仿古建筑坡屋面結(jié)構(gòu)選型設(shè)計(jì)
在中國，歷史名城如云，古代文化豐富多彩。近年來，伴隨著社會的發(fā)展，在許多歷史文化名城的古城區(qū)和名勝古跡周圍區(qū)，仿古建筑群隨處可見，為了進(jìn)一步了解仿估建筑，本文將探析現(xiàn)代仿古建筑坡屋面的設(shè)計(jì)情況。
在我國很多歷史文化名城的古城區(qū)、名勝古跡周邊，都規(guī)劃建設(shè)了從幾千平方米到幾萬平方米與之匹配的仿古建筑群。長年以來，名勝古跡周邊仿古建筑與原有古建筑主體形成了血脈相連、交相呼應(yīng)的關(guān)系。研究現(xiàn)代仿古建筑的坡屋面結(jié)構(gòu)形式，具有很大的經(jīng)濟(jì)價值和社會意義。
一、仿古建筑坡屋面的結(jié)構(gòu)選型設(shè)計(jì)
仿古建筑坡屋面的結(jié)構(gòu)選型設(shè)計(jì)，是各地仿古建筑設(shè)計(jì)的重中之重，其結(jié)構(gòu)形式的選擇不僅影響建筑的經(jīng)濟(jì)效益，還影響到檐椽、額杭、斗拱等構(gòu)件的處理，以及室內(nèi)頂棚部位的裝飾風(fēng)格，對于古建筑的“古味”程度起著決定作用。因此，仿古建筑坡屋面的結(jié)構(gòu)形式，非結(jié)構(gòu)專業(yè)所能確定，只有建筑設(shè)計(jì)者充分了解仿古建筑坡屋面的各種結(jié)構(gòu)形式，才能在結(jié)構(gòu)選型時做到因地制宜、使效益最大化。筆者對很多己建成的仿古建筑進(jìn)行了大量調(diào)查，現(xiàn)將我國現(xiàn)代流行的仿古建筑坡屋面幾種主要的結(jié)構(gòu)形式及其優(yōu)缺點(diǎn)介紹如下。
1、照搬《營造法式》中的梁柱結(jié)構(gòu)
圖1梁柱相互支撐的木構(gòu)架結(jié)構(gòu)
1. 1優(yōu)點(diǎn)
《營造法式》中的各種結(jié)構(gòu)構(gòu)造措施，經(jīng)過幾千年的承傳，己經(jīng)非常成熟。梁柱構(gòu)架的各種組合可以自然而然地形成古建筑屋面的舉折等藝術(shù)表現(xiàn)形式，可以充分體現(xiàn)中國古建筑室內(nèi)室外的一切特點(diǎn)和要求。
1.2缺點(diǎn)
這種90度交接的梁柱構(gòu)架，存在構(gòu)造不穩(wěn)定、受力不合理、需要大量優(yōu)質(zhì)木材、造價高、干濕變形、蟲蝕、長期荷載作用下承載力較低和不耐火等缺點(diǎn)。因此，此類仿古建筑形式一般都在規(guī)模較小、或要求“修舊如舊”、保持歷史原貌時才采用，而大面積的仿古建筑群都因造價高、耗費(fèi)木材太多而不采用此結(jié)構(gòu)形式。
2、鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)
關(guān)于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，對結(jié)構(gòu)形式外觀照搬《營造法式》，但是，其結(jié)構(gòu)主體所用的材料必須全部改成現(xiàn)澆或預(yù)制鋼筋混凝土，其它如附加枋、墊板等部位可以用鋼筋混凝土制作，亦或者仍然可以用木材制作。
2. 1優(yōu)點(diǎn)
比《營造法式》的純木構(gòu)架結(jié)構(gòu)要堅(jiān)固耐久，且節(jié)省木材。
2. 2缺點(diǎn)
支模板繁雜、構(gòu)件的預(yù)制和安裝困難，因此，它的推廣受到限制。這種結(jié)構(gòu)形式多用于高層仿古觀光樓閣等重要建筑物。
3、磚混或框架結(jié)構(gòu)
關(guān)于磚混或框架結(jié)構(gòu)，主要指的是建筑整體需要采用磚混或框架結(jié)構(gòu)，應(yīng)用于每個開間的橫梁上，砌筑磚墻時，必須按古建筑屋面舉折要求進(jìn)行施工，在磚墻頂部支撐檁條、椽條等部位應(yīng)用這處結(jié)構(gòu)形式來建筑 (見圖2、圖3)。此外，在墻頂直接支撐混凝土屋面也可以采用這種結(jié)構(gòu)形式，檐下的額枋、墊板等細(xì)部構(gòu)造，多用砌磚或混凝土的凹進(jìn)凸出形成假墊板、假梁枋等，使斗拱徹底失去了支撐構(gòu)件的意義，它成了一種外在的純裝飾構(gòu)件。又由于斜屋面板采用鋼筋混凝土澆制，使得椽條也變?yōu)榧冄b飾構(gòu)件，最終被固定于混凝土挑檐板下。(見圖4)
