当木制斗拱邂逅钢网架

□唐秀洁

（兰州大学土木工程与力学学院 甘肃 兰州 730000）

当木制斗拱邂逅钢网架

□唐秀洁

（兰州大学土木工程与力学学院 甘肃 兰州 730000）

近年来，越来越多的建筑物或是千篇一律，或是跟风不止，有必要从历史之中挖掘财富，丰富设计。文中首先介绍了木结构的特点，并介绍了斗拱的一些特点；其次介绍了现代社会常采用的钢结构，并介绍了网架结构的特点。再针对斗拱与网架结构做以比较，发现两种结构具有很多共同点。文中最后针对现代设计与历史结合提出了一系列建议。

建筑设计；斗拱；网架

建筑，作为一种富含生命力的文明载体，随着中华文明5 000多年来的文明发展而不断推陈出新。进入21世纪以来，造型别致，布局精巧的建筑物在中华大地上如同雨后春笋般，不断的破土而出，野蛮生长。然而，建筑设计却仿佛陷入了一种束缚之中。近年来，越来越多的建筑，或是千篇一律，或是跟风不止，建筑设计领域仿佛如同喷发过后的火山，热情不减而资源枯竭。因此，建筑设计有必要从历史之中挖掘财富，收获灵感。

1 木结构与钢结构

1.1 木结构

中国古代建筑中，木质结构占据了绝大多数的篇章。日本建筑学家、历史学家伊东忠太曾经发表过一些针对中国建筑流派的观点，他认为中国建筑主要以间架结构为主，其中榫卯结构使用的非常广泛，这从一定程度上表明了中国古代建筑的风格。这种以间架结构为基础的木制建筑设计成为了中国古代建筑的典型形制。而在间架结构的横纵交接与榫卯结构的相互搭接之中，中国建筑最伟大的造型之一——斗拱，应运而生[1]。

斗拱，是我国建筑历史上作为屋顶（屋面）构件中，一种应用很广泛的建筑形式。是由矩形或正方形的斗、升、拱、翘、昂等构件组成了传统意义上的斗拱。斗拱通常作为较大建筑物的承重部分与屋顶之间的过渡构件。斗拱能够有效地承载突出于主体建筑之外的屋檐，将其荷载进行汇集，进而传递到承重构件上，或间接的通过额枋的传递再转到承重构件上。在中国建筑历史上，具有保存价值的众多传统古典建筑多采用斗拱的形式。它的存在既蕴含着中国古代森严的等级制度，且形式上美观大方，具备着良好的承载能力，是古代工匠的智慧结晶。[1]。

斗栱在中国建筑史的演变过程中，书写了浓墨重彩的一笔，中国传统木质建筑的演变与斗拱的形势变化息息相关，因此斗拱可以作为鉴别中国建筑年代的重要凭证。斗拱的演变学术界划分为三个阶段。西周至南北朝时期为第一阶段的演变。从出土的文物中，周朝的一些器皿上已经有了斗拱的斗状图案，数百年后，战国时期的墓穴中也出土了具有斜拱图案的铜制容器。两汉时代的石阙、器皿、壁画和画像砖上也有大量斗拱的形象。从汉高颐阙和四川牧马山、山东高唐出土的汉明器陶楼上可以看出，柱顶有斗拱承托檩、梁或楼层地面枋，挑梁外端的斗拱承托檐檩，各个斗拱间互不相连[2]。汉代以后开始在柱间用斗拱，最初是一种现在被称之为人字拱的斗拱形式，即在额枋上立一个交叉构件，上置一斗，承托檐檩[2]。

图1 斗拱造型图

同时，斗拱中应用了榫卯结合的结构体系，这种结构与现代建筑中常用的框架结构非常相似，是整体结构抗震的关键。其构架节点类似于铰接体系，这样的体系确保了结构整体的刚度。在遇到强烈地震作用时，由于建筑整体的空间结构采用榫卯结合的形式，会在地震作用下发生弹性形变，进而消耗地震传来的能量，使整个房屋的地震响应大为降低，起了抗震的作用。与不设置斗拱的建筑相比较而言，采用了斗拱形式的建筑结构的抗震性显然在抗击抵御自然力量的表现上要更为出色。

1.2 钢结构

钢结构顾名思义，是以钢材制作为主的结构，是主要的建筑结构类型之一。钢材的特点是强度很高、自重较轻、刚度与延展性都很好。钢结构在大跨度建构筑物与超高型建筑物中应用广泛。同时钢材料匀质性和各向同性好，可视作理想弹性体，最符合一般工程力学的基本假定；材料塑性、韧性好，可以允许较大变形，能很好地承受动力荷载。

在钢结构中，常常会见到网架结构这种形式。由多根钢材料杆件，通过节点连接在一起形成钢网架的结构，叫做网架结构。该种类结构具有空间受力小、重量轻盈、刚度较大、抗震性能好等优点；可用作飞机场、歌剧院、电影院、大礼堂、奥运体育中心等多种大跨度建筑的屋盖[3]。

1.3 斗拱与网架

近年来兴起的钢结构中，大型建构筑物通常使用网架结构作为屋面，进行承重与传递荷载。而在数千年前，木质结构中斗拱这一建筑构件，则与现在网架结构的功能几乎重合。历史作为一种设计资源，在这网架结构与斗拱构件之中，得到了完美的体现。

经过仔细分析后，发现斗拱与网架具有以下的共同点：(1)使用功能相同，都是用于承受荷载同时传递建筑物上部恒荷载；(2)自重轻，抗震性能好，节点类似于铰接，有效地耗散地震能量；(3)做工复杂，无论是木制斗拱还是钢制网架，都需要比较精巧的工艺，制作起来比较复杂，但是做成后美观大方；(4)空间受力，充分发挥了木材与钢材的强度，材料得以充分使用；(5)耐热不耐火，木材与钢材在几十度的温度下受力性能几乎不发生改变，但是在数百度的灼烧之下，钢材会迅速屈服，强度急剧下降；木材会逐渐碳化，性能也大大降低。

2 期待与展望

通过上文对木结构与钢结构的概述，以及对斗拱、网架两种时隔千年的建筑形式的介绍与模拟，可以看出，历史恰恰是设计的资源宝库。斗拱、网架的在建筑造型，使用功能、乃至力学性能与极限状态，都达到了高度契合，这不得不说是浩瀚的中国建筑史给我们留下来的丰厚资源。近年来，类似于沈阳中街豫珑城等仿古建筑的兴起，逐渐唤醒了人们对于中国建筑史的研究与渴望。希望当下的建筑设计者能够在设计之中，应用到历史遗留的设计理念，更出色的完成建筑设计的职责。

[1]潘谷西主编.中国古代建筑史[M].中国建筑工业出版社,2001

[2]梁变凤.中国古建筑营造形式及用材的嬗变过程[J].山西大学学报哲学社会科学版.2011（1）,19-22.

[3]史健勇,孙旋,刘文利,等.基于整体的大空间钢结构性能化防火设计方法研究[J].土木工程学报.2011,10 (5):69-77.

[4]徐赫骏.地震作用下基于有限元方法的钢结构中心支撑受力分析[A].第六届全国钢结构工程技术交流会论文集[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

唐秀洁（1994-），女，汉族，山东人。兰州大学土木工程与力学学院，本科在读，主要研究建筑工程结构与抗震。