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摘要:從中式建筑的特點出發(fā),針對不同體型的中式建筑豎向受力體系的布置,屋面結(jié)構(gòu)中梁板設(shè)計的注意要點以及斗拱等構(gòu)件的受力設(shè)計及施工工藝,對鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)在中式建筑的受力進行論述,并對建于山區(qū)的中式建筑的地基處理提出建議,總結(jié)出鋼筋混凝土應(yīng)用于中式建筑的基本結(jié)構(gòu)設(shè)計理念。
關(guān)鍵詞:中式建筑,抗震受力,豎向受力體系
1概述
以宮廷建筑為代表的中國古典建筑,氣勢恢弘、壯麗華貴,造型講究對稱,色彩講究對比,建筑材料以木材為主。中國的古建筑獨樹一幟,中國建筑之美在世界建筑史上是非常輝煌的篇章。即便在高速發(fā)展的當下,中式建筑因其鮮明的特征,越發(fā)在高樓林立中顯出其獨特的韻味,因此,現(xiàn)代建筑中,不論是公共建筑,還是私人宅邸,中式建筑仍然是重要的組成部分。
2中式建筑的抗震
傳統(tǒng)的中式建筑支撐受力體系以木結(jié)構(gòu)為主,少量為磚石結(jié)構(gòu)。以往采用木結(jié)構(gòu)支撐體系,優(yōu)點在于木材采集,運輸,加工,建造方面省工,省時,同時,木結(jié)構(gòu)由于采用榫卯連接以及嚴謹?shù)亩饭绑w系,是中國古建筑抗震能力的關(guān)鍵所在,如遇地震,在斗拱的起承轉(zhuǎn)合下,建筑體松而不散,如太極般以柔克剛,化解地震沖擊,這種連接即現(xiàn)在所說的柔性連接,相當于現(xiàn)在抗震所說的耗能構(gòu)件,抗震性能好,但是明顯的缺點是怕火,怕潮濕及蟲蟻侵蝕。磚石結(jié)構(gòu)的古建筑抗震性能是以剛克剛,抗拉性能差,抗震性能差。新式的中式建筑把現(xiàn)代的技術(shù)融入到古建設(shè)計中,采用有效的抗震體系,結(jié)合古建筑的造型,在高度,跨度方面相對于傳統(tǒng)的建筑有明顯的提高及加大。但是純粹的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)并不能完整的實現(xiàn)原滋原味的中式建筑,需要在裝飾,飛檐等精巧部位有效結(jié)合木結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)。
3中式建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計方面
3.1豎向抗側(cè)力體系
與所有的建筑一樣,功能不同,布局不同,受力體系是不同的。一般有三種:第一種是樓閣式塔;第二種是總高度不高,平面體型大的公共建筑;第三種就是多層民居,跨度小,層高低。對于樓閣式塔建筑,典型的結(jié)構(gòu)特點是平面尺寸小,高度高,若沒有足夠的抗側(cè)力構(gòu)件,很容易導(dǎo)致整體受力體系極柔,對抵抗地震極為不利,在地震力作用下,會出現(xiàn)變形過大,導(dǎo)致破壞。塔式結(jié)構(gòu)高度高,普通的框架結(jié)構(gòu)并不能抵抗水平力,需要注意兩點:1)根據(jù)建筑平面,尋找可以布置剪力墻的位置,并且關(guān)鍵要連成一個整體,以給建筑提供足夠的抗側(cè)力剛度。2)根據(jù)建筑立面,布置框架柱,即便框架柱可能由于立面造型不能在豎向連續(xù)布置,導(dǎo)致抗震能力減弱,也可以作為第二道防線以抵抗地震力的破壞。高度不高的公共建筑,如大型飯店,演藝中心,這類建筑雖然總高度不高,但是層數(shù)少,層高高,需要開闊的空間,這種建筑,從受力和經(jīng)濟兩個方面分析,都不能采用框架結(jié)構(gòu),仍然需要設(shè)置剪力墻,采用框架—剪力墻結(jié)構(gòu)。