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中国具有悠久且独具特色的建筑体系,以土、木为主要结构材质的中国传统建筑不论结构方式还是整体造型与西方都有着巨大差异,现代建筑起源于西方,于是中国在迅猛的城市化进程中逐渐丧失了自己的建筑特色,当你置身于上海、北京、香港时,但从建筑物来看,你几乎不知道这些地方和纽约、东京有何区别。随着近年国学热的出现,人们对传统文化进行了重新的审视,古代各个方面的思想和理论再一次对现代生活形成了巨大影响,在这样的背景之下,仿古建筑凭借其独特的魅力得到了人们的重新审视,仿古建筑不单单是使得我们建筑形式多样化,更重要的是能体现出中国文化的特色,所以仿古建筑设计逐渐成为了当下整个建筑领域关注和研究的热点。
仿古建筑的设计并没有一个严格而系统的规定,因为它本身只是一种设计理念而不是一种单独分类的建筑形式,所以在设计中基本还是遵循普通设计的基本理论,并结合仿古建筑的自身特点,一般来说,可以从以下一些方面入手。
1整体设计
建筑布局是仿古建筑整体设计的第一步,一般来说可以采取轴线布局和园林布局两种方式。
1)轴线布局是参照中国传统建筑的标准设计形式――轴线对称,在建筑物的中间用道路或是建筑形成一条中轴线,在轴线周围依次布置相关建筑。这是仿古建筑中最常见的一种布局形式,故宫、十三陵、太庙等诸多建筑都是采用了这一布局形式,上海世博的一轴四馆也是借鉴了这种设计理念,而新圆明园、大观园、横店影视城等现代仿古建筑区都是采用的轴线布局设计,游客置身其中,有很强的返古感。
2)园林布局。园林布局是仿古建筑中另一重要设计形式,中国传统建筑对山水有很强的依赖性,园林布局有绕山绕水和穿山穿水两种。绕山绕水是将山水作为建筑布局设计的中心,建筑物环绕在山水的周围,这种设计的典型便是颐和园,这种设计的精妙之处就在于整个建筑群依靠山和水得到有机联系,游人在任何一个地方都可以眺望到景观的中心,南充著名的北湖公园便是采用了这种仿古形式,建成以来得到了很好的口碑(图1)。
图1南充北湖公园
2细部设计
在建筑基本布局完成之后便要开始建筑的细部设计,细部设计是仿古设计的灵魂,可以让整个建筑形象丰满,一般来说有以下几个方面:
1)建筑形式设计。中国传统建筑的形式分类十分明显,主要有塔、亭、殿、院等,建筑形式设计步骤主要便是参照中国传统建筑的主要形式来进行仿古建筑的细部构造设计,其核心便是将各种传统设计元素有机整合,确立一种主要设计形式,再在当中加载其他元素。例如,我们可以确定以“四合院”作为建筑的主要形式,那么在设计中就将以院落作为建筑的构成子单元,而在各个子单元中加入殿、亭等其他元素,这样的设计使我们的建筑既显得丰富,又有一个核心。如四川某市根据民间传说修建的玉香楼便是采用了这一模式(图2)。整个设计明显地分为两个四合院落,而在各个院落中设计布置了大殿、牌坊、亭台等元素,整个设计方案显示十分大气而又不散乱。
图2玉香楼设计示意图
2)加强仿古元素与现代元素的融合。仿古建筑毕竟不是古代建筑,古代建筑在现代使用有很大的局限性,所以现在很多的仿古建筑实际是在现代建筑中加载仿古元素,北京西站便是这方面的例子。北京西站完全是现代建筑,但是去独具匠心的对建筑的屋顶采用了中国传统的琉璃瓦和亭台处理,于是使得北京西站成为了现代元素和仿古元素完美融合的典型事例(图3)。
图3雄伟的北京西站
与此同时,也可以在装饰装修中加入仿古元素,采用雕花、镂空、厅堂布局等形式来体现仿古形式,同时又具备了现代装饰的奢华,视觉效果十分震撼。
3)仿古建筑材料设计。中国传统建筑主要采用砖木结构,这使得中国传统建筑存在一个很大的问题,便是耐火耐腐能力差,使用年限不长,安全隐患大。另一方面,现代木材资源紧张,大规模地使用木料既不经济也不环保,所以材料的设计也是仿古设计中一个十分重要的因素。一般来说,可以用现浇混凝土做柱,其外包裹木工板,再打磨上漆,这样既满足了木柱的视觉效果,又节约了木材,增强了强度。而大型塔式、殿式仿古建筑则完全可以采用钢筋混凝土来形成建筑物主体,其外采用清水混凝土勾缝或是采用仿古砖贴面(图5)来实现古色古香的视觉效果。
另一方面,还可以通过室内细节来加强仿古设计,这主要是对牌匾、厅廊、中式家具等古代元素的运用,在设计中可以按照传统建筑中厅、堂、房的格局来拜访深具传统意味的细节家具和装饰,这可以很大程度上提升仿古建筑的细节效果(图6)。
图6古色古香的传统装饰
仿古建筑是建筑形式的一个重要分类,虽然难度较大,但是只要我们善于总结和发散传统建筑设计的精华,同时运用现代技术和材料加以表现,那么我们的仿古设计能力一定可以迈上更高的平台。
参考文献
[1]叶小明.仿古元素在现代建筑的运用[J].教育与职业,2007,7.
[2]程宜康.仿古建筑的探索及思考[J].筑韵,2006,9.
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1 仿古建筑的起源
我们都知道,在我国古代当中,不同朝代的社会和文化都有着非常显著的差别,所以建筑作为文化的一部分也是各不相同的,从夏商周到元明清,从宫殿到陵墓,都是有每个朝代自己的特点的。比如说宋朝就是我国建筑风格的一个重要的转折点,宋朝使其的建筑规模要比唐代的建筑规模更小一些,但是从整体上看,宋朝的建筑风格更加的秀气,在形式上也更加的丰富,建筑的装饰也是风格迥异。就拿房木构建筑的砖石塔和墓葬来说,宋代的时候出现了很多做功精致,风格独特的作品。宋朝的建筑构件在规范和标准上也更加的细致严格,不同工种在工作的时候也有了更加细致和严格的规范。所以我们也可以看到古代的建筑当中是没有我们当前所说的仿古建筑的,那一时期的建筑基本上都是在前代建筑风格的基础上进行适当的改进和调整,融入一些新的特点,从而形成了自己的建筑风格。但是在现代的商业街设计风格方面我们经常可以听到某一个建筑是仿某个朝代的建筑建成的。历史上的物质文化遗产是可以通过技术进行修复或者是重现的,同时它还可以通过一定的手段进行开发利用,但是从整体上来说如果在历史原貌完全不存在的情况下去谈建筑还原就成为了一种无法实现的期望。
2 现代仿古建筑的设计风格
顾名思义,仿古建筑其来源应该是古代的建筑,仿古建筑就是模仿古代建筑的形式,将古代建筑中一些比较鲜明的有特色的特点提取出来,从而展现出建筑所在时期的历史文化和社会风貌。仿古建筑设计的过程中并不是简单的仿造,而是要在古代建筑中找到其最为重要的几个元素,之后和现代的装饰工艺有机结合,形成一种全新技术的过程。我国是一个有悠久历史文化的国家,朝代更替的次数也比较多,在这一过程中也就使得我国传统建筑的文化表现力更强,文化底蕴也更深,这对建筑设计而言是一个非常丰富的资源,同时它也可以为设计师的创作提供良好的条件。当前我们所看到的仿古建筑主要都是模仿唐宋和明清时期的建筑,现代建筑风格的形成会受到以下几个方面的影响:首先,第一次后,西方建筑师对中国传统建筑产生了浓厚的兴趣,在西式建筑的基础上附加上中式传统建筑形式,比如在建筑装饰上使用斗拱形式,创造出新式的有中国传统的建筑。然后,改革开放时期,经济的飞速发展带动了建筑的发展,后现代主义思想影响世界。上世纪九十年代以来,城市建设的,中国城市建筑进入高速发展时期。大量的传统建筑被摧毁,对西式建筑的盲目崇拜,风格的模式化使得城市变得像ctrl+c、ctrl+v一样简单。
3 仿古商业街的特性
3.1 仿古商业街的后现代性
现代主义建筑大多数都是强调使用功能性,很少去强调建筑的装饰性那么从建筑的形式和意义去分析,商业街的仿古建筑应属于后现代主义而且很多商业街在进行仿古建筑设计时,也运用了各种各样纷繁复杂的传统元素如果仿古商业街能够充分地考虑到地域文化和传统内涵,那么商业街建筑就可以成为文化传承的主要载体。
3.2 仿古商业街的商业性
商业街的根本目的就是实现商业利益因此,更多的开发商将商业街的设计采用仿古建筑是为了实现经济效益作为一条商业街,首先要在使用功能上遵循功能合理性,然后再进行考虑仿古性建筑设计如果要建设仿古商业街,那么首先需要考虑以下几个方面的问题,如何仿古、仿古的意义、仿古所传承的文化内容是什么等,以此来凸显仿古的真正用意现代人们为何钟爱百年的文化商业街,因为其更多的承载着一个城市的文化内涵其就像现代社会的人们吃惯了大鱼大肉,如果去吃一些野菜的话,就会有一种不一样的感受因此,需要去考虑生长在钢筋混凝土建筑里的人们真正想要的是什么建筑,如果更好地将地域文化和传统内涵展现给人们,这些才是仿古商业街必须去面对的问题。
4 现代商业街仿古建筑方法
4.1 拆除重造
将旧建筑进行整体拆除,然后在拆除的位置上按照设计的年代风格进行重建这种拆除重建的方法,从设计方和施工方的角度而言,不但可以节约时间,而可以节约大量的资金首先,对旧街道房屋进行整体拆除的话,设计者就相当于在一片空地上进行设计,根本不需考虑如何更好地保护文物另外,新的商业街设计风格可以按照某一个年代的风格进行统一规划,这样就可以在人力和物力节约大量成本这种拆除重建的方法固然有自身的优势,然而它也抹杀了人们对旧街道一些记忆,将传统建筑文化的底蕴进行了“拆除”。
4.2 局部改造
局部改造就是在保留一些原建筑的基础上,对一些局部外观进行改造,或者是对旧街道进行整体的景观规划这也是很多旅游景点惯用的方法,将川西传统民居院落和历史商业街区相融合,形成了川西院落商街它是一条有着非常悠远历史的古老商业街我们在设计时尊重对古街原貌保护,只是对其沿街景观进行了整体包装这种局部改造的做法不但可以对传统文化进行保护,而且可以更好的繁荣旅游产业,进而为当地人们带来经济效益。
5 解析仿古商业街设计失败的原因
虽然,国内商业街更多是采用仿古建筑设计,但是没有继承原有的传统文化,以至于失去了原居民生活的气息让人们感觉到商业街的仿古建筑大多只是流于形式,给人一种肤浅的感觉,也可以看作是换了外衣的便利商店而已。例如苏州寒山寺古街改造工程,其主要是以具有1400多年历史的苏州寒山寺为中心,因为苏州寒山寺是非常著名的佛教圣地,拥有着非常悠久的历史和古香古味的建筑群政府和开发商意识到苏州寒山寺所能够带来的商业价值,于是在寒山寺的临近地段进行了商业街规划,建造出了一条在建筑风格、比例等多方面都极为相以的仿古街道从外观上观察,仿古商业街和寒山寺的建筑风格是一致的,不存在任何不协调的地方然而在苏州寒山寺的仿古商业街的建造时,将原有的居民全部搬迁,失去了原有的生活气息。
结束语
在商业街改造的过程中进行仿古建筑设计的时候,一定要注意到风格的一致性,同时还要充分的融入当地的文化特色,使得建筑和当地的风俗文化充分的融合在一起,,这样才能使得整条商业街更有自己的风格和韵味,同时它也可能会成为当地的一个经济增长点,促进城市的发展。
