蔡成賓

(甘肅公航旅歷史街區(qū)建設投資有限公司 甘肅 武威 733000)

近年來我國大力扶持西部文化旅游業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略,西北、西南等絲綢之路沿線省份的歷史名城受到國家政策和資金的重點支持。蘭州、天水、武威、西安、成都等城市相繼出臺了本地區(qū)的文化旅游發(fā)展規(guī)劃,并投入大量資金用于古鎮(zhèn)、古街仿古風貌建設項目,直接帶動了傳統(tǒng)古鎮(zhèn)更新改造和新建仿古建筑設計施工規(guī)模的大幅增加。在仿古建筑設計理念追求風格傳承與現(xiàn)代功能擴展并重的新階段,建筑新材料尤其是鋼筋混凝土材料如何實現(xiàn)對仿古建筑風格還原和擴充功能兩個屬性的同步兼顧,是建筑行業(yè)亟待深入探索和總結(jié)的重要課題。

1 工程概況

基于武威歷史文化街區(qū)保護建設項目建筑面積大、預算高、涉及內(nèi)容廣,可充分反映當前仿古建筑保護與建設的技術運用與難點,因此將其作為本文的分析對象。武威歷史文化街區(qū)保護建設項目位于武威老城區(qū),規(guī)劃保護區(qū)域包括羅什寺、古鐘樓、文廟三大歷史文化街區(qū)以及再就業(yè)市場片區(qū)。該項目總投資38.86億元,總占地面積為31.568 萬m2,其中建筑面積24.88萬m2。建筑面積中,保護修繕類1.27萬m2,恢復傳統(tǒng)民居2.24萬m2,仿古風貌建筑19.25萬m2,立面改造2.76萬m2。綠化面積為6.43萬m2。項目共規(guī)劃各類單體建筑125棟,古民居院落32處。功能定位以依托歷史文化街區(qū)的旅游資源,形成涼州古城“L”型金腰帶。重點保護三大歷史街區(qū)原有古建筑,同時恢復傳統(tǒng)居民點,打造涼州不夜城,展現(xiàn)涼州古韻,弘揚武威悠久的歷史文化。

2 鋼筋混凝土仿古建筑的特征

2.1 外觀古典

武威歷史文化街區(qū)保護建設項目中的仿古建筑以黃土民居風格為主。古民居作為傳統(tǒng)建筑體系中最龐大的一支,具有鮮明的文化特色和地域風格,是中國傳統(tǒng)文化的物質(zhì)表現(xiàn)。武威地區(qū)的黃土古民居就是北方民居中的典型代表,其深厚的文化底蘊,體現(xiàn)了河西地區(qū)政治、經(jīng)濟、技術、文化的發(fā)展狀況。武威民居當屬四合院行制,是漢民族自漢唐以來民居建筑發(fā)展的主流。這種建筑形式充分體現(xiàn)了儒家文化思想和風水布局,四合院大門采用屋宇門形式,將倒座東側(cè)稍間辟作門道,并在倒座后墻上開門,門框、門扇堅實厚重,造型簡約樸素。這類仿古建筑通過材料、工藝、裝飾等綜合處理手段,實現(xiàn)了既保證功能又恢復外觀風貌的建筑設計與施工要求。

2.2 材料現(xiàn)代化

武威歷史文化街區(qū)保護建設項目的仿古建筑外觀形式盡管參照古代,但大量運用了現(xiàn)代建材和技術進行結(jié)構(gòu)處理,實現(xiàn)仿古建筑的安全性和使用壽命要求。例如,保護修繕類的磚木建筑采用鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)和預制裝配技術,既保證抗震也便于施工;仿古風貌建筑如文廟歷史文化街區(qū)場所等采用鋼結(jié)構(gòu)或混凝土框架結(jié)構(gòu),內(nèi)部增設電力、供暖、通風等現(xiàn)代機電設施。仿古民居院落、店鋪類建筑也普遍在保持原樣風貌的基礎上采取加固、改造措施,例如墻體結(jié)構(gòu)采用鋼筋網(wǎng)片、鋼板條及碳纖維工藝等。

2.3 富有現(xiàn)代功能

武威歷史文化街區(qū)保護建設項目中的仿古建筑在保證歷史風貌的基礎上,也富有現(xiàn)代化功能設計。例如仿古商業(yè)建筑除商業(yè)運營區(qū)域外還設有電梯、扶梯等設施便于就餐購物;仿古景觀建筑如戲樓、景亭類在景觀效果的同時融入音響電子設備實現(xiàn)智能化管理;仿古文化場所如書院、展覽館兼具文化傳播功能的同時設置多功能廳等適應集會演出需求。這些功能擴展豐富了仿古建筑的應用范圍,既可服務日常需求,又保證傳承歷史文化,實現(xiàn)文化旅游商業(yè)綜合體功用[1]。

