實(shí)例，詳細(xì)探討古建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，希望能對(duì)類似工程起到借鑒作用。

【關(guān)鍵詞】古建筑；設(shè)計(jì)技術(shù)；實(shí)例探討

1.引言

中國古建筑具有其獨(dú)特的結(jié)構(gòu)方法和布置規(guī)模，經(jīng)過了數(shù)千年的演變，已形成了成熟的獨(dú)特的建筑體系，在世界建筑學(xué)科中占有著一席之地，是世界建筑藝術(shù)學(xué)庫中的一個(gè)璀璨明珠。我國的古建筑主要是以木結(jié)構(gòu)為主，在材料的選擇和平面處理上具有其獨(dú)到之處，同時(shí)在藝術(shù)造型也具有不同的特點(diǎn)。隨著社會(huì)的發(fā)展和進(jìn)步，傳統(tǒng)的木結(jié)構(gòu)在防腐和防火方面表現(xiàn)出了一定的不足。但是，隨著建筑學(xué)的發(fā)展，特別是新技術(shù)和新材料的應(yīng)用，使得仿古建筑的設(shè)計(jì)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(fā)展?，F(xiàn)代的古建筑在吸收了傳統(tǒng)古建筑的風(fēng)格精華的基礎(chǔ)上，大量應(yīng)用鋼筋混凝土等新材料，使得現(xiàn)代古建筑在造型和部件等上表現(xiàn)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(diǎn)

中國古代建筑的結(jié)構(gòu)形式采用的是木結(jié)構(gòu)體系。木結(jié)構(gòu)體系平面布局內(nèi)心含蓄，層次豐富，均衡對(duì)稱，同時(shí)在空間上，布局較為靈活，承重結(jié)構(gòu)受力明確；在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和施工上已形成成熟的樣式和工藝，可以實(shí)現(xiàn)模數(shù)制和構(gòu)件的定型化。中國古代建筑還創(chuàng)造了具有獨(dú)特風(fēng)格的斗拱形式，并且通過色彩的裝飾，實(shí)現(xiàn)建筑整體效果的美化，使得整個(gè)建筑結(jié)構(gòu)顯得莊重和華麗。中國古代建筑的結(jié)構(gòu)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(fù)合頂”等。

3.工程實(shí)例

3.1工程概況

本建筑為某市一千年古寺的擴(kuò)建工程。該古寺為一座殿宇宏偉、氣勢(shì)非凡的千年古剎，至今已有一千多年的歷史，隨著佛教事業(yè)的發(fā)展，該古寺的建筑規(guī)模已無法滿足發(fā)展的需要，需要對(duì)該寺進(jìn)行修復(fù)擴(kuò)建。其中一個(gè)最主要的擴(kuò)建子項(xiàng)為大悲殿的建造。該大殿的建筑總面積為1200m2，采用的結(jié)構(gòu)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(jìn)深則為六間，深度一共為30.6m。屋頂?shù)男问讲捎玫氖切巾敚S色琉璃瓦鋪蓋，飛檐翹角，氣魄雄偉，檐下為七踩斗拱。室內(nèi)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(jié)構(gòu)。以下將對(duì)該大殿的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行重點(diǎn)闡述。

3.2結(jié)構(gòu)體系

該大殿的結(jié)構(gòu)體系采用的是現(xiàn)澆鋼筋混凝土仿木框架結(jié)構(gòu)。對(duì)整體進(jìn)行計(jì)算采用的計(jì)算軟件為SATWE程序，并采用PKPM程序?qū)蚣艿闹饕芰ε浣钸M(jìn)行復(fù)核。該大殿的結(jié)構(gòu)方式采用的是古建筑結(jié)構(gòu)形式中的“疊梁式”，同時(shí)對(duì)于框架體系的處理，采用的是步架和舉架的方式。跟傳統(tǒng)的鋼筋混凝土建筑相比，這種結(jié)構(gòu)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(dān)。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(nèi)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(dá)到19.8m和18.6m，這種跨度在古建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中較為罕見。該大殿的室內(nèi)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(biāo)高處設(shè)置了3根較叉轉(zhuǎn)換梁，梁的斷面長(zhǎng)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(shè)計(jì)