3. 1優(yōu)點(diǎn)
這種結(jié)構(gòu)形式的混凝土坡屋面板替代了檁條、椽條、木望板組成的傳統(tǒng)的3層結(jié)構(gòu)，使防水性能更好;利用磚墻砌筑的靈活性，很容易地體現(xiàn)古建筑的屋面舉折，不需要大型吊裝設(shè)備就能直接支撐混凝土斜屋面板等;由于它把古建筑繁雜的木工活歸并成工序較簡單的磚墻砌筑和澆筑混凝土，因此，施工方便快捷。現(xiàn)在，很多大面積的多層仿古建筑群(尤其是很多商住樓)都采用了這種結(jié)構(gòu)形式。
3. 2缺點(diǎn)
支撐屋面的三角形磚墻內(nèi)部需加構(gòu)造柱，墻頂需加斜圈梁，提高了屋面的混凝土和鋼材用量;每個開間的大梁要承受不合理的三角形磚墻的荷載，提高了梁、柱、基礎(chǔ)的成本;由于這種結(jié)構(gòu)形式不能表現(xiàn)古建筑室內(nèi)的斗拱、檁、椽、木構(gòu)架等構(gòu)件的特點(diǎn)，因此，它只適宜外古內(nèi)洋的仿古建筑。
4、三角形屋架
三角形屋架因材料不同，分為木屋架、鋼屋架、鋼木屋架、鋼筋混凝土屋架等，此種結(jié)構(gòu)受屋面荷載作用，一般屋架的每一桿件只產(chǎn)生沿桿件長方向的軸向力，幾乎不產(chǎn)生剪力和彎矩，而材料耐受軸向力的性能都比較好，故桿件截面尺寸較小。
4. 1優(yōu)點(diǎn)
自重輕、節(jié)省材料、整體剛度好，好于梁柱疊加的木構(gòu)架體系，故抵抗房屋橫向水平力更強(qiáng)。三角形屋架尤其適用于跨度大的現(xiàn)代廳堂類仿古建筑。
4. 2缺點(diǎn)
(1)由于屋架的上弦是2條通長的斜直線，無法表達(dá)中國古建筑坡屋面的舉折，從而限制了這種結(jié)構(gòu)形式在仿古建筑上的應(yīng)用。但不能就此斷言三角形屋架與中國古建筑無緣。筆者一經(jīng)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，某省一些仿古建筑就用了三角形屋架，如某仿古辦公樓，分別采用了木屋架和鋼木屋架，2幢建筑在屋架上弦節(jié)點(diǎn)及其中點(diǎn)設(shè)置支墊，通過調(diào)整各個支墊的高度(見圖5)來表現(xiàn)中國古建筑坡屋面舉折的曲線美。
圖5仿古辦公樓的鋼木屋架結(jié)構(gòu)
(2)這種結(jié)構(gòu)因無法掩蓋其自身形狀，故難以表現(xiàn)古建筑室內(nèi)的特點(diǎn)，只能做到“外古內(nèi)洋”。鋼木屋架、鋼屋架其上弦由于是鋼和木材，容易通過焊接、螺栓等方式與鋼或木材聯(lián)接，因此，這類屋架容易在節(jié)點(diǎn)處做支墊，以支撐古建筑的大屋頂。而混凝土屋架則不能支撐大屋頂，因在混凝土屋架上做支墊時，混凝土的上弦很容易受到削弱或破壞。木屋架由于其跨度小、耗費(fèi)木材多，很少被采用。
二、合理選擇結(jié)構(gòu)形式
仿古建筑坡屋面結(jié)構(gòu)的4種形式各有所長(具體的特點(diǎn)比較見表1)，不能簡單地?cái)嘌哉l優(yōu)誰劣，設(shè)計(jì)者應(yīng)根據(jù)建筑物的功能要求，確定適合的結(jié)構(gòu)形式。
