當木制斗拱邂逅鋼網架

□唐秀潔

（蘭州大學土木工程與力學學院 甘肅 蘭州 730000）

當木制斗拱邂逅鋼網架

□唐秀潔

（蘭州大學土木工程與力學學院 甘肅 蘭州 730000）

近年來，越來越多的建筑物或是千篇一律，或是跟風不止，有必要從歷史之中挖掘財富，豐富設計。文中首先介紹了木結構的特點，并介紹了斗拱的一些特點；其次介紹了現代社會常采用的鋼結構，并介紹了網架結構的特點。再針對斗拱與網架結構做以比較，發現兩種結構具有很多共同點。文中最后針對現代設計與歷史結合提出了一系列建議。

建筑設計；斗拱；網架

建筑，作為一種富含生命力的文明載體，隨著中華文明5 000多年來的文明發展而不斷推陳出新。進入21世紀以來，造型別致，布局精巧的建筑物在中華大地上如同雨后春筍般，不斷的破土而出，野蠻生長。然而，建筑設計卻仿佛陷入了一種束縛之中。近年來，越來越多的建筑，或是千篇一律，或是跟風不止，建筑設計領域仿佛如同噴發過后的火山，熱情不減而資源枯竭。因此，建筑設計有必要從歷史之中挖掘財富，收獲靈感。

1 木結構與鋼結構

1.1 木結構

中國古代建筑中，木質結構占據了絕大多數的篇章。日本建筑學家、歷史學家伊東忠太曾經發表過一些針對中國建筑流派的觀點，他認為中國建筑主要以間架結構為主，其中榫卯結構使用的非常廣泛，這從一定程度上表明了中國古代建筑的風格。這種以間架結構為基礎的木制建筑設計成為了中國古代建筑的典型形制。而在間架結構的橫縱交接與榫卯結構的相互搭接之中，中國建筑最偉大的造型之一——斗拱，應運而生[1]。

斗拱，是我國建筑歷史上作為屋頂（屋面）構件中，一種應用很廣泛的建筑形式。是由矩形或正方形的斗、升、拱、翹、昂等構件組成了傳統意義上的斗拱。斗拱通常作為較大建筑物的承重部分與屋頂之間的過渡構件。斗拱能夠有效地承載突出于主體建筑之外的屋檐，將其荷載進行匯集，進而傳遞到承重構件上，或間接的通過額枋的傳遞再轉到承重構件上。在中國建筑歷史上，具有保存價值的眾多傳統古典建筑多采用斗拱的形式。它的存在既蘊含著中國古代森嚴的等級制度，且形式上美觀大方，具備著良好的承載能力，是古代工匠的智慧結晶。[1]。

斗栱在中國建筑史的演變過程中，書寫了濃墨重彩的一筆，中國傳統木質建筑的演變與斗拱的形勢變化息息相關，因此斗拱可以作為鑒別中國建筑年代的重要憑證。斗拱的演變學術界劃分為三個階段。西周至南北朝時期為第一階段的演變。從出土的文物中，周朝的一些器皿上已經有了斗拱的斗狀圖案，數百年后，戰國時期的墓穴中也出土了具有斜拱圖案的銅制容器。兩漢時代的石闕、器皿、壁畫和畫像磚上也有大量斗拱的形象。從漢高頤闕和四川牧馬山、山東高唐出土的漢明器陶樓上可以看出，柱頂有斗拱承托檁、梁或樓層地面枋，挑梁外端的斗拱承托檐檁，各個斗拱間互不相連[2]。漢代以后開始在柱間用斗拱，最初是一種現在被稱之為人字拱的斗拱形式，即在額枋上立一個交叉構件，上置一斗，承托檐檁[2]。

