仿古建筑坡屋面結(jié)構(gòu)選型設(shè)計(jì)
在中國(guó)，歷史名城如云，古代文化豐富多彩。近年來，伴隨著社會(huì)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(guó)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(zhǎng)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(jià)值和社會(huì)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(duì)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(shí)做到因地制宜、使效益最大化。筆者對(duì)很多己建成的仿古建筑進(jìn)行了大量調(diào)查，現(xiàn)將我國(guó)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(yíng)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(yíng)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(guó)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?jī)?yōu)質(zhì)木材、造價(jià)高、干濕變形、蟲蝕、長(zhǎng)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(shí)才采用，而大面積的仿古建筑群都因造價(jià)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(duì)結(jié)構(gòu)形式外觀照搬《營(yíng)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(yíng)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(gè)開間的橫梁上，砌筑磚墻時(shí)，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(jiǎn)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(gè)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(zhǎng)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(zhǎng)的斜直線，無法表達(dá)中國(guó)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(guó)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(gè)支墊的高度(見圖5)來表現(xiàn)中國(guó)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(shí)，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(zhǎng)(具體的特點(diǎn)比較見表1)，不能簡(jiǎn)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(shí)，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(shí)，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(huì)影響對(duì)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(duì)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(cuò)誤地照搬了《營(yíng)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(chǎng)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(yíng)造法式》耗費(fèi)了大量木材，后因業(yè)主對(duì)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(duì)木屋架部分結(jié)構(gòu)構(gòu)件再做加固處理。但是，對(duì)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(duì)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(chǎng)放樣蓋瓦，可以測(cè)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(huì)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(shí)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(duì)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(zhǎng)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(duì)其文化內(nèi)涵有一個(gè)準(zhǔn)確把握，必須通過中國(guó)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(yíng)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。