木結(jié)構(gòu)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(shè)計(jì)為T形，這種形式主要為單向受力，同時(shí)板肋之間的間距較小，并且肋高也較小。同時(shí)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(fù)雜化，因此屋面板進(jìn)行混凝土的一次性現(xiàn)澆施工難度大，同時(shí)模板的支設(shè)也較為困難，這使得現(xiàn)澆混凝土的施工質(zhì)量和外觀效果難以得到保證。為了解決這個(gè)問題，本工程決定采用將屋面板設(shè)計(jì)成疊合板的方式。首先預(yù)制單塊的預(yù)應(yīng)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(wǎng)，然后采用細(xì)石混凝土澆筑疊合層，澆筑完成之后即可實(shí)現(xiàn)二者的結(jié)合，使之成為一個(gè)共同的整體，共同承受荷載。在進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，需要分別對(duì)疊合前和疊合后的階段進(jìn)行計(jì)算，需要計(jì)算的內(nèi)容主要為強(qiáng)度計(jì)算、抗裂驗(yàn)算以及撓度驗(yàn)算。兩個(gè)階段都應(yīng)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(shè)計(jì)

在主體結(jié)構(gòu)采用鋼筋混凝土的仿古建筑中，對(duì)于斗拱，是作為受力構(gòu)件還是作為純裝飾構(gòu)件是設(shè)計(jì)中需要考慮的問題。同時(shí)，還應(yīng)考慮斗拱是采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)還是采用木結(jié)構(gòu)。根據(jù)對(duì)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(yù)制構(gòu)件，各級(jí)斗與拱之間根據(jù)跨度的不同采用不同的連接方式，分別為當(dāng)跨度較大時(shí)，通過預(yù)埋件采用焊接的方式進(jìn)行連接，當(dāng)跨度較小時(shí)，采用座漿進(jìn)行連接，在結(jié)構(gòu)中斗拱主要是起到受力構(gòu)件的作用。這種做法存在一定的缺點(diǎn)，包括做工較為粗糙，美觀方面無法滿足要求，而且前者構(gòu)件數(shù)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(jīng)過考慮，本工程斗拱采用的是木結(jié)構(gòu)，在結(jié)構(gòu)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(xiàn)澆混凝土挑尖梁以及在斗拱的中間存在的現(xiàn)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(yīng)做好斗和拱的安裝，并確保就位精確。

在該大殿的結(jié)構(gòu)中，雀替也是作為裝飾構(gòu)件，同樣不考慮其受力性能，主要采用的是鋼筋混凝土預(yù)制構(gòu)件。在施工現(xiàn)場(chǎng)采用定型模板進(jìn)行雀替構(gòu)件的制作。在進(jìn)行主體結(jié)構(gòu)的施工時(shí)，應(yīng)在雀替構(gòu)件的安裝位置預(yù)先設(shè)置預(yù)埋件。當(dāng)進(jìn)行雀替的安裝時(shí)，雀替與主體結(jié)構(gòu)的額枋和檐柱的連接是通過預(yù)埋件焊接在一起的。

在本工程中，斗拱采用木結(jié)構(gòu)，雀替采用鋼筋混凝土預(yù)制結(jié)構(gòu)，兩者均是起到裝飾作用，不考慮受力性能，與主體結(jié)構(gòu)之間不是通過現(xiàn)澆的方式進(jìn)行連接，但是它們與主體結(jié)構(gòu)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(duì)斗拱和雀替進(jìn)行處理，從而使之與整個(gè)主體結(jié)構(gòu)形成一個(gè)統(tǒng)一的整體，完全達(dá)到了傳統(tǒng)木結(jié)構(gòu)的美觀效果。

4.結(jié)語

在現(xiàn)代古建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)通常是采用鋼筋混凝土作為主體結(jié)構(gòu)，使得不僅吸收了傳統(tǒng)古建筑的風(fēng)格精華，同時(shí)新材料應(yīng)用使得現(xiàn)代古建筑在造型和部件等上表現(xiàn)出更多的靈活性。而合理地布置結(jié)構(gòu)體系以及靈活地進(jìn)行構(gòu)造設(shè)計(jì)是有效地保證古建筑風(fēng)格的關(guān)鍵。

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