當(dāng)仿古建筑室內(nèi)要求“修舊如舊”，表現(xiàn)枋、檁、椽、斗拱等構(gòu)件時，應(yīng)采用梁柱構(gòu)架結(jié)構(gòu)，因框架梁和三角形屋架結(jié)構(gòu)受其結(jié)構(gòu)外觀限制，“古”的韻味做不到很純;而將仿古建筑作為商業(yè)建筑使用時，要求外觀為古典風(fēng)味，室內(nèi)頂棚則要呈現(xiàn)建筑的平整和明快，這就應(yīng)該采用混凝土框架梁上砌磚墻或三角形鋼屋架、鋼木屋架等形式，它們不會影響對檐下各種構(gòu)件的處理。在眾多工程中，建筑師絕不應(yīng)該僅使用自己熟悉的古建筑坡屋面的一種結(jié)構(gòu)形式，去應(yīng)對所有仿古建筑。至今，筆者尚沒有發(fā)現(xiàn)應(yīng)該用梁柱構(gòu)架結(jié)構(gòu)，卻采用三角形屋架的情況，但應(yīng)該用框架梁或三角形屋架，而錯誤地照搬了《營造法式》的例子卻很多。如某城市的某仿古商業(yè)街建筑群，外觀古樸，而進(jìn)入商場的室內(nèi)卻如同進(jìn)入廟宇一般，與現(xiàn)代商業(yè)氣氛極不協(xié)調(diào)。還有規(guī)模很大的某仿古商住樓群，因照搬《營造法式》耗費(fèi)了大量木材，后因業(yè)主對其裝修效果不認(rèn)同，再加做吊頂，以遮擋與環(huán)境很不協(xié)調(diào)的木構(gòu)架、檁、椽等，可謂多花了錢，又沒起到好的效果。
三、仿古結(jié)構(gòu)處理措施
1、木屋架結(jié)構(gòu)部分處理
因?yàn)槟疚菁芤言鲈O(shè)鋼拉桿, 也加固處理過其節(jié)點(diǎn)，因此無需對木屋架部分結(jié)構(gòu)構(gòu)件再做加固處理。但是，對于木質(zhì)部分，應(yīng)當(dāng)采用過氯乙烯防腐漆打底, 面刷過氯乙烯兩遍后做防腐處理 最后面刷防火漆兩遍，再做防火處理。
2、大坡屋面面層瓦的更換處理
原屋面采用掛瓦條干掛水泥平瓦, 而水泥平瓦不能滿足仿古建筑的需求，經(jīng)過比較后，現(xiàn)采用小青瓦作溝瓦。對于小青筒瓦作蓋瓦而言，屋脊砌仿古脊瓦按需要常規(guī)施工方法，可以用水泥砂漿將小青瓦直接粘貼在屋面板上, 確定結(jié)構(gòu)處理措施：在已檢修的木基層板上鋪設(shè)厚型油氈一道!在油毛氈上釘順?biāo)畻l, 順?biāo)畻l截面為 65mmX25mm，順?biāo)畻l間距235mm，在小青瓦上角鉆孔，用鍍鋅釘子直接將小青瓦釘在順?biāo)畻l上，這樣可以減輕屋面荷載。此外，經(jīng)過現(xiàn)場放樣蓋瓦，可以測得小青瓦屋面荷載雖然比原水泥平瓦荷載多, 但是此增加荷載仍然被控制在原設(shè)計(jì)允許的安全系數(shù)范圍之內(nèi)。
3、屋面檐口作法
屋面檐口,經(jīng)常會受到風(fēng)荷載影響，所以要在檐口上 0.5m 范圍內(nèi)采用如此結(jié)構(gòu)處理措施：在木基層板上鋪設(shè)厚型油氈層，鋪設(shè)鍍鋅鋼絲網(wǎng)，釘順?biāo)緱l，在檐口 0.5m 范圍內(nèi)的小青瓦蓋瓦上采用水泥砂漿粘貼, 同時用鍍鋅釘子及銅絲將溝瓦固定在在木順?biāo)畻l上，檐口滴水瓦也可以采用水泥砂漿進(jìn)行粘貼，確保檐口封閉, 以防其直接從檐口縫隙鉆入瓦屋面而破壞屋面。
4、屋脊作法
對于屋脊而言，應(yīng)當(dāng)采用仿古脊瓦, 不可用釘子將脊瓦釘在屋脊上,其結(jié)構(gòu)處理措施：在木基層板上鋪設(shè)一道油氈，鋪設(shè)鋼絲網(wǎng)，順?biāo)畻l固定鋼絲網(wǎng)，保證鋼絲網(wǎng)在屋脊處牢固而永不斷開，其長度為屋脊兩側(cè)順坡度方向各500mm。在脊兩側(cè) 500mm 范圍的小青瓦、蓋瓦及脊瓦均采用混合砂漿粘貼，鋼絲網(wǎng)用于固定水泥砂漿,以防水泥砂漿下滑。
結(jié)束語：
綜上所述，在仿古建筑破屋面施工的過程中，一定要認(rèn)真掌握其基本施工程序和法則，還要對其文化內(nèi)涵有一個準(zhǔn)確把握，必須通過中國文化的獨(dú)有審美情趣去透視。不管怎么說，古建筑應(yīng)當(dāng)彰顯其濃郁的地域風(fēng)情和深厚的文化底蘊(yùn)，將其最具魅力的神話增添給古都文明，站在經(jīng)濟(jì)實(shí)用的有角度上，提升好現(xiàn)代仿古建筑的設(shè)計(jì)水平。但是，不能僅僅依靠《營造法式》，還需要掌握各種各樣的新材料和新結(jié)構(gòu)形式，因地制宜，努力做好仿古建筑結(jié)構(gòu)形式的選擇工作。
