仿古建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計實例與分析
在園林設(shè)計或者古城區(qū)規(guī)劃設(shè)計中,仿古建筑作為一個特殊的設(shè)計類型,已經(jīng)采用混凝土框架結(jié)構(gòu),在從木結(jié)構(gòu)向混凝土結(jié)構(gòu)過度的設(shè)計方案中,需要根據(jù)項目實際情況進行結(jié)構(gòu)計算和設(shè)計,本文結(jié)合工程實例,對仿古建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計特點進行分析,并對結(jié)構(gòu)設(shè)計應(yīng)用要點進行扼要介紹。
一、仿古建筑的結(jié)構(gòu)特點
中國古代建筑主要以木結(jié)構(gòu)為主,平面布局講究中正含蓄,層次豐富,布局靈活多變,對稱均衡。因此其承重結(jié)構(gòu)與維護結(jié)構(gòu)屬于分工明確又互有承托的結(jié)構(gòu)體系。比如說在中國古代建筑中獨創(chuàng)的斗拱結(jié)構(gòu)形式,充分運用了結(jié)構(gòu)突出和色彩裝飾的手段,使得建筑物不僅造型莊重,更顯得華麗非凡。在近代仿古建筑中,也采用了相應(yīng)的仿古建筑形式,繼承了中國古代建筑的結(jié)構(gòu)特色,同時又采納了新型建筑結(jié)構(gòu)的特點,在仿古建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計和施工中實現(xiàn)了模數(shù)制和構(gòu)件的定型化,對仿古建筑的整體框架結(jié)構(gòu)設(shè)計到細部局部的設(shè)計形式,甚至是細部尺度和造型做法都有非常詳細的規(guī)定。中國古代建筑結(jié)構(gòu)方式中的疊梁式、穿斗式、井干式的主要結(jié)構(gòu)方式得到了改良應(yīng)用,而且其硬山頂、懸山頂、廡殿頂、歇山頂、攢尖頂和復(fù)合頂?shù)任蓓斝褪揭脖桓鼜V泛的應(yīng)用于中式別墅和中式風格建筑群天際線的規(guī)劃應(yīng)用中。
二、仿古建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計要求
出于防腐及防震的建筑要求,目前階段的仿古建筑已經(jīng)采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)代替原來的木結(jié)構(gòu)。采用鋼筋混凝土建筑結(jié)構(gòu)的仿古建筑,屬于內(nèi)洋外中,外部要達到油漆彩繪之后與木構(gòu)架相同的外觀效果,但是內(nèi)部要遵循混凝土建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的相應(yīng)規(guī)范要求,同時要兼顧結(jié)構(gòu)抗震要求。因此,仿古建筑與普通的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計相比,有顯著的特殊結(jié)構(gòu)要求。
1、嚴格按照古建筑結(jié)構(gòu)體系模數(shù)要求和構(gòu)件來定型化仿古建筑結(jié)構(gòu)體系。仿古建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中,各個受力構(gòu)件的規(guī)格必須要滿足古典建筑的模數(shù)要求,仿古建筑的結(jié)構(gòu)體系和傳力體系的構(gòu)成首先必須滿足古代建筑結(jié)構(gòu)傳力體系的要求,而各個各構(gòu)件的尺度和形體應(yīng)當完全仿照古代木結(jié)構(gòu)中柱、梁、枋、檁的相應(yīng)做法來進行設(shè)計。
