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现代材料钢在仿古建筑的运用

所属栏目:建筑设计论文 发布日期:2020-12-21 09:05 热度:

   摘要:现代仿古建筑不仅体量大、跨度大,被赋予更灵活的功能平面布置和挑高的空间需求,对于木结构而言是一个巨大的挑战,而且一般木材的防火、防潮、防虫、防真菌腐蚀性能较弱,建造及维护成本不易控制。因此,在现代仿古建筑景观设计中,现代材料“钢”成了一种性能优越的新选择。

现代材料钢在仿古建筑的运用

  关键词:钢;门式钢架;钢框架;比例尺度;景观

  1钢结构在仿古建筑设计中的运用

  本文案例地点在北京市,内容为(仿)传统北京四合院建筑及景观设计(主要为一层,少量二层),功能为办公室,总建筑面积为4880m2,景观面积4940m2。传统四合院建筑采用筒瓦,屋面自重较重,钢结构自重轻,承载力却较强;传统屋面苫背层,在经年的使用过程中漏水的情况在所难免,而钢结构拥有良好的密封性、焊接性,加上卷材防水层、瓦屋面,可以达到多重防水效果,屋顶使用寿命倍增,后期维护成本也大大降低。传统建筑的木柱在与柱础的连接中,通过榫卯构造来解决。但实际工程中偶尔会遇到大风等恶劣天气,致使木结构出现局部脱榫或拔榫的险情。钢结构则不同,连接节点可以通过高强度螺栓锚固和焊接,梁柱之间的节点不论是刚接还是铰接都十分可靠,甚至在对抗地震灾害时,钢弹性也可以充分发挥优势。钢结构与混凝土顶板连接产生较大的外露式刚接柱脚,因此建筑设计将仿古地面台基抬高。最终结构样式类似古老的建筑样式——“干阑式”,不但将钢结构柱脚隐藏在室内地坪以下,而且钢结构因隐蔽在石材柱础和仿木铝板装饰柱中间,而受到一定程度的保护;同时解决了传统建筑地面返潮的问题,给设备及安装预留了充分的空间。地面做法通过压型钢板加现浇100mm厚混凝土板叠加的形式,增加地面自重及稳定性,以削弱风振效应对使用舒适度的影响。

  1.1门式钢架结构

  根据业主使用需要,当最大建筑单体的跨度超过10m的时候,其形态体量已经超过传统北京四合院的常规尺度,设计首先想到的是门式钢架样式(见图1),并且为了达到室内功能空间的灵活布置和充分利用,建筑专业要求不得采用水平拉梁。此方案最大限度地争取了使用空间及室内设备安装空间。其仿古木构架部分,可以通过二次装修来实现,而非真正的承重结构。经过几轮钢结构验算的经验总结,发现以下问题:主钢梁、主钢柱截面较大,最终仿木铝板装饰完成面的圆柱直径也会较大,檐口部分厚度也超出了传统建筑样式的厚度。这成了建筑设计和钢结构设计在后期设计中协同设计的矛盾焦点。通过对钢结构具体形状的不断优化,钢梁、柱的尺寸得到更好控制,同时通过调整檐口位置钢梁的截面,形成前小后大的样式(见图2),以控制檐口厚度。另外,一期建筑因单体体量较大、屋面坡度较陡、北方屋面苫背层较厚重,在施工后期偶尔出现苫背层向下滑移的问题;经多方讨论修正设计施工方案后,在屋面钢板上加焊钢筋头阵列,且在钢梁檐口位置端头加焊角钢以固定承托苫背层。

  1.2钢框架结构

  在进行二期建筑设计时,建筑师换了另一种截然不同的思考方式,即尝试完全按照传统四合院建筑的抬梁式结构提出钢结构设计要求,得到一种钢框架结构(见图3)。此钢结构样式的屋面可以完全复原传统檐椽的形制,不同点是,钢椽平面排布不需要像木椽一样密集,仅需间距650~750mm布置一根80mm×80mm的方钢钢椽,即可满足屋面承载力的需要。最重要的是,钢结构也可以获得更好的结构稳定性。最终,此方案施工完成后的檐口比例得到有效控制,完全符合传统北京四合院建筑尺度(见图4)。通过钢结构计算软件的反复核算,第一种和第二种钢结构方案虽然形态样式不同,但对于相同体量的建筑单体而言,用钢量几乎相等,因为第二种方案钢结构用钢量虽然在建设阶段钢量确有增加,但可供室内二次装修部分使用的钢框架部分也已一步到位,而第一种方案则在装修阶段用钢量明显增加。因此,建筑专业可以根据实际使用功能需要,任意选择一种钢结构形式。

  2钢材料在仿古景观中的运用

  在本文案例中,钢结构在建筑设计中发挥巨大优势的同时,景观及室内设计继续尝试钢材料运用的更多可能。由于室外地坪是钢筋混凝土顶板,庭院砖砌景观墙、砖砌花坛等景观小品的定位,不一定能对应其下部钢筋混凝土顶板梁柱的位置,因此需要设计充分考虑荷载及定位问题。仿古建筑台基通过钢结构加高之后,室外地坪及景观内容也随之抬高,采用方钢和角钢焊接成一个类似“钢网笼”的结构,将室外庭院部分地面加高以适配室内正负零高度,并且“钢网笼”将地面和景墙拉结固定成为一个整体(见图5),在钢龙骨上每500~600mm高度(根据每皮砖砌筑厚度模数确定)水平方向焊接角钢,于水平砖缝位置固定与承托青砖。此种内部钢骨架、外部砖砌体饰面的设计处理,达到了减轻景观整体自重、有效抵抗风荷载的目的。

  3结语

  在中国传统建筑文化审美体系仍然被推崇备至的今天,“营造师”们不应因现代材料及工艺特点而去放弃或忽略那些曾经过千锤百炼的精妙比例尺度。当然,传承的使命并非要求刻板地描摹,而是应该用虔诚的心态去探寻,用严谨的学术去辩证,用恰当的当代设计方法和技术手段去续写中国传统建筑的璀璨文明。

  参考文献

  [1]梁思成.清工部工程做法则例图解[M].北京:清华大学出版社,2006.

  [2]赵玉春.北京四合院传统营造技艺[M].合肥:安徽科学技术出版社,2013.

  [3]北京市建筑设计标准化办公室.北京四合院建筑要素图(08BJ14-4)[M].北京:中国建筑工业出版社,2008.

  《现代材料钢在仿古建筑的运用》来源:《城市建筑》,作者:陈菁媛

文章标题:现代材料钢在仿古建筑的运用

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