當木制斗拱邂逅鋼網(wǎng)架

□唐秀潔

（蘭州大學土木工程與力學學院 甘肅 蘭州 730000）

當木制斗拱邂逅鋼網(wǎng)架

□唐秀潔

（蘭州大學土木工程與力學學院 甘肅 蘭州 730000）

近年來，越來越多的建筑物或是千篇一律，或是跟風不止，有必要從歷史之中挖掘財富，豐富設(shè)計。文中首先介紹了木結(jié)構(gòu)的特點，并介紹了斗拱的一些特點；其次介紹了現(xiàn)代社會常采用的鋼結(jié)構(gòu)，并介紹了網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的特點。再針對斗拱與網(wǎng)架結(jié)構(gòu)做以比較，發(fā)現(xiàn)兩種結(jié)構(gòu)具有很多共同點。文中最后針對現(xiàn)代設(shè)計與歷史結(jié)合提出了一系列建議。

建筑設(shè)計；斗拱；網(wǎng)架

建筑，作為一種富含生命力的文明載體，隨著中華文明5 000多年來的文明發(fā)展而不斷推陳出新。進入21世紀以來，造型別致，布局精巧的建筑物在中華大地上如同雨后春筍般，不斷的破土而出，野蠻生長。然而，建筑設(shè)計卻仿佛陷入了一種束縛之中。近年來，越來越多的建筑，或是千篇一律，或是跟風不止，建筑設(shè)計領(lǐng)域仿佛如同噴發(fā)過后的火山，熱情不減而資源枯竭。因此，建筑設(shè)計有必要從歷史之中挖掘財富，收獲靈感。

1 木結(jié)構(gòu)與鋼結(jié)構(gòu)

1.1 木結(jié)構(gòu)

中國古代建筑中，木質(zhì)結(jié)構(gòu)占據(jù)了絕大多數(shù)的篇章。日本建筑學家、歷史學家伊東忠太曾經(jīng)發(fā)表過一些針對中國建筑流派的觀點，他認為中國建筑主要以間架結(jié)構(gòu)為主，其中榫卯結(jié)構(gòu)使用的非常廣泛，這從一定程度上表明了中國古代建筑的風格。這種以間架結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)的木制建筑設(shè)計成為了中國古代建筑的典型形制。而在間架結(jié)構(gòu)的橫縱交接與榫卯結(jié)構(gòu)的相互搭接之中，中國建筑最偉大的造型之一——斗拱，應運而生[1]。

斗拱，是我國建筑歷史上作為屋頂（屋面）構(gòu)件中，一種應用很廣泛的建筑形式。是由矩形或正方形的斗、升、拱、翹、昂等構(gòu)件組成了傳統(tǒng)意義上的斗拱。斗拱通常作為較大建筑物的承重部分與屋頂之間的過渡構(gòu)件。斗拱能夠有效地承載突出于主體建筑之外的屋檐，將其荷載進行匯集，進而傳遞到承重構(gòu)件上，或間接的通過額枋的傳遞再轉(zhuǎn)到承重構(gòu)件上。在中國建筑歷史上，具有保存價值的眾多傳統(tǒng)古典建筑多采用斗拱的形式。它的存在既蘊含著中國古代森嚴的等級制度，且形式上美觀大方，具備著良好的承載能力，是古代工匠的智慧結(jié)晶。[1]。

斗栱在中國建筑史的演變過程中，書寫了濃墨重彩的一筆，中國傳統(tǒng)木質(zhì)建筑的演變與斗拱的形勢變化息息相關(guān)，因此斗拱可以作為鑒別中國建筑年代的重要憑證。斗拱的演變學術(shù)界劃分為三個階段。西周至南北朝時期為第一階段的演變。從出土的文物中，周朝的一些器皿上已經(jīng)有了斗拱的斗狀圖案，數(shù)百年后，戰(zhàn)國時期的墓穴中也出土了具有斜拱圖案的銅制容器。兩漢時代的石闕、器皿、壁畫和畫像磚上也有大量斗拱的形象。從漢高頤闕和四川牧馬山、山東高唐出土的漢明器陶樓上可以看出，柱頂有斗拱承托檁、梁或樓層地面枋，挑梁外端的斗拱承托檐檁，各個斗拱間互不相連[2]。漢代以后開始在柱間用斗拱，最初是一種現(xiàn)在被稱之為人字拱的斗拱形式，即在額枋上立一個交叉構(gòu)件，上置一斗，承托檐檁[2]。

圖1 斗拱造型圖

同時，斗拱中應用了榫卯結(jié)合的結(jié)構(gòu)體系，這種結(jié)構(gòu)與現(xiàn)代建筑中常用的框架結(jié)構(gòu)非常相似，是整體結(jié)構(gòu)抗震的關(guān)鍵。其構(gòu)架節(jié)點類似于鉸接體系，這樣的體系確保了結(jié)構(gòu)整體的剛度。在遇到強烈地震作用時，由于建筑整體的空間結(jié)構(gòu)采用榫卯結(jié)合的形式，會在地震作用下發(fā)生彈性形變，進而消耗地震傳來的能量，使整個房屋的地震響應大為降低，起了抗震的作用。與不設(shè)置斗拱的建筑相比較而言，采用了斗拱形式的建筑結(jié)構(gòu)的抗震性顯然在抗擊抵御自然力量的表現(xiàn)上要更為出色。

