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1、传统风格建筑现代结构设计 吴琨 车顺利 贾俊明 韦孙印 董凯利 中国建筑西北设计研究院有限公司 摘 要： 传统与现代、继承与发展的融合, 一直是设计师思考的问题。建筑文化作为中华文化的组成部分, 作为城市文化的延伸, 该如何体现, 又该如何发展。结合传统风格建筑相关作品, 从结构工程师的角度进行分析, 阐述传统风格建筑结构技术的应用和发展, 为传统风格建筑的可持续发展提供思路和借鉴。关键词： 传统风格建筑; 现代结构设计; 现代材料; 现代技术; 试验研究; 作者简介：吴琨, 本科, 院专业总工程师, 教授级高级工程师, 一级注册结构工程师, Email:。基金：中建股份科技研发课题 (CSC
2、EC-2012-Z-16) Modern structural design of traditional style buildingWu Kun Che Shunli Jia Junming Wei Sunyin Dong Kaili China Northwest Architecture Design and Research Institute Co., Ltd.; Abstract： The combination of tradition and modernity, and inheritance and development is an issue which have a
3、lways been considered by the designers. Architectural culture is a part of Chinese culture and an extension of the urban culture. It is important to reflect and develop architectural culture. Based on traditional style buildings, the application and development of structural technology of traditiona
4、l style architecture were analyzed from the angle of structural engineer, to provide ideas and reference for the sustainable development of traditional style architecture.Keyword： traditional style building; modern structural design; modern material; modern technology; test study; 0 引言中华五千年历史文化, 别具特
5、色的中国传统建筑是华夏文明的直接体现, 其记载着中华民族发展的光辉历程, 凝聚了我国古代的建造科技和艺术成果。中国传统风格建筑是在现实环境和人文精神等各方面的影响之下形成的, 它奠定了中国建筑发展的最原始的基础。传统建筑始于穴居的原始居住房屋, 发展到利用天然材料土、石、竹、木建造的房屋, 其伴随着人造材料砖、瓦、灰等材料的出现及建造技术的提高, 促使建筑的规模、造型及功能等都得到了长足的发展, 最终形成了具有中国特色的建筑风格。传统建筑受建造技术和原材料等因素的限制, 其规模和功能都有很大的局限性, 特别是耐久性问题尤为突出, 造成历史存留的古建筑越来越少。现代科技的发展、建造能力的提高及高
