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1历史背景
赏心亭最早为宋代丁晋公谓所建,《白下余谈》载有王元倬《凤凰台寻常心亭故址》一诗,并注云:“赏心亭,宋丁谓建,以帝所赐袁安卧雪图者,在下水门城上,即今水西门……”。后来亭子毁于战火,由南宋三任建康知府的马光祖重建,重建后的赏心亭更加壮观,被称为金陵第一胜迹。宋代及后世许多诗词大家都有登赏心亭之作。由此可见赏心亭在当时极为壮观精美。历史上该亭数度被毁又数度重建,现则是清朝被毁后的再次重建。鉴于西水关历史地位的重要性,秦淮区建设局于2009年3月16日在区政府大楼召开了西水关地区历史文化资源挖掘与利用的专家论证会(文史建筑专家),各位专家对该地区规划方案提出了宝贵意见,参照宋亭风格重建赏心亭是与会专家的共识。2009年3月,我院接受南京市秦淮区建设局(现秦淮区住房和建设局)设计委托,在东南大学建筑学院杜顺宝教授指导下,开始赏心亭建筑从方案至施工图设计。
2建筑设计
2.1建筑风格
赏心亭建筑按仿宋建筑风格设计,该组建筑色彩以白墙、红柱、灰瓦为主色调,灰黑色亚光琉璃瓦屋面,鸱尾吻与叠瓦屋脊,檐下斗拱,外墙为白墙加腰串、心柱、地袱等,格子门窗,寻杖栏杆;主体3层八角重檐攒尖顶,建筑高度控制在23.85m;附属用房为3层歇山顶,建筑高度控制在9m之内。整组建筑竖向高耸挺拔,横向错落有致,是水西门城市节点重要的人文景观。
2.2建筑功能
功能设计满足观赏与使用价值并重;建筑主体临外秦淮河,以1层展览、楼上观景为主,四周视觉开阔,有良好的观赏效果;利用台基下面的高敞空间,在不影响建筑外部观瞻的同时满足建筑的使用要求;附属部分安排文化展示,地下室设停车库,供17辆左右小车内部使用。
2.3建筑主要特性和材料
建筑面积5041m2,主体为钢筋混凝土框架结构,抗震设防烈度:7度;建筑耐火等级:地面建筑(3层)二级,地下建筑(负1层)一级;设计使用年限:50年;地下室为钢筋混凝土自防水挡土墙,防水等级一级,设计抗渗等级S6。主楼1层外廊柱、梁、枋、檩、斗栱、附房斗栱、所有门窗均用柳桉,主楼与附房椽子杉木制,主楼栏杆为菠萝格。主楼与附房1层台基、柱础、台阶、踏步、石栏杆等均为优质花岗石,甲级斩细。主楼宝顶铜制。(1)油漆①地仗中一麻五灰做法:用于外立面露明处木结构的柱、梁、枋、檩、斗栱、栱眼壁板及木门窗裙板等部位。②单披灰地仗做法:用于外立面露明处钢筋混凝土仿木柱、梁、枋,木门窗除裙板外其他部位、望板、椽子,除椽头为彩画外的其余部位。③彩画:附房外立面与主楼1层内外彩画做法按彩画样品施工,主楼2层以上彩画按宋式传统彩画做法。附房外立面施彩画,内侧按传统广漆做法。主楼顶层内侧、暗层内侧均按传统广漆做法。
3规范要求与仿古建筑的矛盾
工程2009年时设计依据是:《建筑设计防火规范》GB50016-2006,《民用建筑设计通则》GB50352-2005、《地下工程防水技术规范》GB50108-2008等,按规范要求:(1)二级防火等级的建筑土木工程与装饰材料除吊顶可用难燃材料外,均应为不燃材料,但赏心亭为了能更好地体现仿宋建筑的韵味,外装饰须用木材。(2)消防水池与泵房、消防水箱、室内外消火栓等设施是消防的重要保证,赏心亭主体顶层若放入消防水箱,就影响了观景最佳处的使用;消防水池与泵房若建于水西门广场上,会对景观设计带来很多的不利因素;附建在地下室时,消防水池和泵房的安全疏散就得有至少1处能直接通往室外的封闭楼梯间。(3)按建筑适宜的比例和尺度,赏心亭主体建筑高度宜做到24m以上,由此牵涉到建筑的消防、栏杆安全高度、结构设计等等就需按高规设计。(4)人员密集的公共场所、观众厅的疏散门不应设置门槛,且门需朝疏散方向开启,但这么做很难满足建筑仿宋外形的需求。(5)建筑高度小于24m时,栏杆高度需达到1.050m高,从楼地面或屋面至栏杆扶手顶面垂直高度计算,若底部有宽度大于或等于0.22m,高度低于或等于0.45m的可踏部位,应从可踏部位顶面起计算,且传统栏杆纹样不能避免少儿攀爬的可能,栏杆芯子间净距离若做到小于110mm,栏杆高度1.050m,则难与建筑整体的比例、尺度吻合。(6)人员密集的场所台基高度超过0.70m并侧面临空时,需有防护设施,而仿宋建筑台基临空处不适宜做栏杆及其他构件。(7)节能、防水设计的要求使瓦材与钢筋混凝土屋面板之间厚度增大,由此带来按常规预留的围脊高度不够。(8)木格子门窗的物理性能按古建常规做法很难满足节能设计要求。
4仿古建筑的设计策略
4.1消防设计
