仿古建筑的结构设计要求和设计方法
本文结合长沙市开福寺大悲殿的结构设计，探讨了钢筋混凝土仿古建筑的结构设计要求和设计方法。
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年开始对寺庙进行修复扩建，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。
