仿古建筑坡屋面结构选型设计

在中国，历史名城如云，古代文化丰富多彩。近年来，伴随着社会的发展，在许多历史文化名城的古城区和名胜古迹周围区，仿古建筑群随处可见，为了进一步了解仿估建筑，本文将探析现代仿古建筑坡屋面的设计情况。

　　在我国很多历史文化名城的古城区、名胜古迹周边，都规划建设了从几千平方米到几万平方米与之匹配的仿古建筑群。长年以来，名胜古迹周边仿古建筑与原有古建筑主体形成了血脉相连、交相呼应的关系。研究现代仿古建筑的坡屋面结构形式，具有很大的经济价值和社会意义。
　　
　　 一、仿古建筑坡屋面的结构选型设计
　　仿古建筑坡屋面的结构选型设计，是各地仿古建筑设计的重中之重，其结构形式的选择不仅影响建筑的经济效益，还影响到檐椽、额杭、斗拱等构件的处理，以及室内顶棚部位的装饰风格，对于古建筑的“古味”程度起着决定作用。因此，仿古建筑坡屋面的结构形式，非结构专业所能确定，只有建筑设计者充分了解仿古建筑坡屋面的各种结构形式，才能在结构选型时做到因地制宜、使效益最大化。笔者对很多己建成的仿古建筑进行了大量调查，现将我国现代流行的仿古建筑坡屋面几种主要的结构形式及其优缺点介绍如下。
　　 1、照搬《营造法式》中的梁柱结构
　　
　　 图1梁柱相互支撑的木构架结构
　　1. 1优点
　　《营造法式》中的各种结构构造措施，经过几千年的承传，己经非常成熟。梁柱构架的各种组合可以自然而然地形成古建筑屋面的举折等艺术表现形式，可以充分体现中国古建筑室内室外的一切特点和要求。
　　1.2缺点
　　这种90度交接的梁柱构架，存在构造不稳定、受力不合理、需要大量优质木材、造价高、干湿变形、虫蚀、长期荷载作用下承载力较低和不耐火等缺点。因此，此类仿古建筑形式一般都在规模较小、或要求“修旧如旧”、保持历史原貌时才采用，而大面积的仿古建筑群都因造价高、耗费木材太多而不采用此结构形式。
　　2、钢筋混凝土结构
　　关于钢筋混凝土结构，对结构形式外观照搬《营造法式》，但是，其结构主体所用的材料必须全部改成现浇或预制钢筋混凝土，其它如附加枋、垫板等部位可以用钢筋混凝土制作，亦或者仍然可以用木材制作。
　　2. 1优点
　　比《营造法式》的纯木构架结构要坚固耐久，且节省木材。
　　2. 2缺点
　　支模板繁杂、构件的预制和安装困难，因此，它的推广受到限制。这种结构形式多用于高层仿古观光楼阁等重要建筑物。
　　3、砖混或框架结构
　　关于砖混或框架结构，主要指的是建筑整体需要采用砖混或框架结构，应用于每个开间的横梁上，砌筑砖墙时，必须按古建筑屋面举折要求进行施工，在砖墙顶部支撑檩条、椽条等部位应用这处结构形式来建筑 (见图2、图3)。此外，在墙顶直接支撑混凝土屋面也可以采用这种结构形式，檐下的额枋、垫板等细部构造，多用砌砖或混凝土的凹进凸出形成假垫板、假梁枋等，使斗拱彻底失去了支撑构件的意义，它成了一种外在的纯装饰构件。又由于斜屋面板采用钢筋混凝土浇制，使得椽条也变为纯装饰构件，最终被固定于混凝土挑檐板下。(见图4)
　　3. 1优点
　　这种结构形式的混凝土坡屋面板替代了檩条、椽条、木望板组成的传统的3层结构，使防水性能更好;利用砖墙砌筑的灵活性，很容易地体现古建筑的屋面举折，不需要大型吊装设备就能直接支撑混凝土斜屋面板等;由于它把古建筑繁杂的木工活归并成工序较简单的砖墙砌筑和浇筑混凝土，因此，施工方便快捷。现在，很多大面积的多层仿古建筑群(尤其是很多商住楼)都采用了这种结构形式。
　　3. 2缺点
　　支撑屋面的三角形砖墙内部需加构造柱，墙顶需加斜圈梁，提高了屋面的混凝土和钢材用量;每个开间的大梁要承受不合理的三角形砖墙的荷载，提高了梁、柱、基础的成本;由于这种结构形式不能表现古建筑室内的斗拱、檩、椽、木构架等构件的特点，因此，它只适宜外古内洋的仿古建筑。
　　4、三角形屋架
　　三角形屋架因材料不同，分为木屋架、钢屋架、钢木屋架、钢筋混凝土屋架等，此种结构受屋面荷载作用，一般屋架的每一杆件只产生沿杆件长方向的轴向力，几乎不产生剪力和弯矩，而材料耐受轴向力的性能都比较好，故杆件截面尺寸较小。
　　4. 1优点
　　自重轻、节省材料、整体刚度好，好于梁柱叠加的木构架体系，故抵抗房屋横向水平力更强。三角形屋架尤其适用于跨度大的现代厅堂类仿古建筑。
　　4. 2缺点