2、采用多種結(jié)構(gòu)組合處理方法滿足特殊型式屋面造型要求。由于仿古建筑的屋面變化顯著,其造型要求特點突出難度高,因此結(jié)構(gòu)構(gòu)架體系可以使用步架和舉架的處理方法。這樣就能使屋面坡度形成趨上陡峻,趨下平緩的順滑優(yōu)美曲線,充分體現(xiàn)古代建筑各種屋頂型式造型要求。
3、部分古建筑中的結(jié)構(gòu)構(gòu)件退化成為裝飾作用。古建筑中有大量的具有獨特裝飾作用的結(jié)構(gòu)構(gòu)件,其中最具有代表性的是斗拱和雀替。斗拱是中國古建筑所特有的建筑型式,位于木結(jié)構(gòu)梁和柱之間,具有傳導(dǎo)屋面荷載和縮短梁跨度的結(jié)構(gòu)作用。對于仿古建筑而言,由于建筑主體結(jié)構(gòu)為鋼筋混凝土,建筑荷載承載已經(jīng)全由主體柱梁承擔,斗拱已經(jīng)退化成為裝飾,不再作為結(jié)構(gòu)主要承重部件。雀替則用于額枋與檐柱相交處,可以縮短梁枋的凈跨距離,具有輔助拉結(jié)功能。類似于這些原先木結(jié)構(gòu)建筑中作為主體結(jié)構(gòu)或者輔助結(jié)構(gòu)的部件,在仿古建筑中已經(jīng)不再具有結(jié)構(gòu)作用,而僅僅作為型式仿制的需要,僅存在裝飾功能。
三、仿古建筑工程實例分析
1、南寧市觀音禪寺工程概況
位于南寧青秀山風景區(qū)的觀音禪寺擴建工程在原禪院的舊址上改建,擴建后更名為萬壽觀音寺,占地面積約15畝,是原有面積的三倍。寺院內(nèi)有大雄寶殿、藥師殿、觀音閣、臥佛殿、法物流通處、素菜館等布置,整體仿唐宋建筑風格。
觀音禪寺在寺廟布局上充分體現(xiàn)了寺廟建筑格局上很深的陰陽宇宙觀和崇尚對稱、秩序、穩(wěn)定的審美心理。觀音寺融合了中國特有的祭祀祖宗、天地的功能,以平面方形、南北中軸線布局、對稱穩(wěn)重且整飭嚴謹?shù)慕ㄖL格。觀音禪寺主要的基本建筑,主要為兩組建筑:前門和天王殿為一組,合稱前殿,大雄寶殿為一組,為佛寺主體建筑。庭院布局是典型的四合院結(jié)構(gòu),在閉型較強的建筑空間中,寬大的庭院,使用中靈活多變設(shè)計理念,適應(yīng)性很強。
觀音禪寺以大雄寶殿為中軸線,左右對稱。觀音塔的位置位于全寺中心且獨立。觀音塔底座正四邊形,底部為小池,整個塔浮于水面,造型精美。塔腹上面這四角飛檐,頂覆圓盤上下兩層,宛若傘蓋,既蔭被四佛,又美觀大方。大雄寶殿分為上下兩層,下層為臥姿態(tài)如來佛祖,上層為五方如來,大殿兩側(cè)的墻壁上大面積的斑斕色彩墻繪佛教壁畫“五百羅漢演教圖”。殿前且有左右并立不太大的實心的雙塔點綴。中國古代寺廟建筑重視色彩表現(xiàn),屋不呈材,墻不露形。整個觀音禪寺寺廟建筑以瓦紅色為主,屋頂有金色點綴,色彩鮮艷明麗。
2、大雄寶殿結(jié)構(gòu)體系
大雄寶殿位為鋼筋混凝土仿木結(jié)構(gòu)仿唐建筑,其建筑主體結(jié)構(gòu)體系采用現(xiàn)澆鋼筋混凝土仿木框架結(jié)構(gòu),屋面構(gòu)架體系采用步架和舉架復(fù)合的結(jié)構(gòu)處理方法,屋面荷載通過屋面板傳給屋面檁條梁,由梁架逐層往下傳遞,最終傳給框架柱。由于這樣的結(jié)構(gòu)傳遞體系與一般的鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)建筑存在明顯的不同,因此進行結(jié)構(gòu)計算時,除了進行建模計算外,還要使進行復(fù)核計算,驗證配筋梁是否滿足結(jié)構(gòu)承重要求。由于殿內(nèi)相臨柱子之間的跨度較大,在進行結(jié)構(gòu)計算時采用了轉(zhuǎn)換梁系,采用復(fù)合梁系共同支撐其上的柱子和屋面梁架體系,最終達到仿古建筑主體結(jié)構(gòu)與裝飾性結(jié)構(gòu)的完美協(xié)調(diào)統(tǒng)一。
