建筑构造发展及规律

朱元依 华中科技大学本科在读

1 建筑构造的诞生

1.1 建筑的起源

最早的建筑原型起源于新古典主义的Laugier的构想，所谓的“原始茅屋”。受限于建筑材料，该屋主体由树枝组成，粗壮的树干形成立起的柱子，细枝构成三角形屋架，保持稳定的框架结构，树叶作为瓦片，提供一定的挡雨效果。后来的建筑都基于这个原始模型，人们认为这样的建筑结构比较真实。房屋作为主要建筑之一，被认为只是用来满足人的基本需求，而不需要虚伪的装饰，在这样的思潮影响下，建筑只能拥有单层结构，一切构件和关系都变得非常简单。

1.2 建筑形式的复杂化

最初，新古典主义建筑师认为在独立的柱上安置横梁（如图1所示），能够清晰地表达建筑结构关系和力学原理，这也成为了许多建筑的真实写照，建筑材料单一、结构简单，缺乏应有的建筑功能。

随着社会生产力和科技技术的飞速发展，建筑方式和建筑规模不断扩大，时代价值观更加多元化，形成了各种风格的建筑。原有的结构体系已经不足以支撑一座建筑，因此衍生出多种建筑方式。例如巴黎的Ste-Genevieve教堂，在新古典主义的教堂中加入哥特式的光影效果，同时又不会影响教堂宏达的规模，金属连接件被巧妙地隐藏于教堂的结构之中（如图2所示）。

图1 简单的建筑构造

随着建筑的复杂化，双层、多层表皮建筑渐渐走进人们的视野。典型的双层结构通常指内部以木框架为构造主体，外部由外层砖构成装饰，各式保温防水材料被填充在木框架中，水可以从两层结构中间的空隙中流出。渐渐的，关于“构建的暴露与隐藏”“建筑是否需要结构的真实性”成为建筑师之间饱受争议的话题。这种争论最早可以追溯到现代主义出现之前，早期现代主义运动的逐渐兴起，经过密斯凡德罗和柯布西耶的发展，直到现在仍然没有停止。当建筑师们意识到，自己处在一个越来越难保证结构纯粹直观的世界中，单层构件系统也就逐渐淡出历史的舞台。

图2 Ste-Genevieve教堂

2 中国传统建筑构造的发展

中国建筑历史源远流长、成就显著，艺术风格独树一帜，在世界建筑史上熠熠生辉，在我国古代文化中占据着重要部分。

图3 中国传统四合院布局

图4斗拱结构示意

图5 穿斗式构造

图6 抬梁式构造

图7 传统特色屋顶

2.1 传统建筑特色

一是传统建筑的整体平面布局具有一种明晰的规律。如房屋住宅、府衙宫廷、宗祠寺庙等，大多采用一种在最外围设置围墙的建筑风格，通过围栏的设置，将一个个单列建筑进行闭合，组成若干个具有独立空间的庭院。这种庭院建筑一般都会确定一个中心建筑，在表现形式上，往往采用中心对称或者两边对称的方法，贯穿东西和南北进行规划设计（沿横轴线或竖轴线）。其中较为重要的建筑就放置在其朝向的轴线上，地位略低的建筑就放置在其两侧。时至今日，我国北方的建筑有很多还是采用庭院式的布局进行的（如图3所示）。在四周闭合这一个独立的空间里，四面有院墙或者全部是单列建筑，中间自然形成了一个天井，用来收集雨水［1］。

二是框架式结构的设计。这种设计将科学的建筑构造带入到中国传统的建造艺术中，成为中国特有的建筑风格。中国古建筑多采用木质结构，木质材料在巧妙的构造设计下变得结实耐用。房屋的框架由木柱、木梁构成，屋顶通过梁架的形式在立柱上固定下来。墙壁往往不是起到支撑作用，而是隔断处理，不作为重量的支撑，这与西方建筑有本质区别之一。这类框架结构往往在建造中需要一些较为独特并且复杂精巧的构建，常应用在宫廷庙宇的建造当中，例如斗拱的设计（如图4所示），斗形的木块和弓形的横木是它的基本结构，它们层层交错，逐层向外挑出，和谐且富有美感。在明清时期，追求结构的简化，梁被直接放置在柱上，斗拱结构几乎丧失其原本作用，成为装饰品。

三是变幻莫测的艺术表现形式。中国建筑在长期的发展过程中，不断融合、吸收、转化其他艺术的风格与特点，诞生了许多个性独特的艺术形象，在这方面形成了独特的美学。

2.2 传统木结构建筑

图8 榫卯连接示意图

古时建筑主要以木质材料为主，但因地域结构的形式存在不同，南北差异较为明显。南方建筑的主要构型为穿斗式（如图5所示），穿斗式的特点是通过柱、穿枋、斗枋以及檀条等进行组合，随后将其结构支撑起来。整个木排架都是利用穿枋进行连接的，斗枋在纵向上穿过柱，起到固定及牢固的作用。穿斗式均从下向上伸展，柱排布紧密，但是空间利用率较低，适用于对室内空间需求较小的时候。而北方地区则是抬梁式结构（如图6所示），在柱子上放置的横梁能够以更大的接触面积放置更多的横梁，一层一层积累，横梁之间反复叠加，形成一个整体结构。抬梁式的空间利用率相对较高，柱量相对较少，稳定性高，但是由于承受力较大，材料消耗也相应增加。