6、强耐久新型材料的研发, 都为传统风格建筑的发展提供了机遇。时至今日, 中国建筑在外来建筑风格的影响之下, 在建筑技术及建筑材料不断发展的环境下, 如何保存自己特有的建筑风格, 如何把它应用到现代建筑当中, 如何用现代的结构技术实现传统建筑风格的再现是结构设计中一个值得思考的问题。1 传统与现代中国传统建筑单体主要由台基、屋身、屋顶三部分组成。台基是木柱根部防潮、稳固结构并提升建筑形象和体现形制等级的重要部分;梁柱体系构成的屋身提供了可以灵活分隔的空间, 即在整齐的柱网中, 根据建筑功能要求用板壁、帐幔和各种形式花罩、博古架等便于安装、拆卸的配件隔出大小不一的空间;屋顶是体现中国传统建筑风格的关
7、键元素, 也是引人注目的特点之一。传统建筑屋顶造型多样, 具有单坡顶、平顶、圆顶、硬山顶、悬山顶、拱顶、穹窿顶、庑殿顶、歇山顶、卷棚顶、盝顶、攒尖顶等形式。传统建筑多以木结构为承重结构, 其主要类型有抬梁式和穿斗式两种, 结构上基本采用简支梁和轴心受压柱的形式, 局部使用了悬臂出挑构件和斜向支撑等。此外, 斗拱作为传统建筑的显著元素符号之一, 不但可以承托屋檐出挑重量而且可使屋顶梁架和柱壁间合理过渡。在构造上, 各个节点之间采用了榫卯结构, 该构造在承受水平外力时有一定的适应能力。斗拱是中国古建筑体系特有的形制, 也是集结构功能与装饰功能于一体的独有构件。斗拱本身包含多个部件, 简单地说, 斗
8、拱中斗是斗形木块, 拱是弓形短木, 拱架在斗上, 向外挑出, 拱端之上再接斗, 这样逐层叠加形成上大下小的托架, 用来承托屋面的荷载, 将屋面荷载均匀地传递到柱和基础上。斗拱之间多采用榫卯结合, 其有效地提高了结构抗震性能, 遇到地震时, 各构件虽有松动但不会散架, 消耗了地震传来的能量, 起到了耗能减震的作用。以木结构为主的中国传统建筑呈现了独具特色的建筑艺术及良好的结构承载性, 其独一无二的“天人合一”的建筑思想, 舒展优美的飞檐翼角、端庄肃穆的恢弘气魄、美轮美奂的斗拱与彩绘等, 充分体现出中国建筑艺术的感染力。随着时代变迁以及科技、材料的发展, 现代结构设计赋予传统风格建筑新的结构体系内
9、涵, 涌现出钢筋混凝土结构、钢结构、组合结构等结构体系, 由榫卯连接的可动节点转变成整体浇筑或焊接的不动节点, 使得结构受力的形态发生了彻底的改变。同时, 在结构构件设计时充分考虑和体现了台基、屋身、屋顶以及梁、柱、椽、缘、斗拱等传统风格建筑部件的传统风貌, 使结构受力性能和耐久性能、防潮性能、稳固性能等都得到很大改善和发展。传统与现代, 展现不同时代风貌, 有机的结合更能很好体现建筑技术发展的风采。建筑不但是人类生存的需要, 更是历史文化的产物, 是人类发展史上艺术意志的体现。城市文化孕育建筑文化, 建筑文化是城市文化的延伸, 建筑的需求派生出结构设计, 而传统风格建筑的现代结构设计更是再现
10、和沿袭传统建筑风格, 提高其现代使用功能的不可缺少的重要环节。建筑是一个城市的名片, 代表一个城市发展水平, 体现一个时代的精神;而结构设计成就建筑的美, 代表建筑发展水平, 展现建筑风貌。任何一座城市在塑造自己的文化环境时, 都应继承历史、立足当代、展望未来, 都需要在自己城市文化的基础上进行再创造。建筑要体现自身文化的根, 建筑的根基应扎根于城市文化的土壤, 不是干枝、干花, 不是从别处信手拈来, 而是依靠自己的文化土壤生长出来。正如一位学者曾说过:失败的城市总是相似的, 成功的城市各有各的不同。现代城市建设的一个陷阱就是没有分别的弃旧迎新, 或者毫无顾忌的标新立异, 结果要么丧失城市的特
11、色, 要么造成不和谐的建筑景观。建筑要有意识地彰显城市特色, 应以城市文化为基因, 传承并创新, 从而避免“千城一面”、“奇奇怪怪”。现代结构设计就是要配合建筑发展的先进理念, 使传统风格建筑更好地服务于大众。2 继承与发展中国建筑西北设计研究院众多的建筑作品 (图 1) , 是对传统与现代相结合创作之路的认同;是对中华传统文化的重视和发扬, 在延续中国传统建筑风格基础上对技术、材料创新的肯定1-3。这些传统风格作品于建筑的环境、意境、尺度中体现传统文化及传统建筑的精髓;于功能、材料、技术上体现传统风格建筑的现代需求。图 1 传统风格建筑 下载原图建筑设计应强调城市文化基因, 应做到有根可循,