赏心亭建筑设计高度控制在23.85m,使用功能:展览、观景,属人员密集场所,按重要公共建筑耐火等级不低于二级。消防设计的目标是:加强消防管理,立足于自防自救,确保火灾发生时室内人员能及时疏散至室外安全场所,在最短的时间内控制火情,防止火灾蔓延,减少财产损失。4.1.1消防设施赏心亭总平面沿长、短两个方向布置有U型消防通道,附房1层临广场处设置消防控制室,完备火灾自动报警、消防联动系统;自动喷水灭火系统;室内外消火栓、灭火器等。地下室结合车行坡道下部空间布置360m3的消防水池与消防泵房,10m长疏散通道连接消防泵房与封闭楼梯间,可直通室外;通过各专业反复协调、修改设计,将18m3的消防水箱布置在赏心亭主体重檐闷顶内,临时钢梯通过检修人孔可到达闷顶内,从事设备维护检修。4.1.2消防分隔赏心亭主体与附房地上部分建筑防火等级二级,地下负1层防火等级一级,除按《建筑设计防火规范》要求划分防火分区之外,每层1.5m~2.5m的钢筋混凝土挑檐,可起到每层竖向防火隔离作用,井道与变形缝均做防火封堵。消防专项设计时要求所有木料均采用防火涂料、浸剂进行防火处理,耐火极限需达到1h,保温层采用A级聚氨酯保温板,且施工前材料需送相关部门检验,合格后方能施工,尽最大可能赢得消防扑救时间。4.1.3安全疏散按规范要求,地下负1层建筑依据使用功能、防火分区面积和人流的大小分别于2个防火分区内设置了1部和2部封闭楼梯间,均可直接到达室外广场上;地面上建筑则各设1部封闭楼梯间在其防火分区内,当某一防火分区发生火灾时,可从火灾应急广播得到疏散指令,通过各层安全出口或从甲级防火门到达另一防火分区疏散。
4.2节能设计
4.2.1总平面设计赏心亭项目位处夏热冬冷地区,按50%的节能设计标准设计,主要针对3层主体与附房建筑进行节能设计。建筑坐北朝南,有良好的通风采光;夏季减少太阳直射室内,冬季能有适量的阳光照射,避开主导风向。4.2.2围护结构节能措施外维护墙体材料用190mm厚水泥多孔空心砖,外保温体系。外墙与屋面分别是30mm与45mm厚A级聚氨脂保温板保温隔热。4.2.3门窗为建造南京城市重要人文景观,真实体现宋代建筑风格,根据传统工艺要求及专家指导意见,门窗按“宋式”木作门窗制作,节能措施有:玻璃采用5透明+12A+5透明,木门窗对开时做和合缝,所有风缝均用木饰条贴缝,从细节上提高传统木门窗的保温节能性能。
4.3其他细部处理
(1)赏心亭主体建筑通过抬高栏杆地袱的标高,使栏杆实际使用高度满足1.050m,而外观则不到1m高,寻杖栏杆扶手与栏板间增加1道Φ100mm的圆钢管,油漆同栏杆;室内外漏空栏杆内侧加设1道Φ2@6×6钢筋网片,减少安全隐患。(2)1层对外立面有影响的安全门朝内开,门槛可拆卸,开放时间安全门保持打开状态。(3)无栏杆处台明高度控制在0.60m内。(4)因节能、防水要求,瓦件与钢筋混凝土屋面板之间垫层厚度加大,因此设计时需充分考虑围脊高度加垫层厚度,否则就只有将围脊水平位置外移以满足围脊高度,但这是不得已而为之的做法。
5结语
[关键词]数学映射;斗拱;现代建筑立体构成
一、课题研究的背景和意义
早在19世纪,建筑中的数学已经进入了人们的视野。建筑需要美,美源于和谐,和谐要用数学来创造。中国古代建筑在数千年的历史长河过程中,作为一种文化现象,极具中国传统思想内涵。因为其深厚的文化内涵,我们选用中国古代建筑中的基础部件斗拱作为研究对象。斗拱不仅具有形体的美感,更作为承重是建筑中不可缺少的部分。美与功能性兼得,完美诠释了数学的理性美与建筑的形态美。本文研究剖析了斗拱的空间结构与部件数据,深入发掘了数学原理与建筑形态功能的联系,由此将古代建筑的设计原理运用到现代建筑的设计中。
二、数学映射的概念及应用
在数学上,映射则是个术语,指两个元素集之间元素相互“对应”的关系。设A、B是两个非空集合,如果存在一个法则f,使得对A中的每个元素。按法则f,在B中有唯一确定的元素b与之对应,则称f为从A到B的映射,记作f:AB。集合A叫做映射f的原像,f(x)∈B叫做x在映射f下的像。函数是数集到数集映射,f:AB是一个函数,其中原像集A称做函数的定义域,像集B称做函数的值域。而“映射”是比函数更广泛一些的数学概念,它就是一个集合到另一个集合的一种确定的对应关系。想要映射能够成立,必须具备以下两个条件:原像的遍历性,即A中的每个元素x在映射的集合B中都有对应的象;对应的唯一性,即A中的一个元素只能与映射的集合中B的一个元素对应。根据对映射的定义,我们可以举出一些映射的简单例子。设A={x|x是三角形},B={y|y>0}。集合A中的元素x按照对应关系“计算面积”和集合B中的元素对应,这个对应是集合A(几何图形)到集合B(数值)的映射。再如,设A=R(实数),B={直线上的点}。按照建立数轴的方法,是A中的数x与B中的点p对应,这个对应是集合A(数)到集合B(点)的映射。可以看出,原像A与映射得到的象B可以是不同质的事物,把两者联系起来的是对应关系——“映射规则”。按照此思路,我们可以将映射应用到生活上。如弹钢琴时,手和手指的动作是集合A,钢琴(琴键和琴弦系统)就是“映射”(器),听到的乐曲声音就是集合B。如果手指运动可以用传感器“拾取”,转化为数字音频信号,也可以听到“弹奏”。以此类推,一幅世界名画,确定一种映射规则:假设红对应do(1),蓝对应re(2)……,颜色深浅对应强度,色块面积对应节拍时长,最终就可映射成一首乐曲。这样一来,我们不再是用眼睛看画,而是可以“听”画了。再如我们可以将中国古代诗词中最常见的一些字或词组整理出来,如“杨柳”“万里”“雁”“落霞”等词组,并统计其数量。之后随机找一组电话号码将其做一些数学的运算。如开方、开三次方等运算后,得出小数点之后一组无限循环小数。将统计出来词组的数量与这组无限循环小数对应起来,最后就创作出了一首新的诗词。也许这首诗词没有意境的含韵,但是也是具有韵律上的美感的。最终达到了映射规律在诗词创作上的应用和启发。