古代木建筑构造主要由基础、墙体、屋顶和连接方式组成。木建筑的基础较为简单，通过天然石、黏土以及桩基础来构成整体造型，古代木建筑墙体是由梁柱结构形成的非承重墙，传统建筑的屋顶是整体外观方面最具特色的一部分，造型独特，主要有悬山、硬山、庑殿、歇山等（如图7、图8所示）。屋顶的飞檐微微翘起，不仅起到排水的作用，还扩大了采光效果。木结构的连接方式多样，榫卯是我国独有的一种木结构连接方式（如图8所示），结构的连接无需使用硬质固定器件，榫头和卯眼的相互钳制就让整体的结构足够稳定，并且有较强的连接性。同样具有中国特色的还有斗拱连接方式（如图9所示），在寺庙、宫殿上运用较多，外伸的弓形结构为拱，拱和拱间的方块木垫为斗，故称斗拱。两者皆承载横梁，同时木材本身有较好的坚韧性，可以抗风、抗震。

图9 斗拱分件

图10 平面铺展布局

2.3 传统建筑空间和布局

传统建筑在布局上是平铺开来的（如图10所示），尽管最初中国建筑也往高处延伸过，但木质材料极易引发火灾，发现这一问题后，木建筑就向平面伸展的方向发展了，随之诞生了分隔、室内外设计的观念。人们生活起居的空间不仅需要建筑物的庇护，也需要考虑光热等环境因素，因此产生了院落和围合的建筑形式。

围合的形式多种多样，主要呈带状沿街道或河域分布，也有独立向中心的分布。在中国古代，出现了一种木结构的高级形式——四合院。四合院的形成与中华民族强烈的等级观念息息相关，也是生活环境长期影响的结果。纵览古今，木质材料建筑一直按其道路不断发展。

3 现代木构建筑

现代木构建筑主要由集成板、木质板、方板等组成，与传统木构建筑有较大的差异，标准化生产的木材料产品渐渐成为建造工艺的主要构成，金属连接件则被广泛运用于连接节点。与单一的传统建筑不同，现代建筑设计功能较为多元并且现代化元素较多，随着新兴技术的逐渐成熟，建筑形式在整体质量和数量方面，短时间内有了较大的提升。建筑技艺从以数量为主，到渐渐重视质量，并逐渐以数量与质量并列为构造目标，时至今日，以人为本、质量为先的建造理念渐渐为人们所认同，“保持共性，追求个性”，人本、多样化、生态化，成为设计师的共同目标［2］。

3.1 现代木构建筑特点

现代木构建筑有轻型木、梁柱和木结构组合等多种体系。梁柱结构是由传统建筑形式发展来的，由梁和柱组成。轻型木结构是木基板材和规格材料组合的一种结构，该结构为最耐用的结构之一，其特点便是建造的成本较低，可以延长建筑物寿命，并且建筑的适用性非常广泛。木结构组合是将多种结构（梁柱、轻型木、钢筋混凝土等）组合在一起，形成分层结构，木材是上层建筑空间的主要搭建基础，在建筑下层或其他构造处，通常利用更加坚固的原料来保证整体建筑的稳定性以及安全性。

现代木建筑构造与传统木建筑构造相同，只是随着现代化生产，出现了条形基础、独立基础和地下室基础等多种多样的形式，可以保证有较好的防水、防潮效果。石、砖、木土等基础材料为传统墙体材料，而现代构造工艺多了一种复合墙体，有着较好的防潮和通气性能，同时也为管线安装提供了有用的空间。就屋顶而言，屋顶的形式变得更为简洁、单一，以功能性为主，大多是平屋顶或坡屋顶形式。连接件均使用金属连接件，与传统连接件相比工艺简单且不容易开裂，常见的有销、键和胶连接。

3.2 现代木建筑的优势

现代木构建筑不再只是简单使用原木，而是生产了更高强度的人造板材，通过工业化生产，制备成建筑所需的梁和柱。为了改善传统的榫卯连接强度，增加了多种多样的连接方式，金属部件等连接既缩短了建造时间，也提高连接强度。现代木材往往是可回收的，在保护环境的同时也大大降低了建造成本，保护了更多原木，同时符合现代绿色环保的观念。现代木材的功能性更加强大，新型木材有效解决了存在的隐患，如火灾、腐烂、虫灾以及噪声等。现代木建筑结构部件全部进行工业化生产，提升了产量，降低了成本，有效缩减了建造时间［3］。

4 总结

建筑技艺和文化的发展密不可分，中华文化博大精深，建筑技艺以及工艺手法也较为全面。从古代建筑中，可以清晰地反映出传统文化思想脉络，如今经济全球化使得我国建筑深受西方建筑的影响，但是独特的文化内涵以及建造风格仍然使得我国建筑技艺在世界上保持着独有的魅力［4］。建筑构造反应着民族性格，但服务于人的需求是构造设计存在的根本，构造设计是人、建筑、环境三者之间的关系纽带，它将结合生态、气候、地理条件等物质“硬”环境，融合精神、文化、风俗等［5］。