3 鋼筋混凝土仿古建筑結(jié)構(gòu)設計難點

3.1 仿古建筑結(jié)構(gòu)體系復雜

武威歷史文化街區(qū)保護建設項目的許多仿古建筑參照古代木結(jié)構(gòu)建筑形式,而采用鋼筋混凝土材料進行結(jié)構(gòu)設計施工,這使得仿古建筑結(jié)構(gòu)體系較為復雜。例如,文廟內(nèi)的傳統(tǒng)民居需要在混凝土結(jié)構(gòu)上恢復木骨架和格局樣式;恢復傳統(tǒng)民居建筑中由木枋組成的承重結(jié)構(gòu),需要在混凝土預制構(gòu)件間設計精細節(jié)點,保證整體聯(lián)結(jié)牢固;椽、栿等局部構(gòu)件需要采用仿古構(gòu)造達到仿古效果。這類結(jié)構(gòu)既需要保證整體堅固穩(wěn)定,也需要滿足局部樣式精確模擬的需求,對結(jié)構(gòu)設計計算和施工配合提出了更高要求。

3.2 考究建筑樣式和構(gòu)造

武威歷史文化街區(qū)保護建設項目的仿古建筑深入考究了古代建筑樣式和構(gòu)造細節(jié)。例如文廟仿古建筑嚴格按照古代木結(jié)構(gòu)四合院樣式設計,通過混凝土結(jié)構(gòu)恢復步口、斗拱、飛檐翹角等特征;古鐘樓恢復傳統(tǒng)民居仿古建筑按傳統(tǒng)武威黃土民居組合形式布置中門廳堂及東西廂房,并使用預制構(gòu)件與節(jié)點處理恢復格柵式門窗。這類復雜仿古建筑需要在新材料技術條件下解決樣式逐一恢復的難題,既保證整體效果,又兼顧精細部位的還原,考究難度較大。

3.3 保證結(jié)構(gòu)安全性能

武威歷史文化街區(qū)保護建設項目的仿古建筑項目需要在參照古建筑樣式的同時,通過現(xiàn)代結(jié)構(gòu)體系和材料實現(xiàn)建筑安全性能。例如,文廟仿古建筑采用鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu),在保證整體抗震的基礎上使用隔震技術減小地震動載;恢復傳統(tǒng)民居仿古建筑在傳統(tǒng)木石構(gòu)件與結(jié)構(gòu)基礎上,通過混凝土和鋼材加固提高墻體強度與穩(wěn)定性,防止倒塌事故;對于懸挑部位也需采取支撐,原木樓蓋結(jié)構(gòu)實現(xiàn)鋼結(jié)構(gòu)或框架結(jié)構(gòu)置換,增加耐久性。這類結(jié)構(gòu)改造方案綜合現(xiàn)代工程手段實現(xiàn)仿古建筑的安全性能需求,難度較大[2]。

4 鋼筋混凝土仿古建筑結(jié)構(gòu)施工技術要點

4.1 材料選擇和配比

武威歷史文化街區(qū)建設保護項目的仿古建筑施工對混凝土材料的選擇和配比提出較高要求。文廟仿古建筑使用的混凝土需滿足C30及以上強度級別,確?？?jié)B性能,配合使用直徑8～20 mm 熱軋HRB400鋼筋;恢復傳統(tǒng)民居仿古建筑使用的混凝土強度級別不低于C30,采用普通硅酸鹽水泥,允許使用磷酸鹽緩凝劑,受力墻使用C20等級以上的混凝土砌筑。

4.2 鋼筋骨架設計

武威歷史文化街區(qū)保護建設項目仿古建筑的鋼筋設置需要兼顧承載功能與構(gòu)造風格恢復。鋪裝石板路面及亭臺水榭類景觀建筑普遍采用網(wǎng)片狀鋼筋,單根直徑較細,塊狀間距較密;墻體結(jié)構(gòu)中,內(nèi)外兩面鋼筋布置采用雙層加密模式,如文廟及古鐘樓仿古民居,內(nèi)外層鋼筋直徑細粗交替,層間距離較密,二者錯開安放;承重柱構(gòu)件采用較粗的HRB400鋼筋,埋入混凝土內(nèi)部,有效保證整體強度。