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在混凝土仿古建筑设计过程中,应当坚持以下基本原则。1.1节省建材木料从当前国内形势来看,木材存量比较少,尤其是硬木,主要靠进口。从工程建设造价上来看,木结构的建筑工程项目成本较高,不如混凝土框架结构的建筑节约成本。实践中,可用框架外包木板的方式做建筑结构的梁枋,比如慈溪佛迹寺工程,就起到了小材大用的效果。从这一方面来讲,在工程设计过程中,可借鉴但不能照用,建议用建筑模数对其进行设计,基本能够实现传统建筑形制即可。1.2传统建筑风格的延续以屋顶檩条和桷板为例,利用混凝土进行支模浇筑,作业难度非常大。从传统风格的延续和经济性考虑,屋顶按照传统方法进行施工建设。同时,室内可利用木结构进行装修,以此来传承传统的建筑风格,比如挂落、花罩等。在设计混凝土梁架时,应当充分考虑木构架的性能,将梁、枋、柱穿插环节处理好。1.3设计方案应当便于施工建设仿古建筑构件一般都非常的粗犷,很多精细装饰无法做到木材施工效果。在工程设计过程中,应当尽可能地保留传统风格,简化木装饰,有效把握好混凝土建筑结构与传统形象之间的关系,方便施工建设。
2混凝土仿古建筑主结构施工技术要点
在混凝土仿古工程施工建设过程中,涉及到很多方面的内容和环节,以下对主要的结构施工技术要点进行分析。2.1柱与柱础施工要点混凝土仿古建筑的柱子,通常是混凝土仿木结构,通过上漆仿木。在施工建设过程中,利用耐水原子灰进行打底找平,然后再涂两遍红色的亚光漆,就能够呈现出木柱效果;同时,也可以利用外墙防水聚氨酯仿古漆,并且在漆底扇灰掺加一定量的纤维素。对于混凝土柱而言,可利用面层贴木条和木板的方式来仿造木柱。在传统的建筑结构中,有瓜棱柱,其采用包镶等手法将几条柱拼接成一根大柱,既美观又省料、承重。在混凝土仿古建筑施工建设过程中,可借鉴该种方法,中间是混凝土大柱,周围包上若干个小木柱。以岭南地区为例,多数传统的柱础收腰都非常的小,此时混凝土柱难以有效地从柱础穿过,建议利用钢管从柱础穿过,然后与基础相互承接起来。完成基础施工以后,将空心柱础与基础套接起来,钢管向上伸出来,然后再与柱钢筋相连接。在实际施工操作过程中,应当先对柱础进行校核,做好相关保护措施,后续浇灌柱。再以江南北方地区为例,柱础一般为圆鼓状,能够将两瓣柱础紧紧地贴在柱上,大悲禅院即为典型代表。2.2墙面施工要点对于传统的建筑墙体而言,其墙体主要采用青砖墙建造。在设计过程中,只需对面层进行仿古处理即可,而且内部全部按照现代方式进行砌筑。以江南地区为例,传统墙体多为白灰形,在砌完墙体以后,面层直接抹灰即可。对于我国北方及岭南地区而言,墙体一律是清水砖墙,在混凝土仿古建筑施工过程中,面层利用青砖片贴黏即可,青砖片质感、色泽均与青砖类似。在仿青砖墙施工建设过程中,将青砖切成三片,并且将切片贴在墙体之上,效果接近传统效果。2.3梁架施工要点混凝土仿古建筑的梁架以混凝土结构为主,其施工要点如下:①雏形建造。混凝土框架借鉴传统建筑形式进行简化施工,梁架的截面为矩形,规格尽量与传统尺寸接近。②塑形。框架建成以后,将水泥、石灰和砂子按3∶1∶3的比例进行配制,并将混合砂浆均匀地涂抹在框架之上。根据仿梁架塑形,梁架形式尽可能地简单化。③上漆。根据设计方案,各部位按计划上漆。在对梁架上漆时,可参照混凝土柱的上漆操作方法。在梁架细部位置处理过程中,传统的梁头、短柱和梁底等均有雕花工艺,混凝土仿古建筑可在塑形过程中稍作修正。比如,在需雕花处镶嵌细木条,塑形后取下木条,并进行简单雕花。如果混凝土仿古建筑的梁枋截面较之于传统形式有较大的差距,则可将梁枋进行亚字形处理,并且在构件的两侧中部位置镶嵌木条,成型后再将其取下即可。2.4屋顶施工要点对于传统建筑而言,屋架多由檩条和屋面木基层构成,比较节省木料。对于混凝土板屋结构而言,屋面板一般都是混凝土板,而且上面铺设的是传统风格的瓦面;同时,在室内做吊顶,要将混凝土板掩盖住;檐口位置处理也非常的重要,檐口处建议改用木构屋面形式,但需严格处理不同屋面之间的接口。檐口用混凝土板,然后在板下钉上仿古木椽条。2.5斗拱施工要点在仿古建筑施工建设过程中,必须安装斗拱结构,目前很多现代的工程项目也采用斗拱作为装饰。需要说明的是,不同的年代、地域,建筑中的斗拱结构和特点也不尽相同,斗拱施工安装过程中主要包括现浇与预制两部分。2.5.1现浇斗拱该种斗拱结构形式相对比较简单,而且斗拱的尺寸也非常的大。仿唐建筑,比如西安的大唐芙蓉园建筑群等采用了该种方式,整体性非常好,但是施工难度较大,模具损耗比较大。2.5.2预制斗拱在该种斗拱施工建设过程中,既可以采用混凝土、木材,又可以采用陶制构件,其尺寸比较小,而且施工较为复杂,整个施工过程按单元进行排列组装。以珠海圆明新园为例,其外立面就采用了装饰拱、插拱,整体效果比较好。
3结束语
总而言之,混凝土仿古建筑是当前和外来建筑市场发展的一种趋势,发展前景比较好,其中既有传统的艺术传承,又有现代建筑的安全性、牢靠性,值得推广和应用。
参考文献
[1]王伟.钢筋混凝土仿古建筑的施工质量控制分析[J].黑龙江科技信息,2015(12).
篇4
关键词:仿古建筑;传统建筑风格;混凝土结构;木构架
中图分类号:TU375 文献标识码:A 文章编号:
重庆,简称巴和渝,别称山城、雾都、桥都,中国四大直辖市之一,国家中心城市。重庆也是国家历史文化名城,曾在1937到1944年间,作为中华民国战时首都,远东反法西斯指挥中心。《温故1942》影视街位于重庆两江新区的龙兴镇,是重庆两江国际影视城一期建设的核心部分,按照1∶1的比例重建了一条民国时期风格的老街(图1),前期定位满足冯小刚《1942》剧组拍摄取景要求,建设300长的民国期间街道,总计66栋建筑,风格主要以重庆民国时期建筑风格为主,穿插川东民居于其间,重点突出民国时期重庆城市街道特色。重现1942年重庆陪都时期的街道原貌。拍摄的戏将是1942年10月美国总统罗斯福的特使温德尔·威尔基访问重庆,重庆人民不惧日军飞机轰炸,夹道欢迎的场景(图2)。
图1 图2
笔者有幸在2011年参加了《温故1942》影视街一期工程建设。主要参与仿古建筑的方案与施工图设计,认识到一些特殊处理方式。《温故1942》影视街仿古建筑,外观上体现当地传统建筑风格,即川东民居风格,功能上满足甲方提出的需求。建筑基本做法为:内部为钢筋混凝土框架结构,包括柱、梁架、屋面板等,砖墙围护;外部贴木板、木柱,混凝土屋面板上覆传统屋面,使建筑具有传统建筑风格。以下分别讨论其构造特点。
1.现代结构与传统木构架分离
《温故1942》影视街仿古建筑赋予新的建筑功能,一般为餐饮、商业、住宿等。为有效节能,保证使用安全(防火、防盗),建筑主体内部为钢筋混凝土框架结构,正立面部分为传统木构造,侧立面部分采用木板墙墙面。木屋面采用传统构架,处理的关键要保证与混凝土屋面与传统木构屋面搭接牢固。坡屋面与主体建筑的交接处,预埋木砖,将椽子钉于木砖上,并在交接处铺防水卷材,防止雨水渗漏。
2.用框架结构建造传统砖混结构建筑效果
由于汶川大地震的教训,重庆从2008年起在主城区域禁止砖混结构体系建筑,《温故1942》影视街从拍摄电影效果的真实性出发,否决了外贴仿古劈开砖的原方案,要真实的再现陪都时期老重庆的街道风貌,我们决定采用框架结构,填充墙采用老青砖或者红砖并且外挑梁边线3厘米,再在梁和柱的位置外贴老青砖贴片的办法(图3),较好的解决了还原民国砖混结构建筑要求。
3.贴木柱
主体是混凝土结构,部分木结构民居为保证传统建筑风格,在外部贴木柱(图4),并加石柱础或者地伏石。外贴木柱与室内承重柱没有结构联系,混凝土柱间距根据受力合理而定,而木柱根据传统建筑柱距特点而定,故有几处木柱与混凝土方柱无对位关系。为方便贴木柱,混凝土柱与墙体外侧齐平。木柱与墙体连接时,在墙体预埋木砖,用螺钉将木柱斜钉于木砖。木柱与结构柱连接时,用防腐膨胀螺栓直接钉于混凝土柱上,螺栓做沉头处理。
图3 图4
4.墙体包木板
重庆民居多采用板墙,为了仿这种形式,在填充墙砌筑完成后,表面贴木板。贴木板的主要地方有正立面墙体、窗框、门框等。大面积木板墙需用穿方与木柱连接,墙体里面可以加墙体保温材料,按内保温处理。木板间的拼贴用企口拼接(图5),并注意木板横向竖向的排列方式,符合传统建筑特点(图6)。
图5图6
5.传统瓦屋面
混凝土屋面与传统木屋面搭接部位的构件主要有,椽条、椽子、小青瓦,并做保温隔热层满足现代建筑规范。先将椽条铺于钉混凝土屋面板的木龙骨上,这样做连接性好并可以防腐;混凝土屋面按照现在建筑屋面做法 先混凝土屋面上面找坡找平+防水层+保温层+水泥砂浆苫背层+小青瓦。如果屋面坡度过陡,还需在水泥砂浆苫背层上加铺钢筋网,防止瓦面下滑。混凝土屋面也木屋面搭接处为重点处理部位。屋面出檐可以直接用椽条出挑,木屋面椽子伸入混凝土屋面不小于1.5m,檐口与外墙交接处,加钉1/2木檩条,掩饰混凝土结构。木檩条用膨胀螺栓,与檐口混凝土梁牢牢钉住。悬山屋顶的关键是山墙面的处理。传统悬山,两侧山墙有出挑的屋面,可以看出挑的檩条及其他木构件。为了达到这种效果,符合传统悬山屋面的外观,该工程在混凝土屋面板上两侧搁置通2米长木檩条,并在两侧山墙面出挑屋面。这种做法可以节约木材且比较经济实用。而且民居悬山山墙面出挑不多,600 mm~700 mm左右,这种构造可以达到承重要求(图7)。
图7
结 语
《温故1942》影视街仿古建筑比较到位地把握了重庆传统建筑形式,并且满足现代功能要求,加设保温层、防水层等,满足现代建筑规范,这些都值得我们学习。但建筑防火方面,为重现1942年陪都时期老重庆建筑风貌,消防间距局部无法满足现行规范要求,是本项目的特殊性。
参考文献:
〔1〕重庆老城. 何智亚. 重庆:重庆出版集团 重庆出版社,2010
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文献标识码:B
文章编号:1008-0422(2006)04-0121-02
收稿日期:2006-02-25
作者简介:邓晓春(1973-),女,1995年毕业于华中理工大学工业与民用建筑专业,湖南省建筑设计院内聘高级工程师,一级注册结构工程师。
1 引言
中国古建筑虽然历经了数千年的演变,但其独特的结构方法和布置规模始终没有改变,并且是世界上独具风格的一门建筑学科,是世界建筑艺术宝库中的一颗璀璨明珠。中式传统古建筑以木结构为主,在材料选用、平面处理和艺术造型等方面都有许多自己的特点,但随着社会的发展与进步,传统木结构在防火与防腐方面的缺陷也日益明显,新技术、新材料的运用使仿古建筑的设计和建造成为可能,这也是对中国古建筑文化的继承与发展。现代仿古建筑以钢筋混凝土为主体结构,改变了传统中国古建筑以木结构组合为主的受力系统,吸收了传统中国古建筑风格的精华,在钢筋混凝土结构的基础上,将传统古建筑的造型、部件等,作为装饰效果,从而达到建筑上的仿古目的。以下本文将就某工程实例对此种建筑的结构设计谈几点体会,能为同行在设计工作中提供一些参考。