三、斗拱的及应用
中国古代建筑在数千年的历史长河过程中,作为一种文化现象,极具中国传统思想内涵。而斗拱就是其古建筑中最核心的部分。斗拱,又称枓栱、斗科、欂栌、铺作等,是中国汉族建筑特有的一种结构。在立柱顶、额枋和檐檩间或构架间,从枋上加的一层层探出成弓形的承重结构叫拱。拱与拱之间垫的方形木块叫斗,合称斗拱。斗拱通过力学原理,将梁斗对外挑屋檐的受力传输到立柱,从而解决了大面积挑空屋顶的受力难题。然而斗拱向外出挑,并均匀地分布在梁枋上,支挑着伸出的屋檐,使建筑物出檐更加深远,造型更加优美、壮观。斗拱最早出现在战国时期采桑猎壶上的建筑花纹图案,以及汉代保存下来的墓阙、壁画上,都可以看到早期斗拱的形象,到唐宋趋于成熟。根据国家意志,宋代颁布的《营造法式》在定义斗拱的同时,还给了它尊崇的地位。从此,斗拱的式样趋于统一。到了明清两代,斗拱的使用有了严格地规定。用不用斗拱,成为区分建筑等级高下的一种标志。斗拱至此进一步散发出强烈的意识形态,它的文化属性和阶级属性也得到了深化。斗栱的种类很多,形制复杂。按斗拱在建筑物中所处的位置分为外檐斗拱和内檐斗拱:外檐斗栱处于建筑物外檐部位,分为柱头科、平身科、角科斗拱。其中,转角斗拱的结构最为复杂,所起作用也是最大。内檐斗栱处于建筑物内檐部位,分为品字科斗拱、隔架斗拱等。如今,斗拱在近两年最突出的应用,是世博会中的中国馆。中国馆的设计灵感是来自于中国古代建筑中的斗拱。之所以中国馆斗拱结构这次得以作为一个主体被人们认识,因为在此之前它是依附在建筑物上,其作为一个部件,很容易被人忽略。然而中国古代建筑历经千年磨砺,现存人们眼前的都是历史文化的遗产,穿越千年却依旧给我们指引。它不仅是只是建筑物,也是中国古代劳动人民的智慧结晶之所在。正因为如此,本次课题试图从斗拱这样蕴含古代劳动人民智慧结晶的建筑物中寻找与现代建筑立体构成之间的联系。因此,映射这一数学原理给此次课题探究提供了可能。结合中国传统古建筑中斗拱这一经典的构件模型,探究了斗拱的空间结构与现代建筑立体构成之间是否存在空间对应关系,以此给现代建筑设计过程带来了启发。最终在传统建筑元素与现代建筑之间,在数学原理的作用下,找到了契合点,并使传统的古典的思想与现代建筑有所融合,使现代建筑有所创新。
四、探究思路及过程
此次探究,我们选择以清式斗拱作为研究对象,并从众多复杂的斗拱中选择较为简单的单翘单昂平身科斗拱为具体的探究对象。基本思路是,将单翘单昂平身科的各个部件长宽高的长度作为三维空间坐标系的坐标,最后根据三维空间坐标进得到新的现代建筑立体构成。其中单翘单昂平身科的各个部件长宽高的集合作为映射的原像,三维空间坐标系作为映射的法则,三维空间坐标点的集合作为最终映射的像。最终得到了从斗拱到新立体构成的映射。我们将单翘单昂斗拱的正心瓜拱方向作为空间坐标系的x轴,将单昂后带头方向作为空间坐标系中的y轴,将整个单昂单翘斗拱的空间高度作为空间坐标系的z轴。这样下来,我们就建立好了空间坐标系。进一步把单翘单昂斗拱各个部件拆开,从大斗开始逐步向上搭建,每搭一个部件将其空间坐标系记录下来。其中x轴和y轴的长度为单个部件空间坐标系对应的长度,z轴高度为累加高度,即在之前基础之上累计搭建的高度。如果每一层搭建中部件有数个,则在空间长度确定之后乘以其数量,最终得到部件的空间坐标点。以此类推,得到了如下空间坐标系的表格。斗拱的部件搭建过程经过空间坐标系的映射后,得到了空间坐标系中点的位置和集合。经过整理,得到了如下的空间立体构成,最终把一个古建筑承重部件演变为了一个新的现代建筑立体构成。
五、结语
摘要:本文主要阐述了何为仿古建筑以及仿古建筑的特点,如何利用钢筋混凝土结构来实现古建筑中的各个节点和构件,在仿古建筑的结构设计时应着重考虑的节点。
关键词:仿古建筑;苏式古建;结构设计
Abstract: this article mainly expounds the antique buildings and what is the characteristics of antique buildings, how to use the reinforced concrete structure to achieve the ancient buildings each node and the component, the structure design of antique buildings should focus on the consideration of node.
