建筑構(gòu)造發(fā)展及規(guī)律

朱元依 華中科技大學(xué)本科在讀

1 建筑構(gòu)造的誕生

1.1 建筑的起源

最早的建筑原型起源于新古典主義的Laugier的構(gòu)想，所謂的“原始茅屋”。受限于建筑材料，該屋主體由樹枝組成，粗壯的樹干形成立起的柱子，細(xì)枝構(gòu)成三角形屋架，保持穩(wěn)定的框架結(jié)構(gòu)，樹葉作為瓦片，提供一定的擋雨效果。后來的建筑都基于這個(gè)原始模型，人們認(rèn)為這樣的建筑結(jié)構(gòu)比較真實(shí)。房屋作為主要建筑之一，被認(rèn)為只是用來滿足人的基本需求，而不需要虛偽的裝飾，在這樣的思潮影響下，建筑只能擁有單層結(jié)構(gòu)，一切構(gòu)件和關(guān)系都變得非常簡(jiǎn)單。

1.2 建筑形式的復(fù)雜化

最初，新古典主義建筑師認(rèn)為在獨(dú)立的柱上安置橫梁（如圖1所示），能夠清晰地表達(dá)建筑結(jié)構(gòu)關(guān)系和力學(xué)原理，這也成為了許多建筑的真實(shí)寫照，建筑材料單一、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，缺乏應(yīng)有的建筑功能。

隨著社會(huì)生產(chǎn)力和科技技術(shù)的飛速發(fā)展，建筑方式和建筑規(guī)模不斷擴(kuò)大，時(shí)代價(jià)值觀更加多元化，形成了各種風(fēng)格的建筑。原有的結(jié)構(gòu)體系已經(jīng)不足以支撐一座建筑，因此衍生出多種建筑方式。例如巴黎的Ste-Genevieve教堂，在新古典主義的教堂中加入哥特式的光影效果，同時(shí)又不會(huì)影響教堂宏達(dá)的規(guī)模，金屬連接件被巧妙地隱藏于教堂的結(jié)構(gòu)之中（如圖2所示）。

圖1 簡(jiǎn)單的建筑構(gòu)造

隨著建筑的復(fù)雜化，雙層、多層表皮建筑漸漸走進(jìn)人們的視野。典型的雙層結(jié)構(gòu)通常指內(nèi)部以木框架為構(gòu)造主體，外部由外層磚構(gòu)成裝飾，各式保溫防水材料被填充在木框架中，水可以從兩層結(jié)構(gòu)中間的空隙中流出。漸漸的，關(guān)于“構(gòu)建的暴露與隱藏”“建筑是否需要結(jié)構(gòu)的真實(shí)性”成為建筑師之間飽受爭(zhēng)議的話題。這種爭(zhēng)論最早可以追溯到現(xiàn)代主義出現(xiàn)之前，早期現(xiàn)代主義運(yùn)動(dòng)的逐漸興起，經(jīng)過密斯凡德羅和柯布西耶的發(fā)展，直到現(xiàn)在仍然沒有停止。當(dāng)建筑師們意識(shí)到，自己處在一個(gè)越來越難保證結(jié)構(gòu)純粹直觀的世界中，單層構(gòu)件系統(tǒng)也就逐漸淡出歷史的舞臺(tái)。

圖2 Ste-Genevieve教堂

2 中國(guó)傳統(tǒng)建筑構(gòu)造的發(fā)展

中國(guó)建筑歷史源遠(yuǎn)流長(zhǎng)、成就顯著，藝術(shù)風(fēng)格獨(dú)樹一幟，在世界建筑史上熠熠生輝，在我國(guó)古代文化中占據(jù)著重要部分。