2 中国古代建筑的特点
中国古代建筑是以木构架为主的一种结构方式,平面布局内向含蓄,层次丰富,均衡对称,空间布局灵活,承重与围护结构分工明确;在建筑的设计和施工中很早就实行了模数制和构件的定型化,对于建筑整体到局部的形式、尺度和做法都有相当详细的规定。中国古代建筑还独创了斗拱的结构形式,并充分运用色彩的装饰手段,使建筑物显得庄重而华丽。
中国古代建筑的结构方式有“叠梁式”、“穿斗式”、“井干式”三种,屋顶形式有硬山顶、悬山顶、庑殿顶、歇山顶、攒尖顶和复合顶。
3 仿古建筑的结构设计要求
现阶段的仿古建筑多采用钢筋混凝土结构代替木结构,为了达到油漆彩绘之后与木构架相同的外观效果,与传统的钢筋混凝土结构相比,仿古建筑的结构设计具有以下特殊要求:
3.1模数要求和构件定型化
各受力构件的规格需满足古典建筑的模数要求,传力体系的构成极其各构件的尺度和形体完全仿照古代木结构中柱、梁、枋、檩的相应做法。
3.2屋面造型要求
屋面变化显著,造型要求高,构架体系采用了步架和举架的处理方法,使屋面坡度越往上越陡峻,越往下越平缓,形成了曲线优美、出檐深远的特征,体现了我国古代建筑的造型特点。
3.3建筑中有大量的具有独特装饰作用的结构构件,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斗,上面错落搭建的船形木块叫做拱。斗拱是中国传统古建筑特有的型制,它位于木结构梁和柱子之间,具有传导屋面荷载、加大屋檐挑出长度、缩短梁枋跨度、吸收地震能量等结构作用和装饰作用,是中国古代建筑中最具特色的部分之一。对于仿古建筑而言,因主体结构为钢筋;昆凝土,装饰常常成为斗拱的主要作用。
雀替:用于额枋(檐枋)与檐柱相交处,近似于三角形,表面有雕刻装饰的构件。可以缩短梁枋的净跨距离,具有辅助拉结和装饰双重功能。
4 工程实例
4.1工程概况
开福寺位于长沙城北,它是一座殿字宏伟、气势非凡的千年古寺,具有“三湘名刹”之称。开福寺始建于五代时期,距今已有一千多年的历史,现有的寺院规模已不能满足佛教事业的发展需要,自2004年开始修复扩建,大悲殿的建设就是其扩建工程子项之一。大悲殿为南方单层双重檐仿古建筑,建筑面积1200m2,总高度25m,面阔七间,共37.8m,进深六间,共30.6m。屋顶形式为歇山顶,黄色琉璃瓦铺盖,飞檐翘角,气魄雄伟,檐下为七踩斗拱。室内采用“露明造”,使空间更高大、更宽敞。该建筑采用了钢筋;昆凝土仿木结构。
4.2大悲殿的结构体系
采用现浇钢筋混凝土仿木框架结构,用SATWE程序进行整体计算,主受力框架用PK程序复核计算配筋。结构方式按照古建筑中的“叠梁式”,构架体系采用了步架和举架的处理方法,其传力途径也明显不同于传统钢筋混凝土建筑,屋面荷载通过T形屋面板传给屋面檩条梁,再由梁架逐层往下传递,最终通过最底层的梁传给框架柱。主受力框架立面详见图1。由于大殿建成后需供奉大尊佛像,故殿内抽掉了两根里金柱,使相临柱子间跨度分别达到了19.8m和18.6m。建筑平面图详见图2。这么大的跨度在传统古建筑中是罕见的,而为了保持室内“露明造”的完整性,在15.5m标高处设3根断面为400x1200的交叉转换梁(位于4轴、5轴、C轴上),共同支撑其上的柱子和屋面梁架体系。
4.3屋面板的设计
木结构的屋面木基层是由望板和椽组成的,这就使得仿古建筑的屋面板截面形式为T形,单向受力,板肋之间的距离很近、肋高较小见图3,加上屋面陡峻图4(大悲殿屋脊处为九五举)、造型复杂,屋面一次性全现浇施工难度很大,支模困难,混凝土浇注质量和外观效果均难保证。故将屋面板设计成叠合板,先预制单块的预应力混凝土T形板(或几块T形板组合)作为底模,再在底模上绑扎钢筋网,用细石混凝土浇注叠合层,完成后二者形成整体共同受力。设计时按叠合前和叠合后分阶段对T形板进行强度计算、抗裂验算、挠度验算。分别满足施工阶段和使用阶段的受力要求。
4.4斗拱和雀替的设计
在主体结构为钢筋混凝土的仿古建筑中,斗拱是作为受力构件还是纯装饰构件?采用木结构还是钢筋;昆凝土结构?这就值得探讨了,笔者在考察其他仿古建筑时了解到其斗拱大多是采用钢筋;昆凝土预制构件,各级斗与拱之间通过预埋件焊接连接(尺度较大时)或座浆连接(尺度较小时),斗拱在结构中为受力构件。这种做法的主要缺点是做工较粗糙、不美观,而且前者由于构件数量太多防腐和维修费用较高,后者受力不太可靠。故本工程的斗拱采用木结构,且仅作为装饰构件,不考虑其受力。屋檐荷载通过斗拱上方的现浇;昆凝土桃尖梁以及斗拱中间的现浇混凝土剪力墙传给剪力墙下方的额枋,斗和拱在桃尖梁施工前安装就位。
雀替仅作为装饰部分,不考虑其受力,采用钢筋混凝土预制构件,用定型模板在施工现场制作。主体结构施工时在相应位置留设预埋件,预制的雀替通过预埋件与主体结构的额枋(檐枋)和檐柱焊接连接。
木斗拱与混凝土的预制雀替都是作为装饰构件,与主体结构不是一起现浇成型,但采取了上述方式与受力构件连接后,再经过油漆彩绘处理,整个建筑物浑然一体,完全达到了传统木结构的艺术效果。建成后的大悲殿入口屋檐照片图4。
5 结束语
钢筋混凝土结构的仿木仿古建筑,因组合形式变化大,构件形状复杂,其空间梁板的形状定型和模板、钢筋施工是最大的难题,给传统的钢筋混凝土结构设计带来了许多挑战,本文探讨了一些新的思路,力求用现代的构造和装饰处理,还原其传统古代建筑的风格。大悲殿于2004年4月完成设计,同年5月开工,2005年年底建筑竣工图50
参考文献:
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一、前言
文章对现代设计中仿古建筑的特点进行了介绍,对仿古建筑的定义及设计要求进行了阐述,通过分析,并结合自身实践经验和相关理论知识,对现代设计在仿古建筑中的应用进行探讨,具有一定的借鉴意义。
二、现代设计中仿古建筑的特点分析
1.现代设计中仿古建筑的概念简述
中国建筑文化历史悠远,形成独特,建筑物造型优美,结构严谨,宏伟中不失细腻,庄严中不失优雅。而“仿古建筑”一词正式起源于20世纪50年代,但直到上世纪末学术界在理论上的探讨,褒贬不一,可以说它经历了一个坎坷不平的产生发展和成熟的过程。
仿古建筑形式有广义和狭义之分,广义的仿古建筑形式是指利用现代建筑材料或传统建筑材料,对古建筑形式进行符合传统文化特征的再创造。狭义的仿古建筑形式是指利用传统建筑材料,在特定范围内对古建筑的复原,严格讲属于文物修复范畴。
2.仿古建筑的特点简述
仿古建筑通俗点讲既是用现代的施工工艺体现古代建筑的外形。而我们知道由于古代建筑材料和理论的局限性,古建筑并不存在高层结构;故而现今的仿古建筑多以单层和多层为主。众所周知,现代多层建筑多为砌体结构和框架结构。所以在仿古建筑中以钢筋混凝土结构为主。
(1)中国古代建筑特点体现在使用木材作为主要建筑材料,并保持构架制原则。为了保护木材,表面需加油漆,在长期的发展演变中,中国古代建筑形成独具特色的彩画制度,令世人叹为观止。鉴于木结构的耐火性很差且使用周期短,在现今建筑中已经不提倡使用;而构架制的结构形式和现在的钢筋混凝土框架结构极为相似:传力途径明确,主体的承重结构和围护结构分开。这就说明框架结构是最能体现古建筑精髓的结构形式。这也为室内空间的灵活布局创造了条件。
(2)中国古代建筑中,常用多种多样的罩、挂落、隔扇、屏等自由灵活地分隔室内空间。但彩画制度这一形式在现今的钢筋混凝土结构中也只能通过外贴或喷绘等装修手段才能达到。
(3)中国古代建筑创造并使用斗拱结构形式,斗拱是中国古代建筑体系中所特有的形制,它既是梁和柱之间传递荷载以及承担抗震作用的结构构件,又以其自身优美、华丽的造型而成为建筑的主要装饰构件。集结构功能与装饰功能为一体的精华所在。随着现代结构形式及建筑材料的发展,斗拱这一重要的结构构件应用在仿古建筑中时已经失去了原有的实质性作用,而仅仅作为一种具有观赏性的装饰构件。但是它作为古建筑的代表性构件是不可或缺的。
三、仿古建筑的定义及设计要求
1.仿古建筑的定义
仿古建筑是指在建筑形式上较忠实地模仿传统建筑,并保证建筑外观基本上反映传统建筑的主要特征,其结构、材料及施工技术方面均反映近现代建筑的主要特征,是近现代的建筑作品。
2.中国古建筑庭院式的组群布局
从古代文献记载,绘画中的古建筑形象一直到现存的古建筑来看,中国古代建筑在平面布局方面有一种简明的组织规律,这就是每一处住宅、宫殿、官衙、寺庙等建筑,都是由若干单座建筑和一些围廊、围墙之类环绕成一个个庭院而组成的。一般地说,多数庭院都是前后串连起来,通过前院到达后院,这是中国封建社会“长幼有序,内外有别”的思想意识的产物。古人曾以“侯门深似海”形容大官僚的居处,就都形象地说明了中国建筑在布局上的重要特征。
3.仿古建筑的设计要求
如今的仿古建筑物大多使用钢筋混凝土结构而不是木结构,为了使得建筑物在装饰之后的外观效果能达到模结构的程度,仿古建筑物在结构设计时要满足以下几个要求:
(1)模数要求和构件定型化
建筑物中各个受力构件的大小和形状都要满足古建筑的模数的要求。其他各传力构件也要严格按照古建筑物中各构件的形状和尺寸来确定。
(2)屋面造型要求
建筑物屋面各部位的变化要明显,对其构造也有很高的要求,构架体系可使用步架和举架的方法进行处理,以达到屋面坡度越往上越陡峻,越往下越平缓的效果,将中国古建筑独特的一面完全展现出来。
(3)在建筑结构中有许多构件具有独特的装饰作用,主要包括斗拱和雀替两种:
①斗拱
在斗拱中有一个方型的底座叫做斗,上面的船形木块叫做拱。斗拱是古建筑中一种独特的型制,处于柱子和木结构梁之间,它的主要作用是传导屋面的荷载、加大屋檐挑出的长度、以及吸收地震的能量等。对于如今的仿古建筑物来说,斗拱主要起着装饰的作用。
②雀替
用于额枋,与檐柱相交处,类似于三角形,在其表面一有雕有装饰的构件。其主要作用是缩短梁枋的净跨距离、辅助拉结和装饰等。
四、现代设计在仿古建筑中的应用
1.古建筑一直采用木构架为主要的受力体系,工程施工与设计主要以传承的经验、方法为主。现在出现了大量的以钢筋混凝土或钢结构为主要受力体系的仿古建筑。为了对古建筑模仿做到形似,就势必遵照古建筑木结构的结构形式和尺寸权衡,另外还得符合现代建筑规范要求。
按照现代力学理论进行简化,运用现代计算工具进行建模、计算、分析。这样将给建筑和结构设计提出了更高的要求,在仿古建筑的设计之初,设计人员脑袋里已经有了即将仿建的古建筑形式,是硬山、歇山还是攒尖,是卷棚还是正脊,开间、进深各为几间,有没有外廊,屋面举折情况等等。
构想出要仿取的纯正古建筑具体情况,然后再根据古代建筑模数制度计算各种构件的几何尺寸,再根据简化结构简历结构模型,运用现代结构计算软件计算其内力,复核其截面是否满足承载力要求。