Keywords: antique buildings; Su shi the lachlan Macquarie; Structure design
中图分类号:S611文献标识码:A 文章编号:
1.仿古建筑的概念和特点
中国是世界文明古国之一。古代中国建筑和古代埃及建筑、古代西亚建筑、古代印度建筑、古代爱琴海建筑、古代美洲建筑并列为世界古老建筑的六大组成。中国建筑文化历史悠远,形成独特,建筑物造型优美,结构严谨,宏伟中不失细腻,庄严中不失优雅。而“仿古建筑”一词正式起源于20世纪50年代,但直到上世纪末学术界在理论上的探讨, 褒贬不一, 可以说它经历了一个坎坷不平的产生发展和成熟的过程。“仿古建筑”与古建筑几乎相同, 但它已经完全脱离了具体型式的案臼, 如果仅停留在型式上的理解, 那么对传统建筑的因袭照搬就在所难免, 也是对仿古建筑形式的偏见。所以说对“仿古建筑”一词全面和准确的表述是模仿古建筑设计的外在表现形式。
仿古建筑形式有广义和狭义之分, 广义的仿古建筑形式是指利用现代建筑材料或传统建筑材料, 对古建筑形式进行符合传统文化特征的再创造狭义的仿古建筑形式是指利用传统建筑材料, 在特定范围内对古建筑的复原,严格讲属于文物修复范畴, 本文所论及的只是广义的仿古建筑形式。通俗点讲既是用现代的施工工艺体现古代建筑的外形,而我们知道的由于古代建筑材料和理论的局限性,古建筑并不存在高层结构;故而现今的仿古建筑也以单层和多层为主。众所周知,现代多层建筑多为砌体结构和框架结构。所以钢筋混凝土结构的应用在仿古建筑中占据主导地位。
中国古代建筑特点体现在使用木材作为主要建筑材料,并保持构架制原则。为了保护木材,表面需加油漆,在长期的发展演变中,中国古代建筑形成独具特色的彩画制度,令世人叹为观止。鉴于木结构的耐火性很差且使用周期短,在现今建筑中已经不提倡使用;而构架制的结构形式和现在的钢筋混凝土框架结构极为相似:传力途径明确,主体的承重结构和围护结构分开。这就说明框架结构是最能体现古建筑精髓的结构形式。这也为室内空间的灵活布局创造了条件。中国古代建筑中,常用多种多样的罩、挂落、隔扇、屏等自由灵活地分隔室内空间。但彩画制度这一形式在现今的钢筋混凝土结构中也只能通过外贴或喷绘等装修手段才能达到。
中国古代建筑创造并使用斗拱结构形式,斗拱是中国古代建筑体系中所特有的形制,它既是梁和柱之间传递荷载以及承担抗震作用的结构构件,又以其自身优美、华丽的造型而成为建筑的主要装饰构件。集结构功能与装饰功能与一体的精华所在。随着现代结构形式及建筑材料的发展,斗拱这一重要的结构构件应用在仿古建筑中时已经失去了原有的实质作用而仅仅作为一种具有观赏性的装饰构件。但是它作为古建筑的代表性构件是不可或缺的。
中国古代建筑组群大多以庭院为组合单位:单体建筑沿周边布置,围合成中间的庭院。这样的庭院整体风格是内向的:内部开敞而富于变化,外观较封闭。按照中国的封建礼制观念,庭院强调中轴对称布局,以突出主体建筑,并求得整体的平衡。正是由于这种理念,古代建筑的单体建筑形式也是高度统一,无论是宫殿、寺庙、住宅等,不论其规模大小,外观体形皆由台基、屋身和屋顶三部分组成。这些特点难免单调,也在一定程度上限制的古建筑的多样性,而古代建筑师则从建筑组群沿轴线作多层次的纵身布局,从而使庭院变化丰富多彩的。
而在古代园林的设计中这些特点并不明显,原因是中国古代园林建筑以“师法自然”为原则,极尽自由灵活之能事。这才有了现在我们熟知的各式园林。
2.仿古建筑在现代工艺中的设计要点
正因为古建筑拥有以上特点,所以在仿古建筑中应尽可能的以现在工艺的手段实现以上特点。中国古建筑中以明清时期的苏式园林古建最具代表性,也最为人们熟知;所以在仿古建筑形式中以仿明清苏式古建为主。
古建筑的主受力构件大体可分为:柱、梁、桁、檩、椽。传力方向为:屋面椽檩桁梁柱;途径明确,受力简单。而古建中的梁均为简支梁,这对建筑物的抗震是很不利的,所以斗拱这一构件就诞生了;但在钢筋混凝土结构框架中梁与柱均为刚结,梁承担抗震作用,从而架空了斗拱这一构件;而现在屋面工程大部分采用现浇整体式,所以檩、椽等构件也成为非必须构件,可以取消。这样会对外立面产生影响,所以仿古建筑的屋面工程成为整个工程中关键的节点。