圖3 中國(guó)傳統(tǒng)四合院布局

圖4斗拱結(jié)構(gòu)示意

圖5 穿斗式構(gòu)造

圖6 抬梁式構(gòu)造

圖7 傳統(tǒng)特色屋頂

2.1 傳統(tǒng)建筑特色

一是傳統(tǒng)建筑的整體平面布局具有一種明晰的規(guī)律。如房屋住宅、府衙宮廷、宗祠寺廟等，大多采用一種在最外圍設(shè)置圍墻的建筑風(fēng)格，通過圍欄的設(shè)置，將一個(gè)個(gè)單列建筑進(jìn)行閉合，組成若干個(gè)具有獨(dú)立空間的庭院。這種庭院建筑一般都會(huì)確定一個(gè)中心建筑，在表現(xiàn)形式上，往往采用中心對(duì)稱或者兩邊對(duì)稱的方法，貫穿東西和南北進(jìn)行規(guī)劃設(shè)計(jì)（沿橫軸線或豎軸線）。其中較為重要的建筑就放置在其朝向的軸線上，地位略低的建筑就放置在其兩側(cè)。時(shí)至今日，我國(guó)北方的建筑有很多還是采用庭院式的布局進(jìn)行的（如圖3所示）。在四周閉合這一個(gè)獨(dú)立的空間里，四面有院墻或者全部是單列建筑，中間自然形成了一個(gè)天井，用來收集雨水［1］。

二是框架式結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)。這種設(shè)計(jì)將科學(xué)的建筑構(gòu)造帶入到中國(guó)傳統(tǒng)的建造藝術(shù)中，成為中國(guó)特有的建筑風(fēng)格。中國(guó)古建筑多采用木質(zhì)結(jié)構(gòu)，木質(zhì)材料在巧妙的構(gòu)造設(shè)計(jì)下變得結(jié)實(shí)耐用。房屋的框架由木柱、木梁構(gòu)成，屋頂通過梁架的形式在立柱上固定下來。墻壁往往不是起到支撐作用，而是隔斷處理，不作為重量的支撐，這與西方建筑有本質(zhì)區(qū)別之一。這類框架結(jié)構(gòu)往往在建造中需要一些較為獨(dú)特并且復(fù)雜精巧的構(gòu)建，常應(yīng)用在宮廷廟宇的建造當(dāng)中，例如斗拱的設(shè)計(jì)（如圖4所示），斗形的木塊和弓形的橫木是它的基本結(jié)構(gòu)，它們層層交錯(cuò)，逐層向外挑出，和諧且富有美感。在明清時(shí)期，追求結(jié)構(gòu)的簡(jiǎn)化，梁被直接放置在柱上，斗拱結(jié)構(gòu)幾乎喪失其原本作用，成為裝飾品。

三是變幻莫測(cè)的藝術(shù)表現(xiàn)形式。中國(guó)建筑在長(zhǎng)期的發(fā)展過程中，不斷融合、吸收、轉(zhuǎn)化其他藝術(shù)的風(fēng)格與特點(diǎn)，誕生了許多個(gè)性獨(dú)特的藝術(shù)形象，在這方面形成了獨(dú)特的美學(xué)。

2.2 傳統(tǒng)木結(jié)構(gòu)建筑

圖8 榫卯連接示意圖

古時(shí)建筑主要以木質(zhì)材料為主，但因地域結(jié)構(gòu)的形式存在不同，南北差異較為明顯。南方建筑的主要構(gòu)型為穿斗式（如圖5所示），穿斗式的特點(diǎn)是通過柱、穿枋、斗枋以及檀條等進(jìn)行組合，隨后將其結(jié)構(gòu)支撐起來。整個(gè)木排架都是利用穿枋進(jìn)行連接的，斗枋在縱向上穿過柱，起到固定及牢固的作用。穿斗式均從下向上伸展，柱排布緊密，但是空間利用率較低，適用于對(duì)室內(nèi)空間需求較小的時(shí)候。而北方地區(qū)則是抬梁式結(jié)構(gòu)（如圖6所示），在柱子上放置的橫梁能夠以更大的接觸面積放置更多的橫梁，一層一層積累，橫梁之間反復(fù)疊加，形成一個(gè)整體結(jié)構(gòu)。抬梁式的空間利用率相對(duì)較高，柱量相對(duì)較少，穩(wěn)定性高，但是由于承受力較大，材料消耗也相應(yīng)增加。