2.大屋顶结构设计
屋顶形式多样,有重檐歇山、十字脊、顶、攒尖、四坡。大屋顶的屋面板是由几段折板组成,在折板的转折点,按照建筑的要求,主要区域直接设置钢筋混凝土梁,局部次要区域梁高与板底有高差时,用砖墙填砌,对于一些不能加梁的区域,则按照构造要求设置弯折钢筋。外墙的封檐板因为尺寸的限制,不能用填充墙砌筑,则用现浇钢筋混凝土板,板内配置双层双向钢筋,分别锚入屋面板和屋面梁内。
3.斗拱和雀替的设计
笔者在考察其他仿古建筑时了解到:其斗拱大多是采用钢筋混凝土预制构件,各级斗与拱之间通过预埋件焊接连接。尺度较大时或座浆连接尺度较小时,斗拱在结构中为受力构件,这种做法的主要缺点是做工较粗糙、不美观而且前者由于构件数量太多、防腐和维修费用较高、后者受力不太可靠。应用现代设计,
雀替仅作为装饰部分,不考虑其受力则采用钢筋混凝土预制构件。用定型模板在施工现场制作,主体结构施工时在相应位置留设预埋件。预制的雀替通过预埋件与主体结构的额枋檐枋和檐柱焊接连接,木斗拱与混凝土的预制雀替都是作为装饰构件与主体结构不是一起现浇成型,但采取了上述方式与受力构件连接后,再经过油漆彩绘处理整个建筑物浑然一体,完全达到了传统木结构的艺术效果。
五、结束语
仿古建筑中,合理的应用建筑设计,可以在体现建筑的古典气息的同时,更好保证工程的质量,同时缩短施工周期,当然,还是很多可以深化的地方,需要我们投入更多的实践才行。
参考文献:
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1.仿古建筑的结构设计要求
现阶段的仿古建筑多采用钢筋混凝土结构代替木结构,为了达到油漆彩绘之后与木构架相同的外观效果,与传统的钢筋混凝土结构相比,仿古建筑的结构设计具有以下特殊要求:
1.1模数要求和构件定型化
各受力构件的规格需满足古典建筑的模数要求,传力体系的构成极其各构件的尺度和形体完全仿照古代木结构中柱、梁、枋檩的相应做法。
1.2屋面造型要求
屋面变化显著,造型要求高,构架体系采用了步架和举架的处理方法。使屋面坡度越往上越陡,峻越往下越平缓,形成了曲线优美,出檐深远的特征,体现了我国古代建筑的造型特点。
1.3结构构件设计
建筑中有大量的具有独特装饰作用的结构构件,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斗,上面错落搭建的船形木块叫做拱。斗拱是中国传统古建筑特有的型制,它位于木结构梁和柱子之间,具有传导屋面荷载、加大屋檐挑出长度、缩短梁枋跨度、吸收地震能量等结构作用和装饰作用。是中国古代建筑中最具特色的部分之一,对于仿古建筑而言因主体结构为钢筋混凝土装饰常常成为斗拱的主要作用。
雀替用于额枋(檐枋)与檐柱相交处近似于三角形表面,有雕刻装饰的构件可以缩短梁枋的净跨距离,具有辅助拉结和装饰双重功能。
2.工程案例
综合楼是某市老城区的中心地带, 周边是儿童公园及南音社等园林仿古建筑群, 综合楼具有健身、培训、商务兼会议接待等。其布局呈现基本对称,是具有中国古典建筑和园林风格的传统仿古型坡屋顶式综合楼。
图1所示为该综合楼的西立面,这是面向公园主立面,具有强烈传统特色的立面设计,高低错落,富有层次感、韵律感和均衡感,同时这种立面设计上的创新性和时代感又与传统性相互融合。考虑到建筑与城区文化形态相呼应, 既要满足使用功能要求,同时也要从美学观点考虑建筑的造型,力求比例协调,匀称得体,顶部以宋式较陡直的举折做法为蓝本,脊吻、斗拱、雀替、悬鱼、藻井等,以变异简化的手法加以运用, 将这些传统要素融入新建筑中,使之既富有现代气息又具有历史的凝重感。
3.仿古建筑的设计方法
古建筑一直采用木构架为主要的受力体系,工程施工与设计主要以传承的经验、方法为主。现在出现了大量的以钢筋混凝土或钢结构为主要受力体系的仿古建筑。为了对古建筑模仿做到形似,就势必遵照古建筑木结构的结构形式和尺寸权衡,另外还得符合现代建筑规范要求。
按照现代力学理论进行简化,运用现代计算工具进行建模、计算、分析。这样将给建筑和结构设计提出了更高的要求,在仿古建筑的设计之初,设计人员脑袋里已经有了即将仿建的古建筑形式,是硬山、歇山还是攒尖,是卷棚还是正脊,开间、进深各为几间,有没有外廊,屋面举折情况等等。
构想出要仿取的纯正古建筑具体情况,然后再根据古代建筑模数制度计算各种构件的几何尺寸,再根据简化结构简历结构模型,运用现代结构计算软件计算其内力,复核其截面是否满足承载力要求。
4.结构体系验算
采用现浇钢筋混凝土仿木框架结构用SATWE程序进行整体计算 主受力框架用PK程序复核计算配筋。结构方式按照古建筑中的“叠梁式”,构架体系采用了步架和举架的处理方法,其传力途径也明显不同于传统钢筋混凝土建筑,屋面荷载通过T 形屋面板传给屋面檩条梁,再由梁架逐层往下传递,最终通过最底层的梁传给框架柱。
5.大屋顶结构设计
本工程各层都是由大屋顶组成的, 屋顶形式多样, 有重檐歇山、十字脊、顶、攒尖、四坡。大屋顶的屋面板是由几段折板组成, 在折板的转折点, 按照建筑的要求, 主要区域直接设置钢筋混凝土梁, 局部次要区域梁高与板底有高差时, 用砖墙填砌, 对于一些不能加梁的区域,则按照构造要求设置弯折钢筋。外墙的封檐板因为尺寸的限制, 不能用填充墙砌筑, 则用现浇钢筋混凝土板,板内配置双层双向钢筋,分别锚入屋面板和屋面梁内。
6.斗拱和雀替的设计
笔者在考察其他仿古建筑时了解到:其斗拱大多是采用钢筋混凝土预制构件, 各级斗与拱之间通过预埋件焊接连接。尺度较大时或座浆连接尺度较小时,斗拱在结构中为受力构件,这种做法的主要缺点是做工较粗糙、不美观而且前者由于构件数量太多、防腐和维修费用较高、后者受力不太可靠。故本工程的斗拱采用木结构且仅作为装饰构件,不考虑其受力屋檐荷载,通过斗拱上方的现浇混凝土桃尖梁以及斗拱中间的现浇混凝土剪力墙,传给剪力墙下方的额枋斗和拱在桃尖梁施工前安装就位。
雀替仅作为装饰部分,不考虑其受力则采用钢筋混凝土预制构件。用定型模板在施工现场制作,主体结构施工时在相应位置留设预埋件。预制的雀替通过预埋件与主体结构的额枋檐枋和檐柱焊接连接,木斗拱与混凝土的预制雀替都是作为装饰构件与主体结构不是一起现浇成型,但采取了上述方式与受力构件连接后,再经过油漆彩绘处理整个建筑物浑然一体,完全达到了传统木结构的艺术效果。
7.结束语
用钢筋混凝土材料来建造多层仿古风格的现代建筑是经济合理的选择。由于钢筋混凝土框架的受力机制与传统的木构架不同, 许多古建筑中重要的受力构件如斗拱等设计成装饰构件是比较经济的做法。曲线形的屋面、悬挑的屋檐、起翘的屋角是传统大屋顶的特色, 其做法是经过数千年的不断演变形成的, 适合传统的材料, 用钢筋混凝土来仿造应从受力合理、施工方便等多方面综合考虑。做到形似(外形、尺寸相似)是基本要求,做到神似(受力特点相似)是更高的要求,需要进一步的努力。
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中华民族有着博大精深的民族文化,是世界上惟一一个拥有5000年文明而不曾中断的国家。悠久的历史赋予了我们丰富的文化遗产,构成了独特而灿烂的文明景观。它不仅是国家和民族的骄傲,也是全人类的共同财富。迄今我国已有29处文物古迹、历史名城和自然景区被列人世界遗产名录,成为继意大利、西班牙之后的第三大遗产国。还有100多个项目被列入遗产预备清单中,居全世界首位,已经成为遗产大国。遗产的不可再生性决定了对待文物古建筑必须始终把保护放在第一位。《文物法》规定:“文物保护单位应当制定专项的总体保护规划,文物保护工程应当依据批准的规划进行。”然而,目前的现实是,绝大多数的古建筑在消防方面均没有较完整的规划。以山西省为例,共有木制结构古建筑18118处,宋、元以前的地上木结构古建筑占全国的72.6%,其中国家级文物保护单位有119处。这么多的古建筑,除平遥古城的消防规划正在编制中外,其余的还没有一个做出消防规划。
当前,尽快科学、合理地对古建筑做出消防安全保护规划,将古建筑的消防专业规划纳入总体保护规划,已显得刻不容缓。
2古建筑群消防规划的特殊性
众所周知,消防规划主要包括消防安全布局、消防站、消防通道、消防给水、消防通讯、消防装备等内容。笔者通过对古建筑消防工程项目的审核,认为古建筑群的消防规划,不应套用一般消防规划中的常规做法,而应根据古建筑群特有的消防安全现状,把握好其消防规划的特殊性。
2.1建设小型适用型消防站
2.1.1消防站建设的迫切性
《消防法》规定:“距离当地公安消防队较远的列为全国重点文物保护单位的古建筑群的管理单位,应当建立专职消防队,承担本单位的火灾扑救工作。”在山西,包括世界文化遗产平遥古城在内的国家级文物保护单位的古建筑群,均未建立专职消防队。一旦发生火灾,无法得到及时有效的扑救。1998年以来,山西省发生古建筑火灾21起,大多由于距离消防队较远,没有得到及时扑救,造成了较大的损失。直接经济损失达553万元。珍贵文物的损失无法用数字估量。2003年3月,大同市广灵县文庙发生火灾。由于该县没有消防队,水源缺乏,导致文庙大殿付之一炬。有鉴于此,加快古建筑群消防站的规划和建设,非常重要和迫切。
2.1.2消防站的建设要因地制宜、多种形式、小型适用
古建筑群大多为毗连建造的木结构或砖木结构的三、四级耐火等级的建筑,耐火性能极差,火灾荷载大,防火间距严重不足,一旦发生火灾,火势会迅速蔓延扩大。
针对古建筑火灾的蔓延特点和当前消防警力紧张的实际,笔者以为,古建筑的消防站规划和建设要考虑:(1)不应套用《城市消防站建设标准》中规定的消防站的布局以接到报警后5min消防队到达责任区边缘和保护面积为4—7km2的要求。应在不破坏古建筑群整体格局的前提下,将到达的时间减到最小。如在应县木塔修缮工程方案中,将消防站站址选在距木塔约1500m处,设计为消防队接到警报后5min到达木塔,责任区最大面积为4km2。笔者认为,这样的方案就不合理。国家之所以在当前警力相当紧缺的情况下,拟批准应县建公安消防站,主要是出于保护应县木塔的需要。所以,该消防站应以保护应县木塔为主,可以兼顾县城的火灾扑救需要。(2)可以建公安、企业专职、兼职等多种形式的消防站,人员数量也要切合实际。(3)消防站的建筑面积也不一定要按照《城市消防站建设标准》的规定,可因地制宜,不要建大而全的消防站,宜小型、适用。(4)消防站的建筑形式可不拘一格,不一定非是红色的大门和现代式样的建筑,可以设计为仿古建筑,与周围的古建筑群格调相协调。
2.2消防器材装备要立足古建筑火灾扑救的实际
2.2.1消防车辆配置应与消防通道相适应