我国古代建筑的屋顶式样非常丰富,变化多端。等级低者有硬山顶、悬山顶,等级高者有庑殿顶、歇山顶。此外,还有攒尖顶、卷棚顶,以及扇形顶、盔顶、盝顶、勾连搭顶、平顶、穹窿顶、十字顶等特殊的形式。庑殿顶、歇山顶、攒尖顶等又有单檐,重檐之别,攒尖顶则有圆形、方形、六角形、八角形等变化形式。而在这些形式当中又以歇山顶的应用在苏式建筑中最为广泛。 “歇山”是清式叫法,在清代之前它又有“曹殿”、“汉殿”、“厦两头造”等不同名称。歇山式屋顶有一条正脊、四条垂脊和四条戗脊。歇山顶屋顶在两侧山墙处,不再像硬山式和悬山式那样,山墙是由正脊处向下垂直一线。歇山式屋顶的正脊比两端山墙之间的距离要短,因而歇山式屋顶是在上部的正脊和两条垂脊形成一个三角形的垂直区域,称为“山花”。在山花之下是梯形的屋面讲正脊两端的屋顶覆盖。在古建筑中屋面结构多为木、瓦等轻质材料,两条垂脊相对荷载较小。而现代建筑中的钢筋混凝土屋面自重较大设计时应在四条垂脊和四条戗脊处设梁建立可靠支撑从而明确山花部位屋面的传力途径。这和古建木作中的“桃尖顺梁”有着异曲同工之妙。而由于现代工艺取消了椽,“飞椽”这一形式只能通过混凝土的可塑性强这一特点来实现。
古建筑中梁支撑桁进而支撑屋面,而现今对进深要求不大的建筑可以将平梁更改为随坡面的折梁,这不但减少了工程造价,也可相对增加整个建筑物的室内高度,不会有压迫感。而梁跨度较大时,例如寺庙等需要内部空间较大,结构内部不宜设置柱;如使用折梁则会对边柱产生侧向的水平推力,而古建筑的柱截面形式多采用圆柱,所以不能通过改变柱截面的方法来抵抗水平力,联想到一般明清时苏式园林建筑大多有外廊,可将外廊作为建筑物的一部分,由外廊柱与结构边柱用大梁连接共同抵抗屋面折梁传递给柱子的水平推力,这样就解决了柱子同时承受三项应力的不利受力状态。
虽说古建中的各式“飞檐”、“望角”等复杂且精细的装饰构件通过混凝土来实现是对施工工艺的考验,但苏式仿古建筑最关键的难点还并不在结构本身,而是仿古建筑的节能。苏式古建讲究的是明亮、通透。需要相对较大的窗口,这在北方很多城市规范要求的开窗面积和传热系数等都是不满足的,这回在设计和施工中造成了很大程度上的困扰。这就需要相关的规范在这些方面进行一些特殊的要求。
3.小结
总而言之,古建筑是中国传统建筑精华的凝聚,是标示各个时期中国建筑史的里程碑,我们应继承和发扬古建筑设计中的优秀理念,将仿古建筑做到形神兼备,从而传承中国古典文化和历史底蕴。继往开来,为现代建筑事业的发展壮大做出应有的贡献。
参考文献:
[1]李剑平《关于仿古建筑形式的思考》学术论坛 2010.07
[2]罗哲文《中国古代建筑》上海古籍出版社 2001.12
【关键词】现代设计;仿古建筑;应用
中图分类号: S611 文献标识码: A
一、前言
文章对现代设计中仿古建筑的特点进行了介绍,对仿古建筑的定义及设计要求进行了阐述,通过分析,并结合自身实践经验和相关理论知识,对现代设计在仿古建筑中的应用进行探讨,具有一定的借鉴意义。
二、现代设计中仿古建筑的特点分析
1.现代设计中仿古建筑的概念简述
中国建筑文化历史悠远,形成独特,建筑物造型优美,结构严谨,宏伟中不失细腻,庄严中不失优雅。而“仿古建筑”一词正式起源于20世纪50年代,但直到上世纪末学术界在理论上的探讨,褒贬不一,可以说它经历了一个坎坷不平的产生发展和成熟的过程。
仿古建筑形式有广义和狭义之分,广义的仿古建筑形式是指利用现代建筑材料或传统建筑材料,对古建筑形式进行符合传统文化特征的再创造。狭义的仿古建筑形式是指利用传统建筑材料,在特定范围内对古建筑的复原,严格讲属于文物修复范畴。
2.仿古建筑的特点简述
仿古建筑通俗点讲既是用现代的施工工艺体现古代建筑的外形。而我们知道由于古代建筑材料和理论的局限性,古建筑并不存在高层结构;故而现今的仿古建筑多以单层和多层为主。众所周知,现代多层建筑多为砌体结构和框架结构。所以在仿古建筑中以钢筋混凝土结构为主。
(1)中国古代建筑特点体现在使用木材作为主要建筑材料,并保持构架制原则。为了保护木材,表面需加油漆,在长期的发展演变中,中国古代建筑形成独具特色的彩画制度,令世人叹为观止。鉴于木结构的耐火性很差且使用周期短,在现今建筑中已经不提倡使用;而构架制的结构形式和现在的钢筋混凝土框架结构极为相似:传力途径明确,主体的承重结构和围护结构分开。这就说明框架结构是最能体现古建筑精髓的结构形式。这也为室内空间的灵活布局创造了条件。
(2)中国古代建筑中,常用多种多样的罩、挂落、隔扇、屏等自由灵活地分隔室内空间。但彩画制度这一形式在现今的钢筋混凝土结构中也只能通过外贴或喷绘等装修手段才能达到。
(3)中国古代建筑创造并使用斗拱结构形式,斗拱是中国古代建筑体系中所特有的形制,它既是梁和柱之间传递荷载以及承担抗震作用的结构构件,又以其自身优美、华丽的造型而成为建筑的主要装饰构件。集结构功能与装饰功能为一体的精华所在。随着现代结构形式及建筑材料的发展,斗拱这一重要的结构构件应用在仿古建筑中时已经失去了原有的实质性作用,而仅仅作为一种具有观赏性的装饰构件。但是它作为古建筑的代表性构件是不可或缺的。
