古建筑与现代结构技术结合的分析

□文/杜学斌

古建筑与现代结构技术结合的分析

□文/杜学斌

中国古建筑艺术承载着中国古代建筑文化精髓。即使在当今社会仍然有其不可忽视的魅力，在当今的结构技术和材料应用水平下，古建筑与现代结构技术的结合应用，是拯救中国古建筑危机的重要条件之一。文章提出了古建筑与现代结构技术结合的方法。

古建筑；结构；技术

中国古建筑文化是中华传统文明的重要组成部分，有着独特的文化魅力，因此，仿古建筑必将是我国建筑领域不可缺少的组成部分。

当今现代科技高速发展、新材料应用日新月异，古建筑在材料应用、工艺做法、施工工艺方面的落后，使其在应用方面受到限制。在这种情况下，设计者有责任科学地将先辈经千百年锤炼的建筑文化精髓——中国古建筑艺术与现代结构技术、工艺、材料相结合，使其在历久弥新，得到更广阔地发展。

1 古建筑的特点

我国现存古建筑大多为明清时期所建[1]，包括皇室宫殿、官署府第、寺观祠庙、城乡民居等，基本均符合清代《工程做法则例》[2]，具有丰富多变的屋顶造型，仅屋顶就分为重檐庑殿顶、重檐歇山顶、单檐庑殿顶、单檐歇山顶、悬山顶、硬山顶、攒尖顶等，更有在上述屋顶形式基础上进行发展变化的其他样式，古建筑屋顶，翼角伸展飞扬、造型美观，其屋面悬挑长度、构件跨度等，均与建造时的科技水平、材料水平所匹配。当时人们以木材为主料，通过卯榫扣搭形成柱、梁、檩、椽构架，曲弧的屋面是完全符合木构举架层层内缩的造型，而木构举架的做法则是当时人们尽量扩大房屋跨度的合理有效选择，正如桁架形式的可达到跨度，要远大于单梁结构。见图1。

图1 中国古建筑构架[3]

中国古建筑的美历经上千年的发展，其优美壮丽的轻盈造型，柔和中显示稳重，朴素中透出轻快、玲珑，其独特美感已经融入中国人的潜在建筑审美意识中。中国古建筑在一定范围内必将有一定的应用，因而对它所依附的载体（用材与结构）则必须与新技术、新材料相结合，才能有更广阔的应用。

2 古建筑需改进的方面

古建筑的结构产生于人类仅能利用木材的条件下，只是采用柱梁檩椽卯榫连、梁梁抬搭成举架的简便做法；因而在结构技术方面显露出种种缺点，如用材受限；跨度高度受限；手工作业，对传统手工工艺要求较高；细部做法繁琐等，在应用范围、普及程度上，远逊于普通混凝土结构及钢结构。而如今在现代建筑科学技术大规模发展、材料水平大幅提高的情况下，结构材料丰富，力学理论进步，很多方面可以以现代手法、材料对古建筑做法进行改进。

1）承力构件应尽量采用钢管。以圆管替代圆木，方管替代方木，其强度高，焊接简便易行，耐久性能好。

2）柱底皆设置钢筋混凝土的柱基、同时钢管柱与钢筋混凝土基础的连接应做成有效刚接构造，使古建筑的刚度、稳定性、抗风、抗震能力大为增强。

3）古老的举架做法应改用桁架、上部梁柱的连接做刚接。桁架与框架的并用将可使屋架的承载跨度、抗风、抗震高度大幅加大。

4）斗拱等构件体现了古建筑韵味，虽无受力作用，但可以以现代材料进行工场预制，在现场与主体进行拼装。

另外，当今的新材料层出不穷，单以瓦材而言，就有多种不同规格、色泽的彩钢瓦，挤压成型涂塑的水泥瓦，复合的类石板瓦，多彩玻纤沥青瓦，复合塑料瓦，甚至铜瓦等，它们多是以咬接、铆拉、钉固等构造固定的，其施工简便、重量轻，有着古建筑小青瓦（板瓦及筒瓦）不可比拟的优越性，而小青瓦外露椽的韵味则是古建筑不可或缺的。因此，可对古建筑屋面构件采用现代轻质材料，仅外露展示部位采用古建筑用材。例如，古建筑屋顶除周边数百毫米宽采用小青瓦外，中部大面积则彩用现代轻质瓦材，再对起脊的填垫采用加气混凝土，可有效减轻结构荷载。

3 具体做法

1）图2、3所示桁架可用于替代古建筑中的举架做法。图2用于有正脊情况，图3用于卷棚脊情况。架中杆件可皆用钢管，管与管的连接采用相贯节点。下弦杆应用直管，上弦杆可以允许在节点处切口，口内加塞节点板、弯折焊成折线形上弦（在节点间则为直段）。如上弦采用整长的弧形杆，则在对桁架杆的内力计算中应计及轴力偏心产生弯矩的作用影响。

图2 正脊屋架

图3 卷棚式屋脊架

2）图4所示为建筑采用重檐时的复式构架。采用钢结构的现代技术、设置重檐是简便的，做多层重檐以及内部增设楼层皆可允许，底层可做成进深跨度达20 m上下的大空间。当做多层时，为减小层间主结构的计算跨度尺寸，可由屋顶桁架伸下吊柱承担楼层重，这对屋顶桁架来说，由于其空间高度尺寸较大，故协助承担楼层负载应是可以允许的。吊柱的设置，多少均可，但必须是由桁架的节点处伸下方为合适。

图4 重檐式屋架

4 结语

1）在现代科技日益发展、新材料层出不穷的形势下，中国古建筑能否有立足生存之地，这就要从古建筑的技术和艺术两个方面来考虑。就古建筑的艺术风格来看，其屋顶悬檐、弧瓦、翘脊的造型既适用又美观，显示出独特的装饰性作用，对此，应着力传承、不可丢弃。但对应技术角度来看，它形成于千百年之前，其技术、材料在很多方面必然是落后的。因此，要拯救我国古建筑的精华，就必须首先对支托古建筑艺术的结构技术与用材进行改进，推动古建筑艺术融入现代建筑事业的洪流之中。

2）推行古建筑过程中应着力改进、清除技术落后的一面，既要保证仿古建筑的韵味，又应尽量采用现代材料、工艺。

3）有关方面应制订措施，鼓励、推动多方面进行古建筑改进的具体技术业务工作，制定标准构造图集等。

[1]梁思成.图像中国建筑史[M].费慰梅，编.梁从诫，译.北京：中国建筑工业出版社，2001.

[2]傅熹年，中国古代建筑十论[M].上海：复旦大学出版社，2004.

[3]楼庆西，中国建筑二十讲[M].北京：生活·读书·新知三联书店，2001.

TU986

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1008-3197（2011）01-22-02

2010-12-30

杜学斌/男，1978年出生，工程师，天津市城建学院建筑设计研究院，从事结构设计工作。