建筑構造發展及規律

朱元依 華中科技大學本科在讀

1 建筑構造的誕生

1.1 建筑的起源

最早的建筑原型起源于新古典主義的Laugier的構想，所謂的“原始茅屋”。受限于建筑材料，該屋主體由樹枝組成，粗壯的樹干形成立起的柱子，細枝構成三角形屋架，保持穩定的框架結構，樹葉作為瓦片，提供一定的擋雨效果。后來的建筑都基于這個原始模型，人們認為這樣的建筑結構比較真實。房屋作為主要建筑之一，被認為只是用來滿足人的基本需求，而不需要虛偽的裝飾，在這樣的思潮影響下，建筑只能擁有單層結構，一切構件和關系都變得非常簡單。

1.2 建筑形式的復雜化

最初，新古典主義建筑師認為在獨立的柱上安置橫梁（如圖1所示），能夠清晰地表達建筑結構關系和力學原理，這也成為了許多建筑的真實寫照，建筑材料單一、結構簡單，缺乏應有的建筑功能。

隨著社會生產力和科技技術的飛速發展，建筑方式和建筑規模不斷擴大，時代價值觀更加多元化，形成了各種風格的建筑。原有的結構體系已經不足以支撐一座建筑，因此衍生出多種建筑方式。例如巴黎的Ste-Genevieve教堂，在新古典主義的教堂中加入哥特式的光影效果，同時又不會影響教堂宏達的規模，金屬連接件被巧妙地隱藏于教堂的結構之中（如圖2所示）。

圖1 簡單的建筑構造

隨著建筑的復雜化，雙層、多層表皮建筑漸漸走進人們的視野。典型的雙層結構通常指內部以木框架為構造主體，外部由外層磚構成裝飾，各式保溫防水材料被填充在木框架中，水可以從兩層結構中間的空隙中流出。漸漸的，關于“構建的暴露與隱藏”“建筑是否需要結構的真實性”成為建筑師之間飽受爭議的話題。這種爭論最早可以追溯到現代主義出現之前，早期現代主義運動的逐漸興起，經過密斯凡德羅和柯布西耶的發展，直到現在仍然沒有停止。當建筑師們意識到，自己處在一個越來越難保證結構純粹直觀的世界中，單層構件系統也就逐漸淡出歷史的舞臺。

圖2 Ste-Genevieve教堂

2 中國傳統建筑構造的發展

中國建筑歷史源遠流長、成就顯著，藝術風格獨樹一幟，在世界建筑史上熠熠生輝，在我國古代文化中占據著重要部分。

圖3 中國傳統四合院布局

圖4斗拱結構示意

圖5 穿斗式構造

圖6 抬梁式構造

圖7 傳統特色屋頂

2.1 傳統建筑特色

一是傳統建筑的整體平面布局具有一種明晰的規律。如房屋住宅、府衙宮廷、宗祠寺廟等，大多采用一種在最外圍設置圍墻的建筑風格，通過圍欄的設置，將一個個單列建筑進行閉合，組成若干個具有獨立空間的庭院。這種庭院建筑一般都會確定一個中心建筑，在表現形式上，往往采用中心對稱或者兩邊對稱的方法，貫穿東西和南北進行規劃設計（沿橫軸線或豎軸線）。其中較為重要的建筑就放置在其朝向的軸線上，地位略低的建筑就放置在其兩側。時至今日，我國北方的建筑有很多還是采用庭院式的布局進行的（如圖3所示）。在四周閉合這一個獨立的空間里，四面有院墻或者全部是單列建筑，中間自然形成了一個天井，用來收集雨水［1］。

二是框架式結構的設計。這種設計將科學的建筑構造帶入到中國傳統的建造藝術中，成為中國特有的建筑風格。中國古建筑多采用木質結構，木質材料在巧妙的構造設計下變得結實耐用。房屋的框架由木柱、木梁構成，屋頂通過梁架的形式在立柱上固定下來。墻壁往往不是起到支撐作用，而是隔斷處理，不作為重量的支撐，這與西方建筑有本質區別之一。這類框架結構往往在建造中需要一些較為獨特并且復雜精巧的構建，常應用在宮廷廟宇的建造當中，例如斗拱的設計（如圖4所示），斗形的木塊和弓形的橫木是它的基本結構，它們層層交錯，逐層向外挑出，和諧且富有美感。在明清時期，追求結構的簡化，梁被直接放置在柱上，斗拱結構幾乎喪失其原本作用，成為裝飾品。

三是變幻莫測的藝術表現形式。中國建筑在長期的發展過程中，不斷融合、吸收、轉化其他藝術的風格與特點，誕生了許多個性獨特的藝術形象，在這方面形成了獨特的美學。

2.2 傳統木結構建筑

圖8 榫卯連接示意圖

古時建筑主要以木質材料為主，但因地域結構的形式存在不同，南北差異較為明顯。南方建筑的主要構型為穿斗式（如圖5所示），穿斗式的特點是通過柱、穿枋、斗枋以及檀條等進行組合，隨后將其結構支撐起來。整個木排架都是利用穿枋進行連接的，斗枋在縱向上穿過柱，起到固定及牢固的作用。穿斗式均從下向上伸展，柱排布緊密，但是空間利用率較低，適用于對室內空間需求較小的時候。而北方地區則是抬梁式結構（如圖6所示），在柱子上放置的橫梁能夠以更大的接觸面積放置更多的橫梁，一層一層積累，橫梁之間反復疊加，形成一個整體結構。抬梁式的空間利用率相對較高，柱量相對較少，穩定性高，但是由于承受力較大，材料消耗也相應增加。