古建筑群普遍存在消防通道不畅的问题。例如,平遥古城最窄的通道还不足1m。在消防车辆的配置上,除配置普通的消防车外,还要配置适合其街道通行的小型消防车。做规划时不能按照常规的思维,一定要让消防通道来满足消防车的通行要求,反而应该让消防车辆尽量适应古建筑群消防通道的需要。如,平遥古城和五台山风景区都购置了1辆小型水罐消防车,以适应当地实际。
对建于高山深谷之中,依山而建,道路崎岖坎坷,或建于城区,但设有门槛、台阶等而使消防车无法通行的古建筑群,其专、兼职消防队可以不配置消防车辆,应配置手抬机动泵、推车式灭火器等适用型的器材装备。
2.2.2消防器材的配置必须立足于减少火灾扑救时的水渍损失
古建筑群的消防水源严重缺乏,又有大量的壁画、彩绘、泥塑、文字资料等特别贵重的历史珍品。因此,扑救此类古建筑火灾时必须减少水渍损失,要研发和配置适合扑救古建筑火灾所需的水渍损失小、节水型的灭火装备和抢险救援器材,如高压脉冲水枪等,以达到既节约用水又减少损失的目的。
2.3消防供水要因地制宜
2.3.1建不同类型的消防水池和消防泵房
古建筑消防水源严重缺乏。山西省119处国家重点文物保护单位,经过前一阶段的专项治理,目前也只有39处建有消防水源,仍无法满足火灾扑救的需要。部分有水源的古建筑群,如平遥古城,也存在消防管网覆盖区域小,供水管径小,供水压力、流量达不到灭火要求等问题。
制定消防规划时,在缺乏水源的地区,要结合古建筑群的地形特点,设不同类型的消防水池和消防泵房。在消防车能够到达的地方,应修建供消防车取水用的设施。灵石县王家大院、忻州的唐代建筑佛光寺结合古建筑依山而建的地形条件,在山坡的较高处修建了高位消防水池,建成常高压消防给水系统,满足了灭火需要。
2.3.2消防给水管网的布置要满足灭火救援的实际
在一时还不可能建大量消防站的情况下,大部分古建筑距离消防队较远,或因地形等条件的限制,一旦发生火灾,消防车在短时间内无法到达。因此,在室外消火栓的规划建设上也不应按照120m的间距和150m的保护半径布置。古建筑必须立足于自防自救,其间距应能保证有两支水枪的充实水柱同时到达古建筑内为宜。如:三多堂在每个院落安装3个室外消火栓,代替室内消火栓。无法设置消火栓系统的,采用手抬机动泵串联远距离供水灭火。应县木塔将室内消火栓移至室外设置,称之为室内消火栓外置,并设有明显标志。五台山在室外消火栓处设置启泵按钮,以便火灾时使用。
2.4古建筑的开发利用和消防安全布局应合理
古建筑之间以及部分古建筑与其他建筑之间,普遍存在防火间距严重不足问题,特别是坐落在城区的古建筑尤为突出。如,太原的崇善寺,地处成片民居包围之中,有的已只有一墙之隔,一旦发生火灾事故,将会形成火烧连营之势。
规划时要将古建筑群内的危险源逐步搬迁,影响古建筑消防安全的周边建筑,应下决心列入拆迁计划。如平遥古城内的工厂、学校等已列入规划予以分期迁出。大同市将与善化寺距离太近的民房拆除,使隐患得以消除。
古建筑群进行开发和利用也应有科学规划,应该建立在保护的基础上,在相应历史、文化背景下进行。庙宇或者类似历史建筑,利用时应该参照它在古代时的使用功能,这是联合国教科文组织赞成的利用方式。不能合理的开发和利用,就会带来安全隐患。“世界文化遗产”武当山古建筑群重要组成部分之一的遇真宫被出租并用做一家能容纳700人的武术学校。2003年1月19日,遇真宫主殿因照明线路敷设不规范并疏于管理发生大火,最有价值的主殿三间共236m2建筑全部化为灰烬,周边文物也受到不同程度影响。
2.5古建筑的消防技术保护应列入规划,但不应破坏其原貌
2.5.1维持原貌、确保重点
大部分古建筑既有极高的文化和艺术价值,又有相当大的火灾危险性。如何使它们免受火灾危害,也是消防规划的重要内容。所以,古建筑的消防技术保护措施必须列入消防规划,这是古建筑群的消防规划与一般的消防规划所不同的重要特点。应将古建筑按重要性分为不同类型的保护等级,有重点地分别采取不同的消防技术措施予以保护。
《文物法》规定:“文物保护工程必须遵守不改变文物原状的原则,全面地保存、延续文物的真实历史信息和价值。”所以,古建筑的消防技术保护原则应是在不破坏古建筑原貌的基础上,确保消防安全。
2.5.2古建筑内不宜设固定消防给水设施
《建筑设计防火规范》中规定:“国家级保护单位的砖木结构和木结构建筑应设室内消火栓给水系统和自动喷水灭火系统。”但笔者认为这样的规定不切合实际,古建筑内不宜设固定消防给水设施。以山西应县木塔为例,该建筑始建于辽代清宁二年(公元1056年),距今948年,高约67.3m,是现存塔身最高、年代最古老的木结构佛塔。其独特的价值就在于它是工艺精湛的全木结构的建筑,如按建规的要求设置喷淋和消火栓系统,就会破坏其原有的价值,失去了保护的意义和初衷。在不宜设室内消防给水系统的古建筑群,宜增加推车式灭火器的配置数量。
2.5.3古建筑应设火灾自动报警系统和避雷设施
火灾自动报警系统是保护古建筑的有效措施,但消防技术规范恰恰没有规定古建筑要设火灾自动报警系统。1998年4月4日凌晨,山西省临汾市尧庙广运殿发生特大火灾,火灾发生半小时后,值班室的人员还未发现,致使砖木结构的广运殿及殿内尧王等泥塑像9尊被烧毁,直接经济损失451.17万元。如设有火灾自动报警系统,火灾被及时发现,损失将会减到最小。
避雷设施也是预防古建筑火灾事故的有效手段,大多文物古建筑防雷设备不够完善,雷击事故时有发生。2004年4月26日,山西运城稷山大佛寺遭雷击发生火灾;2002年9月7日,应县木塔遭雷击,所幸未引发火灾事故。
2.5.4加强用火用电的规划
对国家级文物保护单位的主要建筑禁止设置电气线路。其它古建筑内不符合要求的电气线路,应严格按照电气安全技术规程要求做出改造规划。
加强古建筑周围居民的用火管理。确定为宗教活动的建筑,对点灯、烧纸、焚香的场所和方式均应做出规划,采取有效的防范措施。
2.6古建筑的消防管理措施要更加完善
目前,古建筑在消防安全管理上还存在产权不清,责任不明,安全保卫人员短缺,业务素质低,自防自救能力差,督促文物古建筑单位整改火灾隐患的手段单一等一系列问题。所以,对古建筑的消防安全管理制度和措施做出规划,予以完善,也是其不同于一般消防规划的重要特征。
2.6.1完善法规体系,明确消防安全责任
《文物建筑消防安全管理规则》规定:“文物古建筑的消防安全工作由文物古建筑的管理和使用单位共同负责。”不仅如此,国家需要进一步完善古建筑消防管理的法规体系,明确各级政府、使用单位、管理单位、消防监督部门等各自的责任。
2.6.2古建筑的保护要立足自防自救
古建筑火灾蔓延迅速,其保护必须立足自防自救。要规划建立多种形式的消防组织,特别是义务消防组织。要制定切实可行的灭火预案,且要切实加强演练。
古建筑大多被城镇或乡村所包围,应和周边的村民委员会、居民委员会开展有针对性的消防联防机制。
2.6.3拓宽筹资渠道,加大消防投入
《文物法》规定:“县级以上人民政府应当将文物保护事业纳入本级国民经济和社会发展规划,所需经费列入本级财政预算。国家用于文物保护的财政拨款随着财政收人增长而增加。国有博物馆、纪念馆、文物保护单位等的事业性收入,专门用于文物保护,任何单位或者个人不得侵占、挪用。”
对古建筑消防保护的经费要列出规划,安全投资渠道要多元化。对国家级的文物保护单位,不一定非要当地政府投资,象山西这样经济欠发达的地区,国家应予以资金上的倾斜和支持。同时,也可以允许民间资本参与古建筑消防保护,或从旅游收入中按比例提取资金等多渠道筹资,以保护全人类的共同遗产。
3结论“”版权所有
(1)必须将消防规划纳入古建筑群总体规划。古建筑的防火技术保护、开发利用、消防安全管理等也应作为规划的主要内容。
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中华民族有着博大久远的民族文化,悠久的历史赋予了我们丰富的文化遗产,古建筑就是文化遗产的直接载体,是我国珍贵历史文化遗产的重要组成部分,是祖先留给我们的一份丰厚物质、精神和文化财富,是国家文明的重要标志。它具有不可再生性。然而很多因素却威胁着古建筑的安全,火灾便是其中的主要因素之一,如被广大藏胞尊为神圣佛地的甘肃甘南藏族自治州的拉卜楞寺大经堂,于1985年4月7日因灯烛引发大火,连同正在展出的1000多件极为珍贵的文物、经卷、珍宝等均被毁于一旦,供4060名僧众诵经的大经堂变成了废墟;2003年1月19日,有600多年历史的湖北省武当山遇真宫荷叶主殿共236平方米的建筑不到3小时便被大火烧毁;甘肃省的拉卜楞寺,兰州市的城隍庙戏楼等,造成了无法估量的损失。
笔者有幸参与了湖南省古建文物消防保护方案设计,就上甘棠古建筑群消防规划和建设来共同探讨古建筑的消防建设。
古建筑存在的火灾危险隐患
1.平面布局的先天不足
上甘棠村是典型的封建社会中聚族而居形成的村落,基本上毗连建造,庭院相连、建筑与建筑多为过廊相通,防火间距严重不足,现代消防车根本无法靠近和通行。一旦发生火灾,火势会迅速蔓延扩大, 如果得不到及时有效的扑救,极易造成火烧连营的局面。
2.古建筑耐火等级低,可燃物多
古建筑大多为木结构或砖木结构,耐火等级为三、四级,耐火性能极差。木质结构历经几百甚至上千年的日晒风吹雨淋,造成建筑木质腐蚀、干燥、疏松,含水量远远低于一般自然干燥的含水量,木材的燃点逐渐降低,极易燃烧,有些古建筑及建筑构件表面还有大量的油漆和彩绘,大大增加了古建筑的火灾荷载。
3.灭火设施严重不足
由于当时历史条件的限制,古建筑很少考虑消防设施,后期为了保护古建筑原貌,不破坏建筑的完整性,很少在古建筑中增加现代建筑消防设施,这就造成古建筑一般无消防水源、无消防车救火或有车无路、有水无设施的尴尬局面。
古建筑的消防设计
1.现场勘查
现场勘察内容包括:
建筑物、建筑群的外形尺寸及相互关系,与周围建筑群的关系;
建筑物的文物级别及建筑材料特性;
建筑物内常住人员和流动人员情况;
建筑物的出入口状况、疏散的方向和方便程度;
建筑物所在地区的地理、气象、环境等条件;
建筑物所在地及其周围的各种线路设置状况;
建筑物火灾历史和薄弱环节;
现场勘察方式:采用调查、访问、目测和仪测结合的方式进行,整理勘察记录形成报告,作为设计依据。
2.消防水源及消防水池
古建筑能够保持几百上千年,一般与其地理位置有着重要的联系,一般有山有水,山上树枝可生火做饭,人们生活更是离不开水。甘棠村古建筑群依山而建,三面环山,另一侧为谢沐河,该河流常年不断流,水质较好,枯水位时能够满足消防水池补水要求。后山上较高处修建高位钢筋混凝土消防水池,水池有效容积为180m³,建成常高压消防给水系统,满足灭火的需要。
室外消防用水量为25L/s,火灾延续时间2.0小时,扑灭一次火灾用水量为180m³。消防水池的补水时间不超过48h。水泵采用水位控制自动启动,消防水池水位达到消防警戒水位时自动启泵,水位达到高水位时自动停泵。
3.消防给水系统
