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1、PKPM 做古建結構設計存在的問題（系列之一） （序）作者：唐朝匠人現在做仿古建築設計已經很少用木材了，原因大家都知道：1、環境生態保護問題；2、木材的產量問題；3、耐久性問題；4、工期和進度問題；5、維修和保護問題。以上 5 條是制約現代木結構使用的主要原因。所以現代仿古結構採用鋼筋砼結構比較多。就目前的結構計算軟件來說，大家一般都用中國科學院的 PKPK 軟件。大家知道，這個軟件在建立是以層為計算控制。針對斜坡屋面來說，在設計中因為對軟件的不熟悉和忽視，造成計算結果和實際不相符。記得在汶川地震的時候，二郎廟的大屋頂直接從柱頭剪斷，而屋頂掉到地上後還依然完整。這個就告訴我們如何用好軟件和如何
2、設計仿古建築的結構問題了。作為從事古代建築設計的一名從業人員，我願意在這裡和大家共同探討這個問題。將在這裡做幾個專題，重點介紹仿古建築的軟件應用和結構構造設計。由於這個課題比較煩瑣，所以通過系列文章來給大家介紹。在以後的時間內，我會結合建築結構的統一，介紹建築設計與結構設計的區別和聯繫。從今天開始講 PKPM 做古建結構設計存在的問題（系列之一） 做古建結構的朋友，首先應該對古建必須熟悉，在古代工匠那裡，是沒有建築師和結構師的區別的，在一個工程上只有工種的區別。由於現代學科的發展，才有了區別。這樣在結構設計過程中，往往是建築不瞭解結構，結構和建築老打架，同時由於古建設計費用較低，也就沒有人更加
3、深入的研究這些問題了。往往造成仿古建築不仿古，好多梁、柱的位置、尺寸等都影響著建築效果的實現。所以說這裡首先要瞭解古代建築的結構形式和現代仿古建築的結構形式有什麼區別，只有瞭解了他們之間的區別，才能夠正確的實現 PKPM 的建模需要。大家經常說，古代的建築抗震性能好，現代的建築抗震性能不好，從唐山、汶川地震給國人造成一個清晰的認識，還是古代的好。究其原因，大家一般都認為古代是卯接，木結構抗震等粗落的感性認識。在這裡，我們作為現代工匠，應該好好的分析一下古代和現代建築在用料上的區別，也就是木結構和砼結構的區別。在木結構中，我們基本採用的結構形式是卯接，這個結構可以認為它是個半固結、半鉸接形式；而
4、現代的鋼筋砼樑柱連接則應該算是固接了（ 相對）。因為前者可以吸收地震能，形成耗能結構，所以地震的反應就小些；同理，鋼筋砼的節點就反應大多了。作為現代建築，我們強調節點，在古代似乎到不是這樣，把節點放的比較柔，這個是與木材的連接形式有關。作為砼結構要做到這點就很難了。結構形式的區別 古代從漢唐以來，都比較注重材料的節約，古人在設計的時候，盡量用較小的木料來實現較大的空間和體量。所以早期的結構很注重斗拱的運用，漢唐時期的斗拱都較宋偏大，實為受力構件。而到明清以後就越變越小，最後變成一個受力和裝飾構件。因為斗拱的變化，造成後來的出簷尺寸也偏小。 （仿古建築及結構體系問題 PKPM 做古建結構設計存在
5、的問題（系列之一）秦漢後的建築特點介紹隨著漢朝末年的佛教傳入我國，對提高我國的古代建築設計起到了很大作用，由於要經行大型的宗教活動，在建築的使用功能上，對建築就提出了更高的要求，同時，佛教作為統治階級的統治手段，得到了統治階級的大力支持，這樣就在隨後的很長的時間內，中國的古建築得到了飛速發展。這個時候的建築以模仿印度為主，中國大量修建了佛塔，多層佛塔由於其外觀精美，可以安放更多的佛像從而在中國出現了真正意義上的多層建築。也就是說，漢朝末年是中國多層建築的開始。到後來的北魏王朝，佛教得到了鼎盛時期，全國寺塔林立。隋朝的皇帝隋文帝甚至辦法詔令在全國修建舍利塔，並且統一了圖紙。但是這個時候的木作技術