　　(1)由于屋架的上弦是2条通长的斜直线，无法表达中国古建筑坡屋面的举折，从而限制了这种结构形式在仿古建筑上的应用。但不能就此断言三角形屋架与中国古建筑无缘。笔者一经调查发现，某省一些仿古建筑就用了三角形屋架，如某仿古办公楼，分别采用了木屋架和钢木屋架，2幢建筑在屋架上弦节点及其中点设置支垫，通过调整各个支垫的高度(见图5)来表现中国古建筑坡屋面举折的曲线美。
　　
　　 图5仿古办公楼的钢木屋架结构
　　 (2)这种结构因无法掩盖其自身形状，故难以表现古建筑室内的特点，只能做到“外古内洋”。钢木屋架、钢屋架其上弦由于是钢和木材，容易通过焊接、螺栓等方式与钢或木材联接，因此，这类屋架容易在节点处做支垫，以支撑古建筑的大屋顶。而混凝土屋架则不能支撑大屋顶，因在混凝土屋架上做支垫时，混凝土的上弦很容易受到削弱或破坏。木屋架由于其跨度小、耗费木材多，很少被采用。
　　
　　二、合理选择结构形式
　　仿古建筑坡屋面结构的4种形式各有所长(具体的特点比较见表1)，不能简单地断言谁优谁劣，设计者应根据建筑物的功能要求，确定适合的结构形式。
　　
　　当仿古建筑室内要求“修旧如旧”，表现枋、檩、椽、斗拱等构件时，应采用梁柱构架结构，因框架梁和三角形屋架结构受其结构外观限制，“古”的韵味做不到很纯;而将仿古建筑作为商业建筑使用时，要求外观为古典风味，室内顶棚则要呈现建筑的平整和明快，这就应该采用混凝土框架梁上砌砖墙或三角形钢屋架、钢木屋架等形式，它们不会影响对檐下各种构件的处理。在众多工程中，建筑师绝不应该仅使用自己熟悉的古建筑坡屋面的一种结构形式，去应对所有仿古建筑。至今，笔者尚没有发现应该用梁柱构架结构，却采用三角形屋架的情况，但应该用框架梁或三角形屋架，而错误地照搬了《营造法式》的例子却很多。如某城市的某仿古商业街建筑群，外观古朴，而进入商场的室内却如同进入庙宇一般，与现代商业气氛极不协调。还有规模很大的某仿古商住楼群，因照搬《营造法式》耗费了大量木材，后因业主对其装修效果不认同，再加做吊顶，以遮挡与环境很不协调的木构架、檩、椽等，可谓多花了钱，又没起到好的效果。
　　
　　三、仿古结构处理措施
　　1、木屋架结构部分处理
　　因为木屋架已增设钢拉杆, 也加固处理过其节点，因此无需对木屋架部分结构构件再做加固处理。但是，对于木质部分，应当采用过氯乙烯防腐漆打底, 面刷过氯乙烯两遍后做防腐处理 最后面刷防火漆两遍，再做防火处理。
　　2、大坡屋面面层瓦的更换处理
　　原屋面采用挂瓦条干挂水泥平瓦, 而水泥平瓦不能满足仿古建筑的需求，经过比较后，现采用小青瓦作沟瓦。对于小青筒瓦作盖瓦而言，屋脊砌仿古脊瓦按需要常规施工方法，可以用水泥砂浆将小青瓦直接粘贴在屋面板上, 确定结构处理措施：在已检修的木基层板上铺设厚型油毡一道!在油毛毡上钉顺水条, 顺水条截面为 65mmX25mm，顺水条间距235mm，在小青瓦上角钻孔，用镀锌钉子直接将小青瓦钉在顺水条上，这样可以减轻屋面荷载。此外，经过现场放样盖瓦，可以测得小青瓦屋面荷载虽然比原水泥平瓦荷载多, 但是此增加荷载仍然被控制在原设计允许的安全系数范围之内。
　　3、屋面檐口作法
　　屋面檐口,经常会受到风荷载影响，所以要在檐口上 0.5m 范围内采用如此结构处理措施：在木基层板上铺设厚型油毡层，铺设镀锌钢丝网，钉顺水木条，在檐口 0.5m 范围内的小青瓦盖瓦上采用水泥砂浆粘贴, 同时用镀锌钉子及铜丝将沟瓦固定在在木顺水条上，檐口滴水瓦也可以采用水泥砂浆进行粘贴，确保檐口封闭, 以防其直接从檐口缝隙钻入瓦屋面而破坏屋面。
　　4、屋脊作法
　　对于屋脊而言，应当采用仿古脊瓦, 不可用钉子将脊瓦钉在屋脊上,其结构处理措施：在木基层板上铺设一道油毡，铺设钢丝网，顺水条固定钢丝网，保证钢丝网在屋脊处牢固而永不断开，其长度为屋脊两侧顺坡度方向各500mm。在脊两侧 500mm 范围的小青瓦、盖瓦及脊瓦均采用混合砂浆粘贴，钢丝网用于固定水泥砂浆,以防水泥砂浆下滑。
　　
　　 结束语：
　　综上所述，在仿古建筑破屋面施工的过程中，一定要认真掌握其基本施工程序和法则，还要对其文化内涵有一个准确把握，必须通过中国文化的独有审美情趣去透视。不管怎么说，古建筑应当彰显其浓郁的地域风情和深厚的文化底蕴，将其最具魅力的神话增添给古都文明，站在经济实用的有角度上，提升好现代仿古建筑的设计水平。但是，不能仅仅依靠《营造法式》，还需要掌握各种各样的新材料和新结构形式，因地制宜，努力做好仿古建筑结构形式的选择工作。