古代木建筑構造主要由基礎、墻體、屋頂和連接方式組成。木建筑的基礎較為簡單，通過天然石、黏土以及樁基礎來構成整體造型，古代木建筑墻體是由梁柱結構形成的非承重墻，傳統建筑的屋頂是整體外觀方面最具特色的一部分，造型獨特，主要有懸山、硬山、廡殿、歇山等（如圖7、圖8所示）。屋頂的飛檐微微翹起，不僅起到排水的作用，還擴大了采光效果。木結構的連接方式多樣，榫卯是我國獨有的一種木結構連接方式（如圖8所示），結構的連接無需使用硬質固定器件，榫頭和卯眼的相互鉗制就讓整體的結構足夠穩定，并且有較強的連接性。同樣具有中國特色的還有斗拱連接方式（如圖9所示），在寺廟、宮殿上運用較多，外伸的弓形結構為拱，拱和拱間的方塊木墊為斗，故稱斗拱。兩者皆承載橫梁，同時木材本身有較好的堅韌性，可以抗風、抗震。

圖9 斗拱分件

圖10 平面鋪展布局

2.3 傳統建筑空間和布局

傳統建筑在布局上是平鋪開來的（如圖10所示），盡管最初中國建筑也往高處延伸過，但木質材料極易引發火災，發現這一問題后，木建筑就向平面伸展的方向發展了，隨之誕生了分隔、室內外設計的觀念。人們生活起居的空間不僅需要建筑物的庇護，也需要考慮光熱等環境因素，因此產生了院落和圍合的建筑形式。

圍合的形式多種多樣，主要呈帶狀沿街道或河域分布，也有獨立向中心的分布。在中國古代，出現了一種木結構的高級形式——四合院。四合院的形成與中華民族強烈的等級觀念息息相關，也是生活環境長期影響的結果。縱覽古今，木質材料建筑一直按其道路不斷發展。

3 現代木構建筑

現代木構建筑主要由集成板、木質板、方板等組成，與傳統木構建筑有較大的差異，標準化生產的木材料產品漸漸成為建造工藝的主要構成，金屬連接件則被廣泛運用于連接節點。與單一的傳統建筑不同，現代建筑設計功能較為多元并且現代化元素較多，隨著新興技術的逐漸成熟，建筑形式在整體質量和數量方面，短時間內有了較大的提升。建筑技藝從以數量為主，到漸漸重視質量，并逐漸以數量與質量并列為構造目標，時至今日，以人為本、質量為先的建造理念漸漸為人們所認同，“保持共性，追求個性”，人本、多樣化、生態化，成為設計師的共同目標［2］。

3.1 現代木構建筑特點

現代木構建筑有輕型木、梁柱和木結構組合等多種體系。梁柱結構是由傳統建筑形式發展來的，由梁和柱組成。輕型木結構是木基板材和規格材料組合的一種結構，該結構為最耐用的結構之一，其特點便是建造的成本較低，可以延長建筑物壽命，并且建筑的適用性非常廣泛。木結構組合是將多種結構（梁柱、輕型木、鋼筋混凝土等）組合在一起，形成分層結構，木材是上層建筑空間的主要搭建基礎，在建筑下層或其他構造處，通常利用更加堅固的原料來保證整體建筑的穩定性以及安全性。

現代木建筑構造與傳統木建筑構造相同，只是隨著現代化生產，出現了條形基礎、獨立基礎和地下室基礎等多種多樣的形式，可以保證有較好的防水、防潮效果。石、磚、木土等基礎材料為傳統墻體材料，而現代構造工藝多了一種復合墻體，有著較好的防潮和通氣性能，同時也為管線安裝提供了有用的空間。就屋頂而言，屋頂的形式變得更為簡潔、單一，以功能性為主，大多是平屋頂或坡屋頂形式。連接件均使用金屬連接件，與傳統連接件相比工藝簡單且不容易開裂，常見的有銷、鍵和膠連接。

3.2 現代木建筑的優勢

現代木構建筑不再只是簡單使用原木，而是生產了更高強度的人造板材，通過工業化生產，制備成建筑所需的梁和柱。為了改善傳統的榫卯連接強度，增加了多種多樣的連接方式，金屬部件等連接既縮短了建造時間，也提高連接強度。現代木材往往是可回收的，在保護環境的同時也大大降低了建造成本，保護了更多原木，同時符合現代綠色環保的觀念。現代木材的功能性更加強大，新型木材有效解決了存在的隱患，如火災、腐爛、蟲災以及噪聲等。現代木建筑結構部件全部進行工業化生產，提升了產量，降低了成本，有效縮減了建造時間［3］。

4 總結

建筑技藝和文化的發展密不可分，中華文化博大精深，建筑技藝以及工藝手法也較為全面。從古代建筑中，可以清晰地反映出傳統文化思想脈絡，如今經濟全球化使得我國建筑深受西方建筑的影響，但是獨特的文化內涵以及建造風格仍然使得我國建筑技藝在世界上保持著獨有的魅力［4］。建筑構造反應著民族性格，但服務于人的需求是構造設計存在的根本，構造設計是人、建筑、環境三者之間的關系紐帶，它將結合生態、氣候、地理條件等物質“硬”環境，融合精神、文化、風俗等［5］。