圖1 斗拱造型圖

同時，斗拱中應用了榫卯結合的結構體系，這種結構與現代建筑中常用的框架結構非常相似，是整體結構抗震的關鍵。其構架節點類似于鉸接體系，這樣的體系確保了結構整體的剛度。在遇到強烈地震作用時，由于建筑整體的空間結構采用榫卯結合的形式，會在地震作用下發生彈性形變，進而消耗地震傳來的能量，使整個房屋的地震響應大為降低，起了抗震的作用。與不設置斗拱的建筑相比較而言，采用了斗拱形式的建筑結構的抗震性顯然在抗擊抵御自然力量的表現上要更為出色。

1.2 鋼結構

鋼結構顧名思義，是以鋼材制作為主的結構，是主要的建筑結構類型之一。鋼材的特點是強度很高、自重較輕、剛度與延展性都很好。鋼結構在大跨度建構筑物與超高型建筑物中應用廣泛。同時鋼材料勻質性和各向同性好，可視作理想彈性體，最符合一般工程力學的基本假定；材料塑性、韌性好，可以允許較大變形，能很好地承受動力荷載。

在鋼結構中，常常會見到網架結構這種形式。由多根鋼材料桿件，通過節點連接在一起形成鋼網架的結構，叫做網架結構。該種類結構具有空間受力小、重量輕盈、剛度較大、抗震性能好等優點；可用作飛機場、歌劇院、電影院、大禮堂、奧運體育中心等多種大跨度建筑的屋蓋[3]。

1.3 斗拱與網架

近年來興起的鋼結構中，大型建構筑物通常使用網架結構作為屋面，進行承重與傳遞荷載。而在數千年前，木質結構中斗拱這一建筑構件，則與現在網架結構的功能幾乎重合。歷史作為一種設計資源，在這網架結構與斗拱構件之中，得到了完美的體現。

經過仔細分析后，發現斗拱與網架具有以下的共同點：(1)使用功能相同，都是用于承受荷載同時傳遞建筑物上部恒荷載；(2)自重輕，抗震性能好，節點類似于鉸接，有效地耗散地震能量；(3)做工復雜，無論是木制斗拱還是鋼制網架，都需要比較精巧的工藝，制作起來比較復雜，但是做成后美觀大方；(4)空間受力，充分發揮了木材與鋼材的強度，材料得以充分使用；(5)耐熱不耐火，木材與鋼材在幾十度的溫度下受力性能幾乎不發生改變，但是在數百度的灼燒之下，鋼材會迅速屈服，強度急劇下降；木材會逐漸碳化，性能也大大降低。

2 期待與展望

通過上文對木結構與鋼結構的概述，以及對斗拱、網架兩種時隔千年的建筑形式的介紹與模擬，可以看出，歷史恰恰是設計的資源寶庫。斗拱、網架的在建筑造型，使用功能、乃至力學性能與極限狀態，都達到了高度契合，這不得不說是浩瀚的中國建筑史給我們留下來的豐厚資源。近年來，類似于沈陽中街豫瓏城等仿古建筑的興起，逐漸喚醒了人們對于中國建筑史的研究與渴望。希望當下的建筑設計者能夠在設計之中，應用到歷史遺留的設計理念，更出色的完成建筑設計的職責。

[1]潘谷西主編.中國古代建筑史[M].中國建筑工業出版社,2001

[2]梁變鳳.中國古建筑營造形式及用材的嬗變過程[J].山西大學學報哲學社會科學版.2011（1）,19-22.

[3]史健勇,孫旋,劉文利,等.基于整體的大空間鋼結構性能化防火設計方法研究[J].土木工程學報.2011,10 (5):69-77.

[4]徐赫駿.地震作用下基于有限元方法的鋼結構中心支撐受力分析[A].第六屆全國鋼結構工程技術交流會論文集[C]:2016:2.

[5]ErtasOnur，SevketOzden.Ductile connectionsin precast concrete moment resisting frames[J].PCI Journal，2006，51(3):69-75．

1004-7026（2017）10-0110-02

TU398.6;TU74

A

10.16675/j.cnki.cn14-1065/f.2017.10.079

唐秀潔（1994-），女，漢族，山東人。蘭州大學土木工程與力學學院，本科在讀，主要研究建筑工程結構與抗震。