6、並不成熟。北魏修建的永寧宮為九層木塔，可謂傾全國之力了，同時龍門石窟的修建，成為人民沉重的負擔。無奈的是，這個時候的建築沒有避雷裝置，大多被雷擊倒。永寧宮的木塔建造好後不到 18 年就被雷擊焚燬了，同時由於木塔的防火問題，所以很難保存下來，這個時期到唐為止，人們逐漸的把木塔改成了磚或者石頭做的塔了。但是放雷擊的這個措施並沒有被應該用。這些對我們設計仿古建築就很有幫助，一個是仿得朝代如何，一個是你仿得建築材料是什麼，同時對建築的外形也就知道了什麼時候是多層房屋，什麼時候是單層房屋了。從唐開始，大型的建築依然採用木構的辦法來滿足使用要求，但是這個時候的巨大建築都被燒燬，其中武則天修建的洛陽的名堂、
7、天堂可謂萬明工匠的巨作。但是還是被大火燒燬。宋朝的大型建築不是太多，現在可以看到的是應縣木塔和獨樂寺，採用了中控無樓板的建造方式。裡邊放巨大的佛像，以應縣木塔最為壯觀。塔高達到了 76 米。PKPM 做古建結構設計存在的問題（系列之一） （續）前邊談到秦漢時期到北魏的建築特點，這個時候的建築風格上直觀的表現在：1、屋面舉折實直線形，不帶翼角起翹和衝出；2、柱子形狀一般都是方柱子；3、椽子的間隔距離都較大，一般椽徑的兩倍是其間距；3、沒有鴟吻；4、正脊高度較小也相對簡單，均為陶瓦疊成；5、板瓦尺寸較大，筒瓦較小；6 斗拱與其他朝代相對比較簡單，卷殺一般為一個或者沒有；7、房屋高度同開間一般相同。
8、以上是他們在單體建築上的區別，同時在人字拱的樣式等的區別就相對比較小了。隨著建築的發展，特別是佛教在中國被統治階級的重視，唐朝建築就開始逐步成熟，結構形式也就趨於合理了。這個時期的建築用材都比較大，在建築的設計形式上也就區別於漢以前的建築了。從這裡講，做漢朝以前的仿古建築倒是相對後來的比較好做了。儘管在漢以前的塔式建築的高度已經出現了較高的建築，但是由於人們對於如何搭建，沒有深刻的理解，所以做出的建築都不盡合理，也難以從高度上給於突破。我們現在可以看見的兩個巨大建築應縣木塔和獨樂寺屬於宋遼代建築，這個時候的建築技術可謂異常成熟。關於這連個建築，我們會做專題研究。後來的明清建築，就隨著建築技術的
9、發展，可謂把木結構做到了登峰造極的地步。這個時候的建築以普寧寺的大乘閣為代表作，儘管從高度和體諒上不及應縣木塔，但是它的中控建造技術可以說是前所未有。是一個建築結構的代表。再往後就是現代了，因為使用功能的多樣性，木結構的局限性，木結構也就慢慢的推出的歷史的舞台了。瞭解以上知識的目的，是為了建築設計人員在設計古代建築的時候，一個知道的一點常識。為知道我們做好仿古建築打下基礎。 （仿古建築結構設計的的計算分析(2010-03-31 08:16:10) 標籤： 古建仿古建築漢代建築古建築設計仿古建築設計 pkpm 1 引 言中國古建築雖然歷經了數千年的演變，但其獨特的結構方法和佈置規模始終沒有改變，
10、並且是世界上獨具風格的一門建築學科，是世界建築藝術寶庫中的一顆璀璨明珠。中式傳統古建築以木結構為主，在材料選用、平面處理和藝術造型等方面都有許多自己的特點，但隨著社會的發展與進步，傳統木結構在防火與防腐方面的缺陷也日益明顯，新技術、新材料的運用使仿古建築的設計和建造成為可能，這也是對中國古建築文化的繼承與發展。現代仿古建築以鋼筋混凝土為主體結構，改變了傳統中國古建築以木結構組合為主的受力系統，吸收了傳統中國古建築風格的精華，在鋼筋混凝土結構的基礎上，將傳統古建築的造型、部件等，作為裝飾效果，從而達到建築上的仿古目的。以下本文將就某工程實例對此種建築的結構設計談幾點體會，能為同行在設計工作中提供
11、一些參考。2 中國古代建築的特點中國古代建築是以木構架為主的一種結構方式，平面佈局內向含蓄，層次豐富，均衡對稱，空間佈局靈活，承重與圍護結構分工明確；在建築的設計和施工中很早就實行了模數制和構件的定型化，對於建築整體到局部的形式、尺度和做法都有相當詳細的規定。中國古代建築還獨創了斗拱的結構形式，並充分運用色彩的裝飾手段，使建築物顯得莊重而華麗。中國古代建築的結構方式有疊梁式 、穿斗式、 井干式三種，屋頂形式有硬山頂、懸山頂、廡殿頂、歇山頂、攢尖頂和復合頂。仿古建築的結構設計要求現階段的仿古建築多採用鋼筋混凝土結構代替木結構，為了達到油漆彩繪之後與木構架相同的外觀效果，與傳統的鋼筋混凝土結構相比