古代木建筑構(gòu)造主要由基礎(chǔ)、墻體、屋頂和連接方式組成。木建筑的基礎(chǔ)較為簡(jiǎn)單，通過天然石、黏土以及樁基礎(chǔ)來構(gòu)成整體造型，古代木建筑墻體是由梁柱結(jié)構(gòu)形成的非承重墻，傳統(tǒng)建筑的屋頂是整體外觀方面最具特色的一部分，造型獨(dú)特，主要有懸山、硬山、廡殿、歇山等（如圖7、圖8所示）。屋頂?shù)娘w檐微微翹起，不僅起到排水的作用，還擴(kuò)大了采光效果。木結(jié)構(gòu)的連接方式多樣，榫卯是我國(guó)獨(dú)有的一種木結(jié)構(gòu)連接方式（如圖8所示），結(jié)構(gòu)的連接無需使用硬質(zhì)固定器件，榫頭和卯眼的相互鉗制就讓整體的結(jié)構(gòu)足夠穩(wěn)定，并且有較強(qiáng)的連接性。同樣具有中國(guó)特色的還有斗拱連接方式（如圖9所示），在寺廟、宮殿上運(yùn)用較多，外伸的弓形結(jié)構(gòu)為拱，拱和拱間的方塊木墊為斗，故稱斗拱。兩者皆承載橫梁，同時(shí)木材本身有較好的堅(jiān)韌性，可以抗風(fēng)、抗震。

圖9 斗拱分件

圖10 平面鋪展布局

2.3 傳統(tǒng)建筑空間和布局

傳統(tǒng)建筑在布局上是平鋪開來的（如圖10所示），盡管最初中國(guó)建筑也往高處延伸過，但木質(zhì)材料極易引發(fā)火災(zāi)，發(fā)現(xiàn)這一問題后，木建筑就向平面伸展的方向發(fā)展了，隨之誕生了分隔、室內(nèi)外設(shè)計(jì)的觀念。人們生活起居的空間不僅需要建筑物的庇護(hù)，也需要考慮光熱等環(huán)境因素，因此產(chǎn)生了院落和圍合的建筑形式。

圍合的形式多種多樣，主要呈帶狀沿街道或河域分布，也有獨(dú)立向中心的分布。在中國(guó)古代，出現(xiàn)了一種木結(jié)構(gòu)的高級(jí)形式——四合院。四合院的形成與中華民族強(qiáng)烈的等級(jí)觀念息息相關(guān)，也是生活環(huán)境長(zhǎng)期影響的結(jié)果?？v覽古今，木質(zhì)材料建筑一直按其道路不斷發(fā)展。

3 現(xiàn)代木構(gòu)建筑

現(xiàn)代木構(gòu)建筑主要由集成板、木質(zhì)板、方板等組成，與傳統(tǒng)木構(gòu)建筑有較大的差異，標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)的木材料產(chǎn)品漸漸成為建造工藝的主要構(gòu)成，金屬連接件則被廣泛運(yùn)用于連接節(jié)點(diǎn)。與單一的傳統(tǒng)建筑不同，現(xiàn)代建筑設(shè)計(jì)功能較為多元并且現(xiàn)代化元素較多，隨著新興技術(shù)的逐漸成熟，建筑形式在整體質(zhì)量和數(shù)量方面，短時(shí)間內(nèi)有了較大的提升。建筑技藝從以數(shù)量為主，到漸漸重視質(zhì)量，并逐漸以數(shù)量與質(zhì)量并列為構(gòu)造目標(biāo)，時(shí)至今日，以人為本、質(zhì)量為先的建造理念漸漸為人們所認(rèn)同，“保持共性，追求個(gè)性”，人本、多樣化、生態(tài)化，成為設(shè)計(jì)師的共同目標(biāo)［2］。

3.1 現(xiàn)代木構(gòu)建筑特點(diǎn)