《文物法》规定:“文物保护工程必须遵守不改变文物原状的原则,全面地保存、延续文物的真实历史信息和价值。”所以古建筑的消防技术保护原则应是在不破坏古建筑原貌的基础上,确保消防安全。
《建筑设计防火规范》中规定:“国家级保护单位的砖木结构和木结构建筑应设室内消火栓给水系统和自动喷水灭火系统。”但笔者认为这样的规定不切合实际,古建筑内不宜设固定消防给水设施。按建规的要求设置喷淋和室内消火栓系统,势必破坏古建筑原有的价值,失去了保护的意义和初衷。
大部分古建筑距离消防队较远,或因地形等条件的限制,一旦发生火灾,消防车在短时间内无法到达,须立足于自防自救。
从山上消防水池接2根DN150消防出水管,沿建筑群四周道路环状布置,管径为DN150。给水管上每隔60米设置消火栓,给水管采用阀门分成若干独立段,每段内消火栓的数量不超过5 个。室内消火栓宜采用消火栓外置形式或设在门厅或门口,并设设置明显标志,且保证每一防火分区的水枪充实水柱能达到室内任何部位。
4. 灭火器配置
为有效的扑灭文物建筑初起火灾,减少火灾造成的损失,需合理配备建筑灭火器。古建筑群按A类火灾场所、严重危险级配置灭火器,采用磷酸铵盐干粉灭火器。灭火器最大保护距离不超过15米,并保证最不利点至少在1具灭火器的保护范围内。
灭火器应设置在位置明显和便于取用的地点,且不得影响安全疏散,对有视线障碍的灭火器设置点,应设置指示其位置的发光标志,设置在室外时,应具有相应的保护措施。
5. 火灾自动报警系统
虽然消防技术规范没有规定古建筑要设火灾自动报警系统,但火灾自动报警能够及时发现着火点,并通知灭火人员,是保护古建筑的有效措施,所以古建筑应设火灾自动报警系统。
对于古建筑群,因其占地面积广,报警时须对其进行分区。上甘棠村可共分为18个报警区域,报警回路采用闭环形式。当火灾发生时,同时通知着火报警区域及其邻近报警区域,便于人员赶至灭火。
原设计考虑到有线设备很容易对原建筑物产生结构性损坏,在所有建筑物内部的感温或感烟探测器,以及室外设置的手动报警按钮均加装无线探测器底座,北京文物专家审批时提出,无线探测器因其供电不稳定、设备电源维护困难,建议采用传统的有线敷设形式。
另设置了火灾应急广播系统,该系统平时可在公共区域播放背景音乐,发生火灾时兼作火灾事故广播使用,用以在紧急状态下指挥、疏散人群。
6. 防雷措施
古建筑一般都是建在较高的台基之上,或人群聚集的地方,或崇山峻岭之上,建筑群屋体高大耸立,周围古木参天,接触点高,木质干燥,地处雷击多发区,极易引起雷电火灾。设计时需合理选择避雷针安装方式,计算保护范围,屋顶和屋檐四角应在保护范围之内。接地体应就近埋设,以减少防雷装置的反击电压,避免造成放电的危险。
7.设计和施工中的文物保护措施要求
文物建筑范围内进行的消防工程设计和施工,均应遵守《中华人民共和国文物保护法》,遵守不改变文物原状的原则和对文物本体尽量少干预的原则。
消防工程设计和施工,应不破坏文物建筑的原真性和完整性,不得造成文物建筑的安全隐患。
消防水池的位置选择必须符合文物建筑保护规划的要求。
管道的位置,应尽量选择空闲地,以不破坏文物建筑原状地面、基础或最少扰动文物建筑原状地面和基础为原则。
在文物建筑本体周围施工,必须对有损伤隐患的建筑部位进行封护、遮挡和隔离。
室外传输线路,应尽量采用多种线路合槽并网设计和施工。管线暗敷时,应尽量避开建筑基础,遇到必须经过文物建筑地面和基础时,应按文物维修要求,做好地面、基础的恢复。
通过墙体进入室内的管线,不得人工掏挖,必须使用钻孔方式。钻孔孔径以满足管线穿入为限,室内的金属管、金属槽不应直接固定在木构件上;杜绝管线、管槽固定在彩画和壁画上。
8. 自救消防措施
《消防法》规定:“距离当地公安消防队较远的列为全国重点文物保护单位的古建筑群的管理单位,应当建立专职消防队,承担本单位的火灾扑救工作。”
上甘棠古建筑群远离城市,且交通路况不理想,离最近的县消防站需40分钟左右的车程,地方消防基础建设不完善,且周围村落人口比较密集,一旦发生火灾,后果将不堪设想,因此需加强自防自救的措施,以建公安、企业专职、兼职等多种形式的消防站,配备必须的消防器材。消防站的建筑面积不一定要按照《城市消防站建设标准》的规定,因地制宜,宜小型、适用。
上甘棠村小型消防站设于村头交通通畅地段,和消防控制中心合建,建筑外貌与古建筑群格调相协调、一致。
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本文拟从仿古建筑物的结构、雷击的原理、防雷措施等几个方面来分析论述仿古建筑物防雷中应采取的一些措施,因而对仿古建筑物防雷工作提供一些必要的素材。
1.1仿古建筑物容易受到雷击的结构特点
仿古建筑物结构、用途、性质以及其所建的地理环境与一般建筑物不一样,特别容易遭到雷击。具体表现在以下这些方面:
1.1.1仿古建筑物大多数建在地势比较高的山上,或者建在土壤电阻率有变化的山边,很容易遭到雷电的袭击。
1.1.2从结构上看,为了体现仿古建筑物的原貌,仿古建筑物一般都建有高耸的屋脊,而这些屋脊也正好为雷雨云层放电创造了良机。
1.1.3大多数仿古建筑物大殿正脊中部埋设金属构件,有的建筑物屋顶内部还设有锡背,这些金属物构件都会增加建筑物接闪放电的机会。
1.1.4仿古建筑绝大多数都为砖木结构,如果遭受雷击,很容易引起火灾。
2.仿古建筑物防雷措施
根据我国国家现行建筑物防雷设计规范(GB50057—2010),建筑物的防雷分类根据其重要性、使用性质、发生雷电事故的可能性和后果来确定。建筑物防雷可分为内、外部防雷,并按人、物和设备对雷电灾害的感受强度不同可把建筑物内、外环境划分为LPZOA、LPZOB、LPZl、LPZn+1等不同的防雷区[2]。LPZOA为建筑物的外部防雷保护区域,LPZOB—LPZn+1为建筑物内部防雷保护区域。仿古建筑物的防雷设计必须将外部防雷装置和内部防雷装置作为整体统一考虑。
2.1仿古建筑物外部防雷
外部防雷装置(即传统的常规避雷装置)由接闪器、引下线和接地装置三部分组成。接闪器(也叫接闪装置)有三种形式:避雷针、避雷带和避雷网。它位于建筑物的顶部,其作用是引雷或叫截获闪电,即把雷电流引下。引下线上与接闪器连接,下与接地装置连接,它的作用是把接闪器截获的雷电流引至接地装置。接地装置位于地下一定深度,它的作用是使雷电流流散到大地中去。
2.1.1接闪器的布设
为保持仿古建筑物的艺术特点,接闪器宜采用避雷带与短支针的组合,并宜在敷有引下线屋角的避雷带上焊接30—50cm左右的短支针,以便有效接闪雷电泄流人地。根据雷击规律,避雷带应沿建筑物屋面的正脊、吻兽、屋顶檐部、斜脊、垂兽和高出建筑物的烟囱等易受雷击的部位敷设。为减小雷电流产生的电动力危害,在敷设避雷带时尽量避免直、锐角弯曲,应采用圆弧形弯曲,其引下弯曲的弦长应大于对应弧长的十分之一。
2.1.2引下线的布设
防雷引下线根数少,雷电流分流就小,每根引下线所承受的雷电流就越大,容易产生雷电反击和雷电二次效应危害。因此,在布设引下线时尽量多设几根,尽量利用建筑物的柱子和钢筋。但仿古建筑物多为砖木结构,故只能采用明敷。敷设时应注意引下线要对称,在间距符合规范的前提下,尽可能多设几根。为减少引下线自身电感所引起的雷电感应过压,应以最短的接地路径敷设。引下线弯曲应采用“软连接”的弧形弯曲。在引下线距地面1.8m一0.3m处应有良好的保护覆盖物,避免与游客接触产生接触电压危害。
2.1.3接地装置布设
仿古建筑物接地装置的布设应根据其用途、性质、地理环境和游客多少等情况来选择结构方式和位置。对重要的游客集中的古建筑物内部应做均压措施。对宽度较窄的仿古建筑物可采用水平周圈式接地装置,并注意接地装置与地下管线路的安全距离。若达不到规范要求的一律连接成一体,构成均压接地网。这样可以使到接地网界面以内的电场分布比较均匀,可以减小跨步电压对游客的危害,也可以减小室内在被雷击时由于地面电位梯度大而容易产生的反击高压危害。另外,为降低雷电跨步电压对游客的危害,当接地体距建筑物出人口或人行道小于3m时,接地体局部应埋深1m以下,若深埋有困难,则应敷设50—80mm厚的沥青层,其宽度应超过接地体2m。
2.1.4防球型雷、侧击雷措施
防球型雷的最好措施是安装金属屏蔽网并可靠接地,最低要求是把建筑物的所有门窗都装上玻璃,使其没有孔洞,以防球型雷沿孔洞钻进室内。此外,还应注意附近高大树木引来的球型雷,要考虑树木与建筑物的安全距离。仿古建筑物防侧击雷,要根据所建地地理位置来决定。对于建在城市里的建筑物一般不需要设防侧击雷;对建在海拔较高的仿古建筑物应根据实际情况确定,确实需要的可以每隔6m沿建筑物的四周设置圈式防雷均压带,并使均压带和建筑物四周的所有金属物均与防雷地可靠连接。
2.2仿古建筑物内部防雷
内部防雷装置的作用是减少仿建筑物内的雷电流和所产生的电磁效应以及防止反击、接触电压、跨步电压等二次雷害。除外部防雷装置外,所有为达到此目的所采用的设施、手段和措施均为内部防雷装置,它包括等电位连接设施(物)、屏蔽设施、加装的避雷器以及合理布线和良好接地等措施。大多数国家、省、市级重点文物保护的仿古建筑物内都增设了消防广播、防盗报警、监视系统等。这些弱电电气系统对雷电虽没有计算机电子信息系统易受雷击,但一旦受雷击其危害也是很大的。为此,随着人类科技的发展,仿古建筑物的内部防雷也显得非常重要。
3.结束语
当今建筑物防雷技术注重的是全方位防护,综合治理、层层设防,要把防雷看作一个系统工程。国家仿古建筑是国家重要的人文旅游资源和珍贵文化遗产,具有难以复原性,仿古建筑的防雷安全工作并非小事。因此,各级政府应当因地制宜,将防雷设施建设纳入仿古建筑物保护基本建设和维修项目中,适当加大资金投入,仿古建筑物应实施防雷设施定期检测,至少每年检测一次,发现问题应及时整改。各级管理部门应当增强雷电灾害忧患意识,切实做好仿古建筑的防雷安全保护工作。
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目前,处个别重点保护建筑外,大多数古建筑缺少有效的防雷保护措施。同时,国内尚无关于古建筑的防雷规范和标准,现有的《建筑物防雷规范》也未能完善指导古建筑防雷工程的设计和施工。
一、古建筑易遭受雷击的原因
1、内部因素
我国的古建筑绝大多数为砖木结构,从古建的艺术特点上来说,大多有高翘的飞檐和高深的屋顶,作为飞檐和屋顶的支承结构与内外装饰都采用了大量木材;古建立柱和横梁为粗大木料;天花板均为薄木板架于木棱木条之上;这些都是易于燃烧的木质材料,一旦遭受雷击,极易引起木质构件燃烧。
虽然我国古建筑主体多以砖木结构为主,但其上也有不少装饰物采用金属材质;另外多数古建筑物大殿正脊中部埋设有用于辟邪金属宝盒,有的建筑物屋顶内部还有锡背,铜质宝顶,还有的建筑物屋面有金属链条作装饰用。这些金属物均没有任何接地处理,而且通常都安置在建筑物的最顶端,这些金属物都大大增加了建筑物遭受雷击的概率。