12、 有据可考。我院的一系列作品扎根华夏, 唤起人们浓浓的思乡情怀, 每件作品都有一颗“中国心”。常言道:“不忘初心, 方得始终”。初心就是人生起点所许下的梦想, 是一生渴望抵达的目标。在这个时代, 初心常常被这样或那样的因素所左右, 也常常被遗忘。一件件作品就如一部部建筑艺术和结构重现的发展史书, 让我们重温着祖国悠久的历史文化, 激发起人们的爱国热情和民族自信心, 同时它们也是可供人们使用、观赏的功能艺术, 它带给城市风采、带来视觉享受。世上任何单一的色彩、材质、结构都不构成美丑, 美丑体现在关系、组合上, 即环境、意境、空间和尺度。城市文化孕育建筑文化, 建筑文化彰显城市特色, 这些都是建筑
13、创作始终遵循的主旨, 也是结构设计提升的动力。3 探索与创新作为传统风格建筑作品的代表, 如大唐芙蓉园、西安曲江南湖遗址公园、中国佛学院普陀山学院等 (图 24) , 这些作品的设计师始终在不断探索中国建筑文化的发展, 着眼于促进历史文化与当代生活的和谐、人与城市的和谐、人与自然的和谐、人与人的和谐, 以期达到历史文化、遗址保护与现代城市建设的共生与良性循环。这些作品继承了中国传统建筑特点、在建筑形式和建筑空间构成上追求传统风格与现代功能的结合创新, 把传统美、自然美、结构骨架美以及时代美有机结合。从青龙寺的木结构到陕西历史博物馆的钢筋混凝土结构, 再到丹凤门遗址博物馆及天人长安塔的钢结构,
14、这些作品也经历了结构体系及建筑材料的发展与演变, 现代结构体系及材料的应用也拓展了传统建筑的使用空间, 同时也可满足大跨度、大空间及高层建筑等传统风格建筑的现代功能的需求。因此从结构的角度分析传统建筑结构技术应用和发展有必要且迫在眉睫。图 2 大唐芙蓉园 下载原图图 3 曲江南湖遗址公园 下载原图图 4 中国佛学院普陀山学院大雄宝殿 下载原图大明宫丹凤门博物馆 (图 5) 是我院传统风格建筑代表作之一。该项目作为遗址保护工程, 设计前期设计师们充分考虑了遗址保护的相关要求和博物馆原型由来。该项目结构主体采用现代材料及结构技术, 即钢框架结构, 实现了大跨度遗址保护及大空间展示功能。钢结构具有结
15、构自重轻、材质均匀、力学性能可靠、抗震性能优越、构件工厂化程度高、施工工期短、构件尺度小等优点。同时, 通过钢材的选择, 可减少湿作业工序, 避免模板系统对遗址现场的挤压破坏, 降低了建筑废料的产生, 更好地实现了施工过程中对遗址及周边环境的保护。为了体现“盛唐第一门”的气势, 该项目檐口出挑深远;着眼于遗址保护和现代功能需要, 该项目建筑内部需要大空间, 且该博物馆展厅内设置架空回廊, 为整个建筑空间提供了丰富的三维空间序列, 让参观者可以尽情欣赏遗址保护现状。本项目钢结构的采用既便于满足上述建筑特点的要求, 又能满足建筑材料的环保低碳要求, 充分体现了现代结构技术和材料的先进性。在主体采用
16、钢结构的同时, 本工程还选择铝镁锰合金材料制作屋面瓦件及部分装饰斗拱, 选择钢格板为楼面承重构件。由于该项目构件大多在工厂中完成, 整个项目施工周期快, 材料可循环利用。丹凤门博物馆的设计不仅是要设计一个博物馆, 设计者希望在这个设计当中把绿色环保的理念融合进去, 同时也希望以丹凤门遗址博物馆为中心打造一个考古和文化的公园, 希望这个文化公园未来会成为西安居民一个理想的休闲之地。丹凤门遗址博物馆就像一座桥梁, 连接着历史与现在, 从它的形制和风格, 可感受华夏文明千年的演变, 可以畅想盛唐时期的辉煌。竣工后的丹凤门气势恢弘, 古韵悠然, 该传统建筑已成为大明宫国家遗址公园内的一道亮丽风景线。图 5 大明宫丹凤门博物馆 下载原图天人长安塔 (图 6) 是 2011 年西安世园会四大标志性建筑之一, 是我院又一传统风格建筑力作。它融合了隋唐古韵和现代元素, 是西安新的地标性建筑, 该建筑出檐深远, 屋檐玲珑剔透。天人长安塔结构设计实现了中国塔形建筑由木塔、砖塔、钢筋混凝土塔向全钢结构塔形