三、仿古建筑的定义及设计要求
1.仿古建筑的定义
仿古建筑是指在建筑形式上较忠实地模仿传统建筑,并保证建筑外观基本上反映传统建筑的主要特征,其结构、材料及施工技术方面均反映近现代建筑的主要特征,是近现代的建筑作品。
2.中国古建筑庭院式的组群布局
从古代文献记载,绘画中的古建筑形象一直到现存的古建筑来看,中国古代建筑在平面布局方面有一种简明的组织规律,这就是每一处住宅、宫殿、官衙、寺庙等建筑,都是由若干单座建筑和一些围廊、围墙之类环绕成一个个庭院而组成的。一般地说,多数庭院都是前后串连起来,通过前院到达后院,这是中国封建社会“长幼有序,内外有别”的思想意识的产物。古人曾以“侯门深似海”形容大官僚的居处,就都形象地说明了中国建筑在布局上的重要特征。
3.仿古建筑的设计要求
如今的仿古建筑物大多使用钢筋混凝土结构而不是木结构,为了使得建筑物在装饰之后的外观效果能达到模结构的程度,仿古建筑物在结构设计时要满足以下几个要求:
(1)模数要求和构件定型化
建筑物中各个受力构件的大小和形状都要满足古建筑的模数的要求。其他各传力构件也要严格按照古建筑物中各构件的形状和尺寸来确定。
(2)屋面造型要求
建筑物屋面各部位的变化要明显,对其构造也有很高的要求,构架体系可使用步架和举架的方法进行处理,以达到屋面坡度越往上越陡峻,越往下越平缓的效果,将中国古建筑独特的一面完全展现出来。
(3)在建筑结构中有许多构件具有独特的装饰作用,主要包括斗拱和雀替两种:
①斗拱
在斗拱中有一个方型的底座叫做斗,上面的船形木块叫做拱。斗拱是古建筑中一种独特的型制,处于柱子和木结构梁之间,它的主要作用是传导屋面的荷载、加大屋檐挑出的长度、以及吸收地震的能量等。对于如今的仿古建筑物来说,斗拱主要起着装饰的作用。
②雀替
用于额枋,与檐柱相交处,类似于三角形,在其表面一有雕有装饰的构件。其主要作用是缩短梁枋的净跨距离、辅助拉结和装饰等。
四、现代设计在仿古建筑中的应用
1.古建筑一直采用木构架为主要的受力体系,工程施工与设计主要以传承的经验、方法为主。现在出现了大量的以钢筋混凝土或钢结构为主要受力体系的仿古建筑。为了对古建筑模仿做到形似,就势必遵照古建筑木结构的结构形式和尺寸权衡,另外还得符合现代建筑规范要求。
按照现代力学理论进行简化,运用现代计算工具进行建模、计算、分析。这样将给建筑和结构设计提出了更高的要求,在仿古建筑的设计之初,设计人员脑袋里已经有了即将仿建的古建筑形式,是硬山、歇山还是攒尖,是卷棚还是正脊,开间、进深各为几间,有没有外廊,屋面举折情况等等。
构想出要仿取的纯正古建筑具体情况,然后再根据古代建筑模数制度计算各种构件的几何尺寸,再根据简化结构简历结构模型,运用现代结构计算软件计算其内力,复核其截面是否满足承载力要求。
2.大屋顶结构设计
屋顶形式多样,有重檐歇山、十字脊、顶、攒尖、四坡。大屋顶的屋面板是由几段折板组成,在折板的转折点,按照建筑的要求,主要区域直接设置钢筋混凝土梁,局部次要区域梁高与板底有高差时,用砖墙填砌,对于一些不能加梁的区域,则按照构造要求设置弯折钢筋。外墙的封檐板因为尺寸的限制,不能用填充墙砌筑,则用现浇钢筋混凝土板,板内配置双层双向钢筋,分别锚入屋面板和屋面梁内。
3.斗拱和雀替的设计
笔者在考察其他仿古建筑时了解到:其斗拱大多是采用钢筋混凝土预制构件,各级斗与拱之间通过预埋件焊接连接。尺度较大时或座浆连接尺度较小时,斗拱在结构中为受力构件,这种做法的主要缺点是做工较粗糙、不美观而且前者由于构件数量太多、防腐和维修费用较高、后者受力不太可靠。应用现代设计,
雀替仅作为装饰部分,不考虑其受力则采用钢筋混凝土预制构件。用定型模板在施工现场制作,主体结构施工时在相应位置留设预埋件。预制的雀替通过预埋件与主体结构的额枋檐枋和檐柱焊接连接,木斗拱与混凝土的预制雀替都是作为装饰构件与主体结构不是一起现浇成型,但采取了上述方式与受力构件连接后,再经过油漆彩绘处理整个建筑物浑然一体,完全达到了传统木结构的艺术效果。
五、结束语
仿古建筑中,合理的应用建筑设计,可以在体现建筑的古典气息的同时,更好保证工程的质量,同时缩短施工周期,当然,还是很多可以深化的地方,需要我们投入更多的实践才行。
参考文献:
[1]钱小虎.现代建筑技术在仿古建筑中的应用[J].山西建筑.2009,(07):17-18.
