仿古建筑的结构类型有哪些
1 引言
中国古建筑虽然历经了数千年的演变,但其独特的结构方法和布置规模始终没有改变,并且是世界上独具风格的一门建筑学科,是世界建筑艺术宝库中的一颗璀璨明珠。中式传统古建筑以木结构为主,在材料选用、平面处理和艺术造型等方面都有许多自己的特点,但随着社会的发展与进步,传统木结构在防火与防腐方面的缺陷也日益明显,新技术、新材料的运用使仿古建筑的设计和建造成为可能,这也是对中国古建筑文化的继承与发展。现代仿古建筑以钢筋混凝土为主体结构,改变了传统中国古建筑以木结构组合为主的受力系统,吸收了传统中国古建筑风格的精华,在钢筋混凝土结构的基础上,将传统古建筑的造型、部件等,作为装饰效果,从而达到建筑上的仿古目的。以下本文将就某工程实例对此种建筑的结构设计谈几点体会,能为同行在设计工作中提供一些参考。
2 中国古代建筑的特点
中国古代建筑是以木构架为主的一种结构方式,平面布局内向含蓄,层次丰富,均衡对称,空间布局灵活,承重与围护结构分工明确;在建筑的设计和施工中很早就实行了模数制和构件的定型化,对于建筑整体到局部的形式、尺度和做法都有相当详细的规定。中国古代建筑还独创了斗拱的结构形式,并充分运用色彩的装饰手段,使建筑物显得庄重而华丽。
中国古代建筑的结构方式有'叠梁式'、'穿斗式'、'井干式'三种,屋顶形式有硬山顶、悬山顶、庑殿顶、歇山顶、攒尖顶和复合顶。
仿古建筑的结构设计要求
现阶段的仿古建筑多采用钢筋混凝土结构代替木结构,为了达到油漆彩绘之后与木构架相同的外观效果,与传统的钢筋混凝土结构相比,仿古建筑的结构设计具有以下特殊要求:
3.1 模数要求和构件定型化
各受力构件的规格需满足古典建筑的模数要求,传力体系的构成极其各构件的尺度和形体完全仿照古代木结构中柱、梁、枋、檩的相应做法。
3.2 屋面造型要求
屋面变化显著,造型要求高,构架体系采用了步架和举架的处理方法,使屋面坡度越往上越陡峻,越往下越平缓,形成了曲线优美、出檐深远的特征,体现了我国古代建筑的造型特点。
3.3 建筑中有大量的具有独特装饰作用的结构构件,其中最具有代表性的是斗拱和雀替。
斗拱:斗拱中方型的底座叫做斗,上面错落搭建的船形木块叫做拱。斗拱是中国传统古建筑特有的型制,它位于木结构梁和柱子之间,具有传导屋面荷载、加大屋檐挑出长度、缩短梁枋跨度、吸收地震能量等结构作用和装饰作用,是中国古代建筑中最具特色的部分之一。对于仿古建筑而言,因主体结构为钢筋混凝土,装饰常常成为斗拱的主要作用。
雀替:用于额枋(檐枋)与檐柱相交处,近似于三角形,表面有雕刻装饰的构件。可以缩短梁枋的净跨距离,具有辅助拉结和装饰双重功能。
4 工程实例
4.1 工程概况
唐山兴国寺大雄宝殿位于唐山市内,宏伟、气势非凡的唐代建筑,共十一开间,为钢筋砼仿唐建筑,该殿为双层重檐仿古建筑,建筑面积1400m2,总高度25m,屋顶形式为庑殿顶,无铀光瓦铺盖,飞檐翘角,气魄雄伟,檐下为七踩斗拱。室内采用'露明造',使空间更高大、更宽敞。该建筑采用了钢筋混凝土仿木结构。
4.2 结构体系
采用现浇钢筋混凝土仿木框架结构,用SATWE程序进行整体计算,由于本软件自身没有考虑到斜板的作用,故同时用PMSAP进行分析,主受力框架用PK程序复核计算配筋。构架体系采用了步架和举架的处理方法,其传力途径也明显不同于传统钢筋混凝土建筑,屋面荷载通过T形屋面板传给屋面檩条梁,再由梁架逐层往下传递,最终通过最底层的梁传给框架柱。主受力框架立面。由于大殿建成后需供奉大尊佛像,故殿内抽掉了两根里金柱,使相临柱子间跨度18m。这么大的跨度在传统古建筑中是罕见的,而为了保持室内'露明造'的完整性,做了转换梁系,共同支撑其上的柱子和屋面梁架体系。
4.3 屋面板的设计
木结构的屋面木基层是由望板和椽组成的,这就使得仿古建筑的屋面板截面形式为T形,单向受力,板肋之间的距离很近、肋高较小,造型复杂,考虑到屋面板的举折模板铺设不好控制,我们采用控制板底标高的办法来控制高程。,对椽子采用预制椽子,上做砼现浇板的方法,设计时按叠合前和叠合后分阶段对T形板进行强度计算、抗裂验算、挠度验算。分别满足施工阶段和使用阶段的受力要求。同时在内廊采用配重板的设施,大大的减少了檐檩的扭矩。对其他屋面部分采用120厚的防水砼板,双向双层配筋,减少温度收缩的影响。
4.4 斗拱设计
在主体结构为钢筋混凝土的仿古建筑中,斗拱是作为受力构件还是纯装饰构件?采用木结构还是钢筋混凝土结构?这就值得探讨了,本工程斗拱系统全部采用现浇斗拱),斗拱在结构中为受力构件。这样很容易的实现了对4.3米的出檐的处理,同时也大大的减少的撩檐檩的断面高度,在角科斗拱的老角梁处理上,我们暗藏一根梁,同斗拱宽,这样也就实现了7.8米长梁的出挑。其中,现浇斗拱的做法,已经写成国家工法并得到批准。
关于结构计算的详细细节,我会在博客上给大家慢慢道来。主要是解决层的问题和位移的控制问题。同时对受力斗拱的再认识问题。当然,受力斗拱在唐以前的建筑比较适用,毕竟他的斗口大,容易实现这些。
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