1.2 鋼結(jié)構(gòu)

鋼結(jié)構(gòu)顧名思義，是以鋼材制作為主的結(jié)構(gòu)，是主要的建筑結(jié)構(gòu)類型之一。鋼材的特點是強度很高、自重較輕、剛度與延展性都很好。鋼結(jié)構(gòu)在大跨度建構(gòu)筑物與超高型建筑物中應用廣泛。同時鋼材料勻質(zhì)性和各向同性好，可視作理想彈性體，最符合一般工程力學的基本假定；材料塑性、韌性好，可以允許較大變形，能很好地承受動力荷載。

在鋼結(jié)構(gòu)中，常常會見到網(wǎng)架結(jié)構(gòu)這種形式。由多根鋼材料桿件，通過節(jié)點連接在一起形成鋼網(wǎng)架的結(jié)構(gòu)，叫做網(wǎng)架結(jié)構(gòu)。該種類結(jié)構(gòu)具有空間受力小、重量輕盈、剛度較大、抗震性能好等優(yōu)點；可用作飛機場、歌劇院、電影院、大禮堂、奧運體育中心等多種大跨度建筑的屋蓋[3]。

1.3 斗拱與網(wǎng)架

近年來興起的鋼結(jié)構(gòu)中，大型建構(gòu)筑物通常使用網(wǎng)架結(jié)構(gòu)作為屋面，進行承重與傳遞荷載。而在數(shù)千年前，木質(zhì)結(jié)構(gòu)中斗拱這一建筑構(gòu)件，則與現(xiàn)在網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的功能幾乎重合。歷史作為一種設(shè)計資源，在這網(wǎng)架結(jié)構(gòu)與斗拱構(gòu)件之中，得到了完美的體現(xiàn)。

經(jīng)過仔細分析后，發(fā)現(xiàn)斗拱與網(wǎng)架具有以下的共同點：(1)使用功能相同，都是用于承受荷載同時傳遞建筑物上部恒荷載；(2)自重輕，抗震性能好，節(jié)點類似于鉸接，有效地耗散地震能量；(3)做工復雜，無論是木制斗拱還是鋼制網(wǎng)架，都需要比較精巧的工藝，制作起來比較復雜，但是做成后美觀大方；(4)空間受力，充分發(fā)揮了木材與鋼材的強度，材料得以充分使用；(5)耐熱不耐火，木材與鋼材在幾十度的溫度下受力性能幾乎不發(fā)生改變，但是在數(shù)百度的灼燒之下，鋼材會迅速屈服，強度急劇下降；木材會逐漸碳化，性能也大大降低。

2 期待與展望

通過上文對木結(jié)構(gòu)與鋼結(jié)構(gòu)的概述，以及對斗拱、網(wǎng)架兩種時隔千年的建筑形式的介紹與模擬，可以看出，歷史恰恰是設(shè)計的資源寶庫。斗拱、網(wǎng)架的在建筑造型，使用功能、乃至力學性能與極限狀態(tài)，都達到了高度契合，這不得不說是浩瀚的中國建筑史給我們留下來的豐厚資源。近年來，類似于沈陽中街豫瓏城等仿古建筑的興起，逐漸喚醒了人們對于中國建筑史的研究與渴望。希望當下的建筑設(shè)計者能夠在設(shè)計之中，應用到歷史遺留的設(shè)計理念，更出色的完成建筑設(shè)計的職責。

[1]潘谷西主編.中國古代建筑史[M].中國建筑工業(yè)出版社,2001

[2]梁變鳳.中國古建筑營造形式及用材的嬗變過程[J].山西大學學報哲學社會科學版.2011（1）,19-22.

[3]史健勇,孫旋,劉文利,等.基于整體的大空間鋼結(jié)構(gòu)性能化防火設(shè)計方法研究[J].土木工程學報.2011,10 (5):69-77.

[4]徐赫駿.地震作用下基于有限元方法的鋼結(jié)構(gòu)中心支撐受力分析[A].第六屆全國鋼結(jié)構(gòu)工程技術(shù)交流會論文集[C]:2016:2.

[5]ErtasOnur，SevketOzden.Ductile connectionsin precast concrete moment resisting frames[J].PCI Journal，2006，51(3):69-75．

1004-7026（2017）10-0110-02

TU398.6;TU74

A

10.16675/j.cnki.cn14-1065/f.2017.10.079

唐秀潔（1994-），女，漢族，山東人。蘭州大學土木工程與力學學院，本科在讀，主要研究建筑工程結(jié)構(gòu)與抗震。