現(xiàn)代木構(gòu)建筑有輕型木、梁柱和木結(jié)構(gòu)組合等多種體系。梁柱結(jié)構(gòu)是由傳統(tǒng)建筑形式發(fā)展來的，由梁和柱組成。輕型木結(jié)構(gòu)是木基板材和規(guī)格材料組合的一種結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)為最耐用的結(jié)構(gòu)之一，其特點(diǎn)便是建造的成本較低，可以延長(zhǎng)建筑物壽命，并且建筑的適用性非常廣泛。木結(jié)構(gòu)組合是將多種結(jié)構(gòu)（梁柱、輕型木、鋼筋混凝土等）組合在一起，形成分層結(jié)構(gòu)，木材是上層建筑空間的主要搭建基礎(chǔ)，在建筑下層或其他構(gòu)造處，通常利用更加堅(jiān)固的原料來保證整體建筑的穩(wěn)定性以及安全性。

現(xiàn)代木建筑構(gòu)造與傳統(tǒng)木建筑構(gòu)造相同，只是隨著現(xiàn)代化生產(chǎn)，出現(xiàn)了條形基礎(chǔ)、獨(dú)立基礎(chǔ)和地下室基礎(chǔ)等多種多樣的形式，可以保證有較好的防水、防潮效果。石、磚、木土等基礎(chǔ)材料為傳統(tǒng)墻體材料，而現(xiàn)代構(gòu)造工藝多了一種復(fù)合墻體，有著較好的防潮和通氣性能，同時(shí)也為管線安裝提供了有用的空間。就屋頂而言，屋頂?shù)男问阶兊酶鼮楹?jiǎn)潔、單一，以功能性為主，大多是平屋頂或坡屋頂形式。連接件均使用金屬連接件，與傳統(tǒng)連接件相比工藝簡(jiǎn)單且不容易開裂，常見的有銷、鍵和膠連接。

3.2 現(xiàn)代木建筑的優(yōu)勢(shì)

現(xiàn)代木構(gòu)建筑不再只是簡(jiǎn)單使用原木，而是生產(chǎn)了更高強(qiáng)度的人造板材，通過工業(yè)化生產(chǎn)，制備成建筑所需的梁和柱。為了改善傳統(tǒng)的榫卯連接強(qiáng)度，增加了多種多樣的連接方式，金屬部件等連接既縮短了建造時(shí)間，也提高連接強(qiáng)度?，F(xiàn)代木材往往是可回收的，在保護(hù)環(huán)境的同時(shí)也大大降低了建造成本，保護(hù)了更多原木，同時(shí)符合現(xiàn)代綠色環(huán)保的觀念?，F(xiàn)代木材的功能性更加強(qiáng)大，新型木材有效解決了存在的隱患，如火災(zāi)、腐爛、蟲災(zāi)以及噪聲等?，F(xiàn)代木建筑結(jié)構(gòu)部件全部進(jìn)行工業(yè)化生產(chǎn)，提升了產(chǎn)量，降低了成本，有效縮減了建造時(shí)間［3］。

4 總結(jié)

建筑技藝和文化的發(fā)展密不可分，中華文化博大精深，建筑技藝以及工藝手法也較為全面。從古代建筑中，可以清晰地反映出傳統(tǒng)文化思想脈絡(luò)，如今經(jīng)濟(jì)全球化使得我國(guó)建筑深受西方建筑的影響，但是獨(dú)特的文化內(nèi)涵以及建造風(fēng)格仍然使得我國(guó)建筑技藝在世界上保持著獨(dú)有的魅力［4］。建筑構(gòu)造反應(yīng)著民族性格，但服務(wù)于人的需求是構(gòu)造設(shè)計(jì)存在的根本，構(gòu)造設(shè)計(jì)是人、建筑、環(huán)境三者之間的關(guān)系紐帶，它將結(jié)合生態(tài)、氣候、地理?xiàng)l件等物質(zhì)“硬”環(huán)境，融合精神、文化、風(fēng)俗等［5］。