3、仿古建筑群屋面板的設(shè)計
在整個觀音禪寺的建筑群中,部分只有一層的仿古建筑,其結(jié)構(gòu)構(gòu)造較為簡單,但是又需要采用仿古建筑的屋面設(shè)計,因此為其設(shè)置了獨特的木結(jié)構(gòu)與框架結(jié)構(gòu)結(jié)合的單層仿古建筑結(jié)構(gòu)。本方案中大膽提出了木結(jié)構(gòu)屋面設(shè)計,由望板和椽組成木基層,既保留了仿古建筑的屋面板截面形式,也能滿足單向受力要求。由于板肋之間的距離很近、肋高較小,而且不同的屋頂造型復(fù)雜多樣,考慮到屋面板的舉折模板鋪設(shè)難以控制,因此在結(jié)構(gòu)設(shè)計中采用控制板底標高來控制高程。在屋面施工時,采用預(yù)制椽子在現(xiàn)澆混凝土板的方式進行施工方案設(shè)計。為控制施工過程中的部件受力不超限,需按照施工堆疊前和堆疊后不同受力狀態(tài)進行強度、抗裂和撓度的驗算。
4、仿古建筑群斗拱設(shè)計
在大部分主體結(jié)構(gòu)為鋼筋混凝土的仿古建筑中,斗拱和雀替是作為純裝飾構(gòu)件,不考慮其受力,與主體結(jié)構(gòu)分別澆筑成型。屋檐荷載通過斗拱上方的現(xiàn)澆混凝土桃尖梁、斗拱中間的現(xiàn)澆混凝土剪力墻傳給剪力墻下方的額枋斗和拱,裝飾性斗拱必須在桃尖梁施工前安裝就位。雀替采用鋼筋混凝土預(yù)制構(gòu)件,通過主體結(jié)構(gòu)澆筑時留設(shè)的預(yù)埋件與額枋和檐柱焊接連接。采用這樣的建筑結(jié)構(gòu),結(jié)構(gòu)型式簡單,細部只需要經(jīng)過油漆彩繪處理,就能使整個建筑物外觀渾然一體,完全達到木結(jié)構(gòu)的藝術(shù)效果。
但是在本方案中,選用了裝飾性構(gòu)件和受力構(gòu)件結(jié)合的設(shè)計及施工方式。雀替采用鋼筋混凝土預(yù)制構(gòu)件通過預(yù)埋件焊接連接。而斗拱系統(tǒng)全部采用現(xiàn)澆斗拱,斗拱在結(jié)構(gòu)中實際為受力構(gòu)件。采用斗拱作為受力體系,既實現(xiàn)了對出檐的處理,也減少的撩檐檁的斷面高度。在角科斗拱的老角梁處理上,設(shè)置了暗梁,與斗拱寬度一致,這樣不僅僅實現(xiàn)了長梁的出挑,也控制了受力均衡,加強了結(jié)構(gòu)體系的穩(wěn)定性。
四、結(jié)束語
中國古代木結(jié)構(gòu)建筑有著獨特的結(jié)構(gòu)方法和布置規(guī)模,在進行仿古建筑設(shè)計時,應(yīng)取長補短,采用鋼筋混凝土的主體結(jié)構(gòu),同時吸收傳統(tǒng)中國古建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的精髓,不僅僅在建筑外部造型設(shè)計和局部裝飾設(shè)計中達到仿古的效果,更需要在掌握設(shè)計規(guī)范的基礎(chǔ)上,根據(jù)自己的經(jīng)驗積累對計算機結(jié)構(gòu)計算結(jié)果進行合理的調(diào)整,才能提高仿古建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的質(zhì)量。
來源:南方古建筑設(shè)計院