需要注意兩點:1)在建筑的四角和樓梯間,以及盡量靠近邊緣的位置,尋找連續(xù)的T型,L型的位置來布置剪力墻,萬不得已的時候,采用一字墻。2)結(jié)合建筑平面及立面布置框架柱,以受力盡量簡單直接為準。民居采用中式建筑,可選的材料多,現(xiàn)在大多是主體結(jié)構(gòu)采用磚石結(jié)構(gòu),屋面或者采用現(xiàn)澆板,或者采用木屋面,在結(jié)構(gòu)抗震方面,增加適當?shù)娜α汉蜆?gòu)造柱,以增加房屋的整體性。
3.2中式建筑的屋面
傳統(tǒng)的中式建筑屋面采用純木結(jié)構(gòu),利用斗拱,根據(jù)屋面的形狀,設(shè)置轉(zhuǎn)換梁,轉(zhuǎn)換柱,最終把荷載傳遞給柱子?,F(xiàn)在小型的仿古建筑,仍然采用此種形式。大型的跨度大的古建,需要利用鋼筋混凝土的優(yōu)點,設(shè)置折梁及折板,直接將荷載傳遞給豎向構(gòu)件。但是古建筑中的梁板比普通建筑中要求精細,結(jié)構(gòu)工程師需要與古建建筑師反復(fù)推敲,確定懸挑梁終止的位置及懸挑梁的端頭截面,例如,1)屋面飛檐處,此處中式建筑造型靈動,線條流暢,結(jié)構(gòu)梁在此處須根據(jù)飛檐造型,進行變截面處理,且不能直接伸到飛檐邊緣,按造型終止于飛檐明顯變薄處,再利用混凝土板進行出挑。這樣后期再用木結(jié)構(gòu)處理,從外觀上看,不會出現(xiàn)突兀的截面。2)屋脊處,普通的古建筑,屋脊處不會有大的造型,但對于塔,閣之類的建筑,最高處的塔剎造型高,此處都考慮做折梁,用以支撐塔剎,并且注意考慮此處折梁的水平推力。
3.3中式建筑的斗拱體系
傳統(tǒng)的中式建筑里的斗拱,是中式建筑上特有的構(gòu)件,是由方形的斗、升、拱、翹、昂組成,斗拱在中國古建筑中起著十分重要的作用:1)承上啟下,傳遞荷載的作用。2)裝飾的作用。3)平衡穩(wěn)定的作用。如今的建筑,受力傳遞簡單,不再利用斗拱傳力,僅做為裝飾構(gòu)件使用。材料可以采用現(xiàn)澆混凝土,木結(jié)構(gòu),預(yù)制混凝土。1)若采用現(xiàn)澆混凝土制作,模板均需采用異性模板,造價高,與梁整體現(xiàn)澆,拆摸的時候第一不好拆,且不容易保持完整的外形,局部澆筑不到位。2)采用木結(jié)構(gòu)和預(yù)制混凝土。提前做好,采用預(yù)埋件焊接到位,簡潔且施工速度快。
4地基基礎(chǔ)處理
建造于山區(qū)的中式建筑,建筑跟著地勢走,與周圍環(huán)境融于一體。例如塔式建筑,這樣的建筑在使用過程中一般是不拆除的,故進行地基處理時,按永久建筑考慮。山區(qū)地區(qū)的建筑地基會存在巖石,或者一半巖石一半土層,或是巖石,建議直接做墩基礎(chǔ),或是一半巖石一半土層,或是高聳建筑,建議做灌注樁。同時對于建筑周邊地勢,建議不采用大開挖的形式處理山體,以防出現(xiàn)人為造成的不穩(wěn)定邊坡。對于一般地區(qū)的建筑,按常規(guī)地基處理即可。
5結(jié)語
中式建筑,無論前期如何推敲,在后期的實現(xiàn)過程中,仍然需要優(yōu)秀的匠人參與,優(yōu)秀的古建建造師可以讓建筑得到最大限度的效果體現(xiàn),設(shè)計與施工的有效結(jié)合,在中式建筑中要求更加嚴格,任何一座建筑的完美實現(xiàn),都需要在各個階段進行詳細對接。中式建筑作為世界建筑史的重要組成部分,在當前中國社會城市化建筑大發(fā)展時期,不論采用何種材質(zhì),建筑的歷史文化特點是最寶貴的,保持不同地域,不同風格的中式建筑,共同傳承中華優(yōu)秀文化,是工程人義不容辭的責任。
參考文獻:
[1]GB50011—2010,建筑抗震設(shè)計規(guī)范(2016年版)[S].
作者:張亮彬 單位:山西省建筑設(shè)計研究院