12、，仿古建築的結構設計具有以下特殊要求：3.1 模數要求和構件定型化各受力構件的規格需滿足古典建築的模數要求，傳力體系的構成極其各構件的尺度和形體完全仿照古代木結構中柱、梁、枋、檁的相應做法。3.2 屋面造型要求屋面變化顯著，造型要求高，構架體系採用了步架和舉架的處理方法，使屋面坡度越往上越陡峻，越往下越平緩，形成了曲線優美、出簷深遠的特徵，體現了我國古代建築的造型特點。3.3 建築中有大量的具有獨特裝飾作用的結構構件，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鬥，上面錯落搭建的船形木塊叫做拱。斗拱是中國傳統古建築特有的型制，它位於木結構梁和柱子之間，具有傳導屋面荷載、加大屋簷挑
13、出長度、縮短梁枋跨度、吸收地震能量等結構作用和裝飾作用，是中國古代建築中最具特色的部分之一。對於仿古建築而言，因主體結構為鋼筋混凝土，裝飾常常成為斗拱的主要作用。雀替：用於額枋（簷枋）與簷柱相交處，近似於三角形，表面有雕刻裝飾的構件。可以縮短梁枋的淨跨距離，具有輔助拉結和裝飾雙重功能。4 工程實例4.1 工程概況唐山興國寺大雄寶殿位於唐山市內，宏偉、氣勢非凡的唐代建築，共十一開間，為鋼筋砼仿唐建築，該殿為雙層重簷仿古建築，建築面積 1400m2，總高度 25m，屋頂形式為廡殿頂，無鈾光瓦鋪蓋，飛簷翹角，氣魄雄偉，簷下為七踩斗拱。室內採用露明造 ，使空間更高大、更寬敞。該建築採用了鋼筋混凝土仿木
14、結構。4.2 結構體系採用現澆鋼筋混凝土仿木框架結構，用 SATWE 程序進行整體計算，由於本軟件自身沒有考慮到斜板的作用，故同時用 PMSAP 進行分析，主受力框架用 PK 程序覆核計算配筋。構架體系採用了步架和舉架的處理方法，其傳力途徑也明顯不同於傳統鋼筋混凝土建築，屋面荷載通過 T 形屋面板傳給屋面檁條梁，再由梁架逐層往下傳遞，最終通過最底層的梁傳給框架柱。主受力框架立面。由於大殿建成後需供奉大尊佛像，故殿內抽掉了兩根裡金柱，使相臨柱子間跨度 18m。這麼大的跨度在傳統古建築中是罕見的，而為了保持室內 露明造 的完整性，做了轉換梁系，共同支撐其上的柱子和屋面梁架體系。4.3 屋面板的設計
15、木結構的屋面木基層是由望板和椽組成的，這就使得仿古建築的屋面板截面形式為 T 形，單向受力，板肋之間的距離很近、肋高較小，造型複雜，考慮到屋面板的舉折模板鋪設不好控制，我們採用控制板底標高的辦法來控制高程。 ，對椽子採用預制椽子，上做砼現澆板的方法，設計時按疊合前和疊合後分階段對 T 形板進行強度計算、抗裂驗算、撓度驗算。分別滿足施工階段和使用階段的受力要求。同時在內廊採用配重板的設施，大大的減少了簷檁的扭矩。對其他屋面部分採用 120 厚的防水砼板，雙向雙層配筋，減少溫度收縮的影響。4.4 斗拱設計在主體結構為鋼筋混凝土的仿古建築中，斗拱是作為受力構件還是純裝飾構件？採用木結構還是鋼筋混凝土
16、結構？這就值得探討了，本工程斗拱系統全部採用現澆斗拱） ，斗拱在結構中為受力構件。這樣很容易的實現了對 4.3 米的出簷的處理，同時也大大的減少的撩簷檁的斷面高度，在角科斗拱的老角梁處理上，我們暗藏一根梁，同斗拱寬，這樣也就實現了 7.8 米長梁的出挑。其中，現澆斗拱的做法，已經寫成國家工法並得到批准。關於結構計算的詳細細節，我會在博客上給大家慢慢道來。主要是解決層的問題和位移的控制問題。同時對受力鬥拱的再認識問題。當然，受力鬥拱在唐以前的建築比較適用，畢竟他的鬥口大，容易實現這些。丹桂苑毛竹代鋼筋拷問專家良心（代問朱國元教授）看到新聞頻道關於陽台用毛竹代替鋼筋的做法，感慨比較多。我再去年關於上海樓房倒塌的時候，發出了上海樓房倒塌之設計敗類的文章，我的同行張果航也發出了質疑。事情最後是不了了之。今天看到朱國元關於浙江省義烏市丹桂苑小區的陽台竹子取代鋼筋問題的意見，我於是無話可說。我沒有心情去看實際的，但是所謂的業主期盼的所謂的專家的觀點，讓我卻也大跌眼鏡。我們國人總喜歡就事論事。央視的鏡頭對著陽台，