【关键词】木结构;古建筑;设计
一、木结构古建筑的火灾特点
1、燃烧强度大
木结构古建筑的建筑构件大多采用松、杉柏香樟等含油木质材料制作,木材用量多,火灾荷载大,而且年代久远,特别是寺庙建筑常年香火缭绕,木构件极为干燥,加之表面涂刷油漆,火灾时,燃烧猛烈,火场中心温度可达 1200 度以上。
2、火势发展快
木结构古建筑发生火灾时,火焰、热烟气在室内向上升腾,首先沿着殿堂垂直布置的木构件,以及悬挂的垂幔、幔帐、柱棉、飘带、天帐等装饰品迅速向上蔓延。火灾蔓延至屋顶部位后,又会迅速沿屋顶向水平方向发展蔓延,再加上室内空气对流条件好,极易造成全面燃烧。同时,大多数木结构古建筑相互毗邻,通廊相连,火势一旦突破着火建筑门窗会引起延烧,强烈的热辐射也能导致毗邻建筑着火。
3、屋顶易倒塌
木结构古建筑发生火灾后,其倒塌的规律一般是屋顶首先倒塌,墙柱后塌。这是由于古木建筑火灾首先是垂直向上蔓延,且其屋顶的屋架、桁、檩等构件截面积较小,而柱、梁截面积较大。火灾时,古木建筑整体倒塌的时限持续时间较长。
4、文物易受损
木结构古建筑不仅自身价值无法估量,而且其室内通常还珍藏有大量经典、书画、匾额等各类古代艺术珍品。火灾时,木结构古建筑本身及室内文物极易受到破坏,甚至直接被大火烧毁,而且用水扑救还会使木构件加速腐朽,忌水的文献史料、泥塑、唐卡、壁画等也会遭受损坏。
二、木结构古建筑防火设计的原则
1、预防火灾发生
随着社会经济的发展,古建筑内用火、用电、用油、用气剧增,火险因素随之日趋增多,如果疏于防火管理,极易引发火灾事故。通过建筑防火设计工作,合理确定与古建筑使用功能相匹配的建筑耐火等级,严格控制建筑内可燃、易燃物和内装修材料,设计安全可靠的供电、供气、供油、供热系统,可以提高古建筑本身的安全度,有效预防古建筑火灾发生。
2、防控火灾蔓延
原有木结构古建筑防火设计中大多没有防火间距的概念,当古建筑某一部位着火时,极易迅速蔓延。通过在建筑防火设计工作中,应用防火间距和防火分区分隔技术.合理确定建筑防火划距,严格划分防火分区,设置避难空间,充分利用防火墙,防火门窗、防火卷帘、防火阀、防火封堵材料等防火分隔设施,可以将火灾控制在一定范围,严防火势蔓延甚至“火烧连营”,从而最大限度地减少火灾损失。
3、畅通生命通道
木结构古建筑一旦起火并失控,其产生的火焰和高温、有毒烟气将对建筑内生命造成严重危害。在此情况下,如果古建筑缺乏必要的安全疏散措施,建筑内的人员将来不及疏散逃生,极易造成群死群伤,给家庭和社会带来不可挽回的损失。因此,通过在古建筑防火设计中工作中应用,应用安全疏散和烟气控制技术,合理设置安全出口、疏散通道、应急照明装置、疏散指示标志等安全疏散设施和自然排烟、正压进风、机械排烟等防烟排烟系统,可以保障人员安全疏散,最大限度地减少火灾人员伤亡。
4、创造扑救条件
木结构古建筑起火且扩大成灾后,需要消防力量及时、有效处置。因此,通过在建筑防火设计中应用平面布置技术,合理设置消防水源、消防车通道、消防登高场地等建筑灭火救援设施,可以确保火灾时消防人员及各类消防车辆、装备能够顺利靠近或进入古建筑实施灭火救援,及时、有效的扑灭火灾,抢救遇难人员。
三、木结构古建筑防火改造设计的主要内容
木结构古建筑防火设计涉及内容很多,主要包括总平面布置、防火间距、建筑结构和耐火等级、建筑材料防火、防火分区分隔、安全疏散、防烟排烟、消防设施、建筑防雷等建筑防火技术方面的设计。
1、总平面布置
木结构古建筑的总平面布置要满足城市规划和消防安全的要求。一是要根据建筑物的使用性质、规模、建筑高度、建筑体积及火灾危险性等,从周边环境、地势条件、主导风向等方面综合考虑,合理选择建筑位置。二是要根据实际需要,合理划分储存区(包括露天储存区)、辅助设施区、行政办公和生活福利区等。三是为了防止火灾时因辐射热影响导破火势向相邻建筑蔓延扩大,并为火灾扑救创造有利的条件,在总平面布置中,应合理确定古建筑与各类建(构)筑物、堆场、储罐、电力设施及电力线路之间的防火间距。四是应根据各建筑物的使用性质、规模、火灾危险性,考虑扑救火灾时必需的消防车通道、消防水源和消防扑救面。
