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钢筋混凝土在中式建筑中的应用

摘要:从中式建筑的特点出发,针对不同体型的中式建筑竖向受力体系的布置,屋面结构中梁板设计的注意要点以及斗拱等构件的受力设计及施工工艺,对钢筋混凝土结构在中式建筑的受力进行论述,并对建于山区的中式建筑的地基处理提出建议,总结出钢筋混凝土应用于中式建筑的基本结构设计理念。

关键词:中式建筑,抗震受力,竖向受力体系

1概述

以宫廷建筑为代表的中国古典建筑,气势恢弘、壮丽华贵,造型讲究对称,色彩讲究对比,建筑材料以木材为主。中国的古建筑独树一帜,中国建筑之美在世界建筑史上是非常辉煌的篇章。即便在高速发展的当下,中式建筑因其鲜明的特征,越发在高楼林立中显出其独特的韵味,因此,现代建筑中,不论是公共建筑,还是私人宅邸,中式建筑仍然是重要的组成部分。

2中式建筑的抗震

传统的中式建筑支撑受力体系以木结构为主,少量为砖石结构。以往采用木结构支撑体系,优点在于木材采集,运输,加工,建造方面省工,省时,同时,木结构由于采用榫卯连接以及严谨的斗拱体系,是中国古建筑抗震能力的关键所在,如遇地震,在斗拱的起承转合下,建筑体松而不散,如太极般以柔克刚,化解地震冲击,这种连接即现在所说的柔性连接,相当于现在抗震所说的耗能构件,抗震性能好,但是明显的缺点是怕火,怕潮湿及虫蚁侵蚀。砖石结构的古建筑抗震性能是以刚克刚,抗拉性能差,抗震性能差。新式的中式建筑把现代的技术融入到古建设计中,采用有效的抗震体系,结合古建筑的造型,在高度,跨度方面相对于传统的建筑有明显的提高及加大。但是纯粹的钢筋混凝土结构并不能完整的实现原滋原味的中式建筑,需要在装饰,飞檐等精巧部位有效结合木结构来实现。

3中式建筑的结构设计方面

3.1竖向抗侧力体系

与所有的建筑一样,功能不同,布局不同,受力体系是不同的。一般有三种:第一种是楼阁式塔;第二种是总高度不高,平面体型大的公共建筑;第三种就是多层民居,跨度小,层高低。对于楼阁式塔建筑,典型的结构特点是平面尺寸小,高度高,若没有足够的抗侧力构件,很容易导致整体受力体系极柔,对抵抗地震极为不利,在地震力作用下,会出现变形过大,导致破坏。塔式结构高度高,普通的框架结构并不能抵抗水平力,需要注意两点:1)根据建筑平面,寻找可以布置剪力墙的位置,并且关键要连成一个整体,以给建筑提供足够的抗侧力刚度。2)根据建筑立面,布置框架柱,即便框架柱可能由于立面造型不能在竖向连续布置,导致抗震能力减弱,也可以作为第二道防线以抵抗地震力的破坏。高度不高的公共建筑,如大型饭店,演艺中心,这类建筑虽然总高度不高,但是层数少,层高高,需要开阔的空间,这种建筑,从受力和经济两个方面分析,都不能采用框架结构,仍然需要设置剪力墙,采用框架—剪力墙结构。需要注意两点:1)在建筑的四角和楼梯间,以及尽量靠近边缘的位置,寻找连续的T型,L型的位置来布置剪力墙,万不得已的时候,采用一字墙。2)结合建筑平面及立面布置框架柱,以受力尽量简单直接为准。民居采用中式建筑,可选的材料多,现在大多是主体结构采用砖石结构,屋面或者采用现浇板,或者采用木屋面,在结构抗震方面,增加适当的圈梁和构造柱,以增加房屋的整体性。

3.2中式建筑的屋面

传统的中式建筑屋面采用纯木结构,利用斗拱,根据屋面的形状,设置转换梁,转换柱,最终把荷载传递给柱子。现在小型的仿古建筑,仍然采用此种形式。大型的跨度大的古建,需要利用钢筋混凝土的优点,设置折梁及折板,直接将荷载传递给竖向构件。但是古建筑中的梁板比普通建筑中要求精细,结构工程师需要与古建建筑师反复推敲,确定悬挑梁终止的位置及悬挑梁的端头截面,例如,1)屋面飞檐处,此处中式建筑造型灵动,线条流畅,结构梁在此处须根据飞檐造型,进行变截面处理,且不能直接伸到飞檐边缘,按造型终止于飞檐明显变薄处,再利用混凝土板进行出挑。这样后期再用木结构处理,从外观上看,不会出现突兀的截面。2)屋脊处,普通的古建筑,屋脊处不会有大的造型,但对于塔,阁之类的建筑,最高处的塔刹造型高,此处都考虑做折梁,用以支撑塔刹,并且注意考虑此处折梁的水平推力。

3.3中式建筑的斗拱体系

传统的中式建筑里的斗拱,是中式建筑上特有的构件,是由方形的斗、升、拱、翘、昂组成,斗拱在中国古建筑中起着十分重要的作用:1)承上启下,传递荷载的作用。2)装饰的作用。3)平衡稳定的作用。如今的建筑,受力传递简单,不再利用斗拱传力,仅做为装饰构件使用。材料可以采用现浇混凝土,木结构,预制混凝土。1)若采用现浇混凝土制作,模板均需采用异性模板,造价高,与梁整体现浇,拆摸的时候第一不好拆,且不容易保持完整的外形,局部浇筑不到位。2)采用木结构和预制混凝土。提前做好,采用预埋件焊接到位,简洁且施工速度快。

4地基基础处理

建造于山区的中式建筑,建筑跟着地势走,与周围环境融于一体。例如塔式建筑,这样的建筑在使用过程中一般是不拆除的,故进行地基处理时,按永久建筑考虑。山区地区的建筑地基会存在岩石,或者一半岩石一半土层,或是岩石,建议直接做墩基础,或是一半岩石一半土层,或是高耸建筑,建议做灌注桩。同时对于建筑周边地势,建议不采用大开挖的形式处理山体,以防出现人为造成的不稳定边坡。对于一般地区的建筑,按常规地基处理即可。

5结语

中式建筑,无论前期如何推敲,在后期的实现过程中,仍然需要优秀的匠人参与,优秀的古建建造师可以让建筑得到最大限度的效果体现,设计与施工的有效结合,在中式建筑中要求更加严格,任何一座建筑的完美实现,都需要在各个阶段进行详细对接。中式建筑作为世界建筑史的重要组成部分,在当前中国社会城市化建筑大发展时期,不论采用何种材质,建筑的历史文化特点是最宝贵的,保持不同地域,不同风格的中式建筑,共同传承中华优秀文化,是工程人义不容辞的责任。

参考文献:

[1]GB50011—2010,建筑抗震设计规范(2016年版)[S].

作者:张亮彬 单位:山西省建筑设计研究院

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