从结构上看,古代建筑多以坡顶为主,且坡度较大,大多有高翘的飞檐和高耸的屋顶且屋脊比较多。这些部位在古建筑上一般都显得尖锐、突出,部分部位还是金属材料,雷击发生时,雷电的路径会优先选择从这些部位流过。
2、现代化元素
现代化元素的引入增加了古建筑物遭雷击的几率。据调查了解,大多数国家、省、市级重点文物保护单位的古建筑物内部都增设了消防、报警、监视系统等。而这些现代化弱电设施的引入给古建筑带来了更多的雷电入侵通道,无疑增大了古建筑物遭雷击的几率;更加之大多安装这些弱电设施的施工单位没有对其采取必要的防雷措施而致使古建遭雷的事例时有发生。
二、古建筑防雷保护的技术措施
1、古建筑直击雷防护
古建筑直击雷防护装置设计和施工遵循的原则。
在古建筑上安装防雷装置不能对古建筑物本身造成损害。防雷装置要在古建筑物上固定、支撑、连接和敷设时就必须用非常规的方法,不能因为安装防雷装置而对古建筑物造成二次破坏。同时施工过程中也须严格遵守施工操作规程。古建筑年代久远,大部分建筑经历长年的风雨侵蚀,不能因为施工不慎而对古建筑物造成二次破坏。
防雷装置安装后要对古建筑物起到防雷保护作用。这一点也是我们所有工作的最终目的。有些古建筑物一旦损坏,往往是无法复原。我们应对古建筑做详细全面的勘察,系统的分析研究,制订出相应可行有效的防雷设计方案,并最终确保防雷设计方案的严格执行。
安装的防雷装置要尽可能美观,与古建筑的风格样式和谐统一。因此采用的防雷装置应尽可能做到与原古建筑融为一体,不能喧宾夺主。尽可能使其融入古建筑物本身,并且要和周围环境和谐统一。
2、古建筑直击雷防护装置的形式
1)接闪器
由于古建筑的外观复杂,屋脊和屋面的造型多,因此接闪器的形式、外观、材质和安装工艺的选择应充分结合古建筑的类型和屋顶形制慎重选择。古建筑防雷工程设计和施工中,必须遵守不改变文物原状的文物保护原则。选择使用接闪导线的颜色应与古建筑物相应位置的颜色协调一致。既要做到保证其防雷效果,也要做到不影响古建筑的外观与其周围环境协调一致;还要尽可能避免对古建筑造成破坏。
在古建筑物上敷设避雷带,其支持卡子不能靠在古建筑上打孔来固定,这会破坏古建筑,可以采用U型(抱箍式)固定件、固定螺丝与瓦面之间应加橡胶垫进行保护,接闪导线的固定支件的高度不宜小于150mm,可选用25mm× 4mm的热镀锌钢。避雷带之间的连接,可选用铜管进行压接;三根或多根避雷带连接时可在每根避雷带上压铜鼻,铜鼻之间用螺丝固定连接。这样避雷带既保证电气连通性,也保证了连接的机械强度(见图1)。避雷带敷设时要与古建筑物顶的金属装饰物都做好电气连接,确保金属物都有良好的接地。
图1 避雷带及支持卡子做法示意图
2)引下线
古建筑物引下线敷设时,应避开建筑物的正面,尽量在建筑物的侧面、后面等不经常被人注意到的地方敷设;并做到分段固定,并以最短路径敷设到接地体,敷设应平正顺直、无急弯。每条引下线,在地面以上1.8米加装绝缘套管,以防止接触电压对人员的伤害。引下线涂刷成与古建筑墙面相同或相近的颜色,减少对古建整体外观的影响。
沿古建的木立柱引下时,建议采用多股铜线作为引下线,采用绝缘的多古铜线作为引下线,圆形抱箍固定。(见图2)
图2 引下线的固定
3)接地装置
接地装置的材料选择和现代建筑物类似,采用热镀锌角钢和扁钢敷设就行。古建筑接地装置的形式,要充分考虑古建周围场地、环境施工时受局限的情况,应本着为节约经费和有利于防止跨步电压危害的原则。
敷设时还需注意接地装置与地下管线路的安全距离。若达不到规范要求的须连接成一体,构成均压接地网。这样可以使到接地网界面以内的电场分布比较均匀,可以减小跨步电压对游客的危害。如果遇到电阻率高的区域,可考虑采用换土、降阻剂、接地模块等方法。注意在进行接地施工时应避免掘到地宫或其他文物,在挖掘之前要进行仔细勘测。接地装置开挖时,需对地面所敷设的古砖、石做好标记和编号,回填时,将其恢复原貌。
3、防雷电波侵入和雷击电磁脉冲的措施
当古建筑内安装有低压电气系统和(或)电子系统时,古建筑内有大型金属构件或存有体积较大的金属物体时,应有防雷电波侵入和雷击电磁脉冲(LEMP)的技术措施。防LEMP的主要技术措施为:等电位连接、屏蔽、综合布线和安装SPD。
1)等电位连接要求
古建筑上的金属物体,如金属宝顶、宝盒、锡被、铜被等,要和防雷装置作等电位连接。同时还需考虑到古建筑檐下的防鸟铁丝网、所有金属管线的屏蔽层、设备金属外壳等设施的等电位连接。
控制机房(如监控、消防)的等电位连接,应根据电子系统的工作频率分别采用星形(S型)结构或网形(M型)结构。
2)屏蔽要求
对于进入古建筑的供电线路、电话线等不宜架空引入。当其架空引入时,应在进入古建筑前用埋地电缆或穿金属管屏蔽埋地引入,并在进入古建筑物时与古建筑的防雷装置相连。
3)综合布线要求
建筑物内传输网络的综合布线施工应符合现行国家标准《综合布线系统工程验收规范》GB50312-2007的要求。需统一考虑其走向和相互间的距离,使各种室内布线合理。最低的要求是,将这些系统穿金属管或采用有金属外皮的电缆,并可靠接地。
三、结语
从古建筑物的整体风貌,到大量的珍贵木刻、砖雕、绘画等艺术品,是世界人类文化珍贵遗产。因此,古建筑物防雷须首先对古建筑物有全面了解,对它的雷击历史、结构特性、自然环境、金属器物等等做出全面分析,统筹规划古建筑的防雷工程设计和施工。
古建筑是不可再生的资源,若保护不当会造成不应有的破坏。因此,古建筑防雷工程的设计要遵循以保留古建筑原状为准则,坚持古建筑保护与环境保护并重,遗产保护与人身保护并重,应因地制宜,从外部防护和内部防护两个方面采用安全可靠、对建筑原状最小影响的方案与方法,建立完善的雷电防护体系。
参考文献
[1] 建筑物防雷设计规范.GB500 57- 94(2000版).
[2] 建筑物电子信息系统防雷技术规范.(GB50343-2004).
[3] 古建筑木结构维护与加固技术规范.GB50165-92.
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一、房屋建筑抗震加固设计目的及工作程序
1、房屋建筑抗震加固设计的目的
房屋加固改造施工技术措施是否可行关系到施工过程的安全,质量的好坏直接关系到房屋的结构安全,加固工程要针对技术措施及施工控制严格把关,方可确保工程施工满足要求[2]。
房屋建筑抗震改造的目的是提高结构的延性和增强房屋的整体性及承载能力,改善构件的受力状况,提高综合抗震防灾的能力,提升房屋建筑的功能,从适用性、环保、经济性、舒适性等方面考虑满足抗震使用要求[3]。
2、抗震加固设计工作程序
房屋抗震加固工作遵循程序如图1所示:
图1 房屋抗震加固程序
未经鉴定的房屋,不得作加固设计;没有设计或设计未审查批准的工程不得施工;施工未完成或施工质量不合格的工程不得验收。
二、房屋建筑抗震加固设计的原则及常用加固方法
1、结构抗震设计原则
“三水准”设计原则:1)当遭受到多遇的低于本地区设防烈度的地震影响时,建筑物一般应不受损坏或不需修理仍能继续使用;2)当遭受到本地区设防烈度的地震影响时,建筑物可能有一定的损坏,但经一般修理或不经修理仍能继续使用;3)当遭受到高于本地区设防烈度的罕遇地震影响时,建筑物不致倒塌或发生危及生命的严重破坏。
加固设计原则:1)结构的刚度和强度要分布均匀,避免新的薄弱层;2)竖向受力构件要连续,传力清晰;3)增加或加强构件时,应考虑结构整体扭转效应的降低;4)考虑加固引起的地震作用的增加,加强薄弱层的抗震构造;5)使构件受力合理,防止脆性破坏,消除强梁弱柱、强构件弱节点等不利抗震的受力状态。
“两阶段”设计方法:
第一阶段:按多遇震作用效应和其它荷载效应的基本组合验算结构构件的承载能力,以及在小震作用下验算结构的弹性变形。
第二阶段:在罕遇震作用下验算结构的弹塑性变形。
2 常用的抗震加固方法
抗震加固就是要提高建筑物的整体抗震性能,改善变形耗能能力,并针对薄弱部位加强构造措施,常用加固措施如下[4]:
1)外加构造柱或附墙柱
在外墙四角、隔开间外纵墙与横墙交接处、外纵墙转角处、错层部位横墙与纵墙交接处、大房间内外墙交接处、较大洞口两侧及楼梯间等薄弱部位外加附墙柱,并与墙体与圈梁进行可靠拉结。
2)墙体夹板墙加固
对砌体墙身用钢筋网水泥砂浆面层或钢筋网混凝土面层进行加固,提高砌体墙身的抗压、抗弯、抗剪以及抗裂和变形能力。
3)外加圈梁加固
在需要设置圈梁的相应部位外浇圈梁,并与构造柱及墙体可造连接。
4)混凝土梁、柱加固
对混凝土梁柱的加固方法可采用加大截面加固法、外抱钢筋混凝土面层、外包型钢等加固方法。上述这些加固方法都需要大量的湿作业,施工工艺复杂,施工工期长,并且会使结构截面尺寸加大较多,改变了建筑物的外观,影响使用效果。
三、房屋抗震加固设计改造在汶川灾区的应用
1、受损房屋的分类
汶川受损房屋结构型式主要有砖混、底框、框架、框剪;评估后房屋被分为A(可以使用)、B(加固后使用)、C(停止使用)、D(拆除)四级;D 级房屋已被定义为拆除,其拆除重建的资金及损失可以直接评估出来,不需加以讨论。A 级房屋若没有设防烈度的调整,其工作量仅为简单加固。C级房屋要进行加固或拆除的经济比较,在设防烈度调整之后,部分 C级的房屋应要转为D 级拆除。B 级房屋数量较大,是房屋维修加固工作的重点和难点,B 级房屋有两种:一是关键部位受到破坏,加固、修复部位较少;二是受损较轻、但数量较多的情况。
2、检测与鉴定
所有被评为B、C 级的房屋由有资质的单位进行检测、鉴定之后,进行加固设计。上万幢房屋的检测、鉴定工作量巨大,检测、鉴定必须得到受损房屋的详细资料,包括现有建筑的材料强度、裂缝的具体情况及破坏形式,以作为加固设计的设计依据。
3、抗震加固设计措施
3.1新建房屋的抗震设防要求
(1)正确选择建设场地。建设场地宜选择地势在比较开阔平坦、 土质坚硬均匀的场地。应尽量避开不利于建房的场地, 如河流、 湖泊、 池塘岸边,山顶、陡崖、斜坡,软弱或不均匀土层等等。在软弱土层等不利地段建房, 基础沟槽必须宽厚,槽底均匀铺设灰土层并分层夯实后,用水泥浆砌砖或石料混凝土做好基础, 还可用复合桩基等技术加固地基。
(2)房屋体形要合理。设计房屋时,要避免立面上突然变化, 平面形状也宜简单、规则, 墙体布置宜均匀、对称。
(3)屋顶上不要做笨重的附属物。屋顶上的附属物, 如女儿墙、 高门脸等, 既笨重又不稳定, 地震发生时这些构件最易破坏。所以, 应当尽量不做或少做这类装饰性的附属物, 如果必须建造时, 就必须采取一定的固定方法(图2)。
图2 女儿墙的固定方法 图3外加扁构造柱加固