2、建筑结构防火改造设计
建筑结构的安全是整个建筑的生命线,也是建筑防火设计的基础。建筑物的耐火等级是研究建筑防火措施、规定不同用途建筑物需采取相应建筑防火措施的基本依据。在建筑防火设计中,正确选择和确定建筑物的耐火等级.是防止建筑火灾发生和阻止火势蔓延扩大的一项治本措施。现存木结构古建筑构件的耐火极限和燃烧性能达不到规范的要求,可采取适当的方法加以解决。常用的方法主要有:在木构件表面涂刷防火涂料做耐火保护层;对木结构做耐火吊顶和防火保护层包敷等等。
3、建筑材料防火改造设计
木结构古建筑中的建筑材料绝大部分是可燃的,而且由于涂刷油漆,燃烧后产生大量的烟雾和有毒气体,给火灾扑救和人员疏散造成严重威胁。为了防止火灾的发生,或阻止、延缓火灾的发展,最大限度地减轻火灾危害,必须对可燃建筑材料的使用及其燃烧性能进行有效的控制。木结构古建筑材料的防火改造设计应当遵循的原则是:对材料进行阻燃处理;与电气线路或发热物体接触的材料应采用不燃材料或进行阻燃处理;楼梯、通道和供人员疏散的走道内应采用不燃材料。
4、防火分区分隔设计
木结构古建筑的建筑空间大,火灾时燃烧面积大,蔓延扩展快,因此在建筑内实行防火分区和防火分隔,可有效的控制火势的蔓延,既利于人员疏散和扑火救灾,也能达到减少火灾损失的目的。防火分区包括水平防火分区和竖向防火分区。水平防火分区是指在同一水平面内,利用防火隔墙、防火卷帘、防火门及防火水幕等分隔物,将建筑平面分为若干个防火分区、防火单元;竖向防火分区指上、下层分别用耐火的楼板等构件进行分隔,对建筑外部采用防火挑檐、设置窗槛(间)墙等技术手段,对建筑内部设置的敞开楼梯、中庭等采取防火分隔措施等。
5、安全疏散设计
人身安全是消防安全的重中之重,以人为本的消防工作理念必须始终贯彻于整个消防工作,从特定的角度上说,安全疏散设计是木结构古建筑防火改造设计中最根本、最关键的技术,也是建筑消防安全的核心内容。保证建筑内的人员在火灾情况下的安全是一个涉及建筑结构、火灾发展过程、建筑消防设施配置和人员行为等多种基本因素的复杂问题。安全疏散设计的目标就是要保证建筑内人员疏散完毕的时间必须小于火灾发展到危险状态的时间。
木结构古建筑安全疏散设计的重点是:安全出口、疏散出口、紧急出口以及安全疏散通道的数量、宽度、位置和疏散距离。基本要求是:每个防火分区内最好保证有两个安全出口;疏散路线必须满足室内最远点到房门,多层古建筑保证房门到最近楼梯的行走距离限值;疏散方向应尽量为双向疏散;疏散宽度应保证不出现拥堵现象,并采取有效措施,在清晰的空气高度内为人员疏散提供引导。
6、防烟排烟设计
烟气是导致木结构古建筑火灾人员伤亡的主要原因,如何有效的控制火灾时烟气的流动,对保证人员安全疏散以及灭火救援行动的展开起着重要作用,而且火灾时,如能合理的排烟排热,对防止建筑物的轰燃、保护建筑也是十分有效的一种技术措施。烟气控制的方法包括合理划分防烟分区和选择合理的防烟、排烟方式。划分防烟分区是为了在火灾初期阶段将烟气控制在一定范围内,以便有组织的将烟气排出室外,使人员疏散、避难空间的烟气层高度和烟气浓度处在安全允许值之内。防排烟系统可分为防烟系统和排烟系统。防烟、排烟是烟气控制的两个方面,是一个有机的整体,在建筑防火设计中,应合理设计防烟、排烟系统。
总之,木结构古建筑以木材为主要建筑材料,是建筑易于起火的最主要原因。因此我们要加强对木结构古建筑的设计,有效预防和减少古建筑火灾事故的发生,最大限度降低火灾事故损失。
参考文献:
[1]梁思成.中国建筑史[M].天津:百花文艺出版社,2005.5
[2]郭白莉,刘兴.现代技术下的木结构建筑[J].华中建筑,2006,24(7):75―88.
[3]翁文国,范维澄.中国古建筑防火研究[J].消防科学与技术,2001,9(5):20―22.
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