(4)确保施工质量。对于一般居住房屋, 保证施工质量是指砖石的砌筑质量以及混凝土浇筑和养护质量要好,夯土墙坚实, 各构件之间的连接可靠等。施工时要做到墙、 柱错缝咬砌,砖石块体错缝咬砌, 内外墙同时砌筑。砖要浸水,砂浆要均匀、饱满。构造柱、 圈梁的配筋要符合规范要求。
3.2既有房屋的抗震加固措施
对于目前房屋破坏的情况,分类分析其经济性及可能性,形成标准化设计,编制标准加固设计图集及施工基本要求,可提高设计速度,加快加固进度,具体有如下几种措施:
1)外加扁构造柱加固。用外加扁构造柱加固墙片时, 往往在构造柱之间加钢拉杆, 此时极限抗剪承载力应由墙、 柱和拉杆三部分组成。当达到极限荷载时, 墙片沿临界裂缝产生较大滑移, 构造柱在拉杆约束作用下, 与墙体共同工作,拉杆只是简单承受水平荷载,而柱是通过拉杆约束直接承受水平荷载, 因此, 加固墙片的抗剪承载力主要由两部分组成: 墙体本身的抗剪承载力和构造柱的弹性恢复力。外加扁构造柱加固的做法如图3。
2 )钢筋混凝土板墙加固。钢筋混凝土板墙加固, 指在砖墙外表层另加钢筋混凝土面层, 由于两种材料在弹性模量和延性方面差距较大, 在地震作用下,砖墙率先破裂, 丧失部分抗剪承载力, 大部分地震剪力将由钢筋混凝土面层承担。钢筋混凝土板墙加固的做法如图4。
3)锚固拉结加固方法。这种方法首先在每层楼板位置的横墙与纵墙交接处设置角钢或钢板, 并将其与墙体锚固,以加强墙体间的连接,然后在相邻角钢或钢板之间设置预应力拉杆, 通过拉杆的拉结作用将整个结构紧紧地约束住, 从而提高结构的整体性.锚固钢板及拉杆在内外墙上的布置方式如图5。
4) 对于预制板与墙角裂缝的处理应按板的搁置长度分类处理 ,一般情况采用抹灰处理修缮,当板的搁置长度不足时可以采用附加角钢方法,增加预制板的搁置长度。
5) 对于承重砖墙的长水平或长斜裂缝的加固方法,采用钢筋网片抹水泥砂浆或聚合物砂浆方法进行加固;对于砌体结构的加强采用高标号聚合物砂浆勾缝。
篇13
固的过程中,建筑结构加固设计方法就显得极为重要。本文主要就建筑结构加固设计的原则
及方法进行相关的分析研究。
关键词:建筑结构;加固设计;原则方法
中图分类号:TU2文献标识码:A
引言:
随着我国工程建设的发展,建筑结构的质量管理工作越来越受到各建设主管部门的重
视。在人们对建筑设施的要求日益增长的同时,建筑工程的质量和安全问题也日显突出,建
筑物在规定的时间内,在规定的条件下,应满足安全性,适用性和耐久性的要求。如果出现
任何质量或者安全上的问题,就必须及时采取相应的措施进行处理和补救。建筑结构加固设
计是进行建筑加固的基础所在,只有加固设计的科学合理,才能保证结构加固能够达到规定
的要求和标准。建筑与人们的生活息息相关,所以更加引起人们的关注,在建筑结构加固的
过程中,只有充分把握建筑结构加固设计原则和设计方法,才能使得加固工作达到预期目标,
才能促进建筑功能得到完全实现。
一、建筑结构加固设计的原则
造成建筑结构损坏的原因主要有高温、腐蚀、振动、风化、和地基沉降等,在对工业及
民用建筑结构进行加固的时候,需要针对其损坏的原因来采取相应的加固措施,加固工作应
尽量在保证其原建筑结构不受损伤的情况下进行,并且尽量减少对原构件的更换或者拆除,
对于有利用价值的构件要保留使用。进行建筑结构加固设计的主要原则包括以下两个方面:
1、选用材料的原则
在进行建筑结构的加固设计时,需要对加固材料进行选择。一般情况下,加固材料的选
取原则要遵循强度高、质量轻、性能好,耐久性高,并且要与建筑原结构材料有良好的相容
性,因此我们在实际操作的时候一般会选择和原建筑结构材料种类、强度等性能一样的加固
材料,这是在原设计材料的强度资料完备的情况下的选用原则,而在原设计材料强度资料不
充分或者没有的情况下,我们就应该对原结构材料的强度进行现行测算,并对其强度等级作
出规范取值。
2、加固设计的年限
对于建筑结构加固设计的年限,按照规定是保证其在一定时期之内无需进行大面积维
修,并以此作为加固设计的使用年限,也即保证在建筑结构的使用年限里,只需要进行正常
的维护。对于新建建筑的结构加固设计,一般要达到50或100年的使用年限,而对于比较
老旧的建筑,加固使用年限一般为5年到10年左右,不宜太长。
二、建筑结构加固方法分类
一般所需加固的结构大都存在由于结构自身的承载能力因灾害(如火灾、腐蚀、冻害)
或施工质量不到位或功能改变等因素的影响而导致结构承载能力不足的现象,所采用的加固
方法多是从提高结构的有效受力面积出发(如加大载面法等)减小截面的应力,或者直接改
变结构的受力体系,改变其传力途径(如增加支撑法等)从而降低结构构件的受力,最终达
到加固的目的。常用的建筑结构加固方法分为以下几大类:
1、砌体结构加固方法。主要包括扶壁柱加固法、钢筋水泥砂浆加固法、加大截面加固
法、外包钢筋混凝土柱加固法、外包钢加固法等。
2、混凝土结构加固方法。混凝土结构加固主要可以采用加大截面加固法、外包钢加固
法、预应力加固法、改变结构传力途径加固法、粘钢/碳纤维加固法、全焊接补筋法、套箍
加固法、喷射混凝土补强加固法、植筋法、局部修补加固法等方法。
3、钢结构加固方法。主要采用改变结构计算简图、加大构件截面、加强连接法等。
三、建筑结构加固施工技术
建筑结构加固施工技术比较广泛,尤其是混凝土结构的加固施工技术比较常见,主要包
括以下几个方面:
1、裂缝修补技术
该技术根据混凝土裂缝的起因、性状和大小,采用不同封护方法进行修补,使结构因开
裂而降低的使用功能和耐久性得以恢复;主要适用于已有建筑物中各类裂缝的处理,但对受
力性裂缝,除修补外,尚应采用相应的加固措施。
2、托换技术
该技术系托梁(或桁架,以下同)拆柱(或墙,以下同)、托梁接柱和托梁换柱等技术
的概称。托换技术属于一种综合性技术,由相关结构加固、上部结构顶升与复位以及废弃构
件拆除等技术组成,适用于已有建筑物的加固改造。与传统做法相比,具有施工时间短、费
用低、对生活和生产影响小等优点。但对技术要求比较高,需要由熟练工人来完成,才能确
保安全。
3、碳化混凝土修复技术
该技术系指通过恢复混凝土的碱性(钝化作用)或增加其阻抗而使碳化造成的钢筋腐蚀
得到遏制的技术。
4、植筋技术
该技术系一项对混凝土结构较简捷、有效的连接与锚固技术,可植入普通钢筋,也可植
入螺栓式锚筋,已广泛应用于已有建筑物的加固改造工程。如:施工中漏埋钢筋或钢筋偏离
设计位置的补救,构件加大截面加固的补筋,上部结构扩跨、顶升对梁、柱的接长,房屋加
层接柱和高层建筑增设剪力墙的植筋等。
5、混凝土表面处理技术
该技术是指采用化学方法、机械方法、喷砂方法、真空吸尘方法、射水方法等清理混凝
土表面污痕、油迹、残渣以及其它附着物的专门技术。
四、建筑结构加固设计的方法
建筑结构加固设计的方法一般要以当地的实际条件和情况来衡量选择,要考虑到技术是
否先进,经济性合不合理来选择最优的加固方法。在建筑结构的体系和构件同时存在加固需
求的时候,要以体系加固的设计为优先,然后再考虑构件的加固设计。在进行不同类型的结
构构件加固时,应着重对关键结构和构件进行加固,如果一种加固方法的加固效果不够理想,
可以尝试采用多种加固方法同时进行加固。
1、外包钢加固法
外包钢加固法是在混凝土、砌体等构件的4角或2面包以型钢(常为角钢、扁钢或钢板
等)的一种加固方法,也是一种使用较广的传统方法。采用外包钢加固法能在构件截面尺寸
增加不多的情况下,大幅提高构件的承载能力。且具有施工简便、现场工作量较小,受力较
为可靠等优点,适于柱、梁、桁架弦杆和腹杆,以及高层建筑的加固。这种方法的不足是用
钢量较大,加固维修费用较高,且对结构刚度提高不大。
2、混凝土加固
混凝土加固是建筑结构加固设计中比较常见的方法,因现代建筑的原结构材料一般都是
混凝土为主,而根据加固设计的原则,我们应优先使用于原材料一样的加固材料。混凝土加
固又分为直接加固和间接加固两种。
2.1直接加固
直接加固也就是在需要加固的构件上现浇混凝土,或者对损坏严重的构件进行混凝土的
直接置换,例如对混凝土的受弯构件直接浇筑混凝土,通过增加构件截面面积来提高受弯构
件的承载力,从而达到加固的效果。混凝土的置换适用于承重构件有严重缺陷的情况,其缺
点就是置换工作会比较困难。
2.2间接加固
间接加固又有两种,一是预应力水平拉杆加固,二是预应力下撑拉杆加固。第一种方法
是通过利用偏心力来给加固构件中间的一起施加水平压力来克服外部负载弯矩,以减少预应
力混凝土受弯构件的外部负载,增强构件的抗弯能力;第二种方法是利用预应力支撑杆对混
凝土构件进行加固,再通过杆轴向心力产生的外部负载来加强建筑构件的承受能力,改变其
原有截面应力,以提高构件的承载力。利用预应力下撑拉杆加固,可以显著提高构件的承载
能力,但是需要进行大幅度的结构加固。
3、增大截面法
增大截面法即增大构件的截面面积(混凝土和配筋量),以达到提高构件承载能力的一
种传统的加固方法。可广泛用于混凝土、砖混结构的梁板、柱、墙等构件的加固。这种加固
方法的优点是工艺简单,技术较为成熟,可靠性强,且能提高构件刚度和稳定性。其缺点是
现场湿作业工作量大,养护时间长,对生产和生活会造成一定影响,对原有结构的外形和房
屋使用空间会造成一定影响,结构重量的增加又增大了其它相关构件的荷载,故在设计中应
从整体角度考虑。
4、外粘型钢加固
在进行建筑结构加固设计时,比较常用的还有外粘型钢加固,要注意的是,在对混凝土
梁进行外粘型钢加固时,要在混凝土梁截面的四隅粘贴角钢,如果混凝土梁受压区有楼板,
则要用钢板代替梁顶两隅的角钢。
5、外加预应力加固法
外加预应力加固法是采用外设预应力拉杆或撑杆对结构构件或整体进行加固的方法。它
通过改变原结构的内力分布、降低结构原有应力水平来间接提高结构的承载能力。预应力加
固法几乎没有改变使用空间,并通过卸载、加固功能消除应力滞后现象而取得较理想的加固
效果。其不足是预加力设备和锚固还待完善,也存在一定的风险。目前主要用于大跨度结构
的加固,以及采用一般方法无法加固或加固效果不理想的大型结构的加固。
6、改变受力体系加固法
为了减小构件的计算跨度,常采用增设支点(包括柱支座和弹性支座)和采用托梁技术,
从而改变结构的受力体系,使承载能力得以提高。其优点是简单可靠。不足是易损害建筑物
的原貌和使用功能,减小使用空间。适用于房屋净空不受限制的较大跨度的梁、板、桁架等
水平结构的加固。
五、结束语
综上所述,建筑结构加固设计是延长建筑使用寿命的一种方式,还能保证试用期的安全
性能。在具体的建筑结构加固设计中,要充分把握建筑结构加固的原则,还要制定科学合理
的施工方案,根据不同的建筑情况选择合适的加固方法,使得建筑结构加固质量得到保证。
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