4.3 藝術裝飾施工

武威歷史文化街區(qū)保護建設項目仿古建筑中運用了多種藝術裝飾施工技術。例如文廟古建筑中,混凝土輕質(zhì)墻體采用較薄的預制塊拼裝而成,表面涂料層較厚;色彩豐富的磚雕裝飾通過包漿埋件等技術靈活設置于檐部及墻身;民居仿古建筑中,木質(zhì)門窗框采用仿木工藝,仿真的木紋細致自然。這些藝術裝飾在恢復建筑風貌的同時,也提高了觀賞性。施工過程需嚴格控制裝飾材料的配比與表面處理技術,精心呵護每一個工藝細節(jié),否則會影響仿古效果。

4.4 節(jié)點構(gòu)造精細化

武威歷史文化街區(qū)保護建設項目中的仿古建筑節(jié)點處理要點,要求實現(xiàn)混凝土框架結(jié)構(gòu)與預制構(gòu)件、裝飾構(gòu)件的高強度聯(lián)結(jié)。例如恢復傳統(tǒng)民居建筑的節(jié)點連接,設計采用化學漿料灌注與鋼板強化法。即在混凝土框架構(gòu)件與石材預制板之間開挖一定大小的坑槽,使用高強度環(huán)氧樹脂漿料灌注,增設兩側(cè)厚度適中的Q235B板鋼抱箍固定。墻身開孔處門窗框架安裝采用螺栓法,預制框架四周預埋螺栓,螺距較密。節(jié)點法蘭板采用適當厚度Q345qD 鋼板焊接,螺栓擰緊過程中控制扭矩,這樣可有效保證高強度節(jié)點效應,防止開裂[3]。

5 鋼筋混凝土仿古建筑結(jié)構(gòu)施工主要技術

5.1 模塊化預制構(gòu)件技術

5.1.1 標準化預制構(gòu)件加工

針對武威歷史文化街區(qū)保護建設項目中仿古建筑的施工,采用模塊化預制構(gòu)件技術可以充分發(fā)揮其優(yōu)勢。該技術通過標準化設計,實現(xiàn)批量化生產(chǎn)構(gòu)件。標準化設計使預制構(gòu)件尺寸精確,接口處理規(guī)范,結(jié)合數(shù)字化信息技術與裝配式施工,可實現(xiàn)快速精準安裝構(gòu)件。工廠化生產(chǎn)嚴格控制質(zhì)量,減少污染,降低安全風險。輕質(zhì)化設計可減輕建筑自重,適應仿古建筑體量大、結(jié)構(gòu)復雜的特點。精確的預制構(gòu)件與規(guī)范的連接接口可實現(xiàn)快速拼裝建筑主體。信息化施工技術提高了工作效率,綠色環(huán)保的工廠化生產(chǎn)模式,減少了現(xiàn)場損耗。該技術可保證仿古建筑工程質(zhì)量,推進標準化施工,實現(xiàn)綠色施工。

5.1.2 精確對位拼裝方法

武威歷史文化街區(qū)保護建設項目仿古建筑采用BIM 技術指導預制構(gòu)件拼裝。通過BIM 軟件提前模擬建筑整體與構(gòu)件細部尺寸,精確標注每個預制構(gòu)件的空間坐標與連接方式?，F(xiàn)場根據(jù)數(shù)字化信息使用總站儀控制塔吊精確定位,自動對位搭接構(gòu)件。重要部位如門窗洞口預制構(gòu)件的吊裝誤差控制在±5 mm 以內(nèi)。正常墻體構(gòu)件定位誤差≤15 mm。接縫樣式及尺寸不得變形。拼裝后首層混凝土澆筑前重新檢測拼裝質(zhì)量,確保層間位移控制在2mm 以內(nèi),避免整體構(gòu)件錯位[4]。

5.2 仿木石結(jié)構(gòu)施工技術

5.2.1 模板樣式還原技巧

武威歷史文化街區(qū)保護建設項目的仿古建筑恢復傳統(tǒng)木石裝飾風格。在混凝土框架結(jié)構(gòu)墻體表面,使用聚氨酯模板還原石材樣式。根據(jù)古建筑裝飾特征,設計多種石塊、花飾圖案的模型樣板。在這些模型上面覆蓋特制硅橡膠薄膜,充分復制表面紋理。將成形的柔性模板固定在混凝土外墻,使用麻醋漿粘接。模板內(nèi)注入上漿材料,模內(nèi)平整,無氣泡。脫模后即形成仿石材層。該技術制作簡便,還原效果高,可有效恢復古建筑外立面風貌。

5.2.2 混凝土顏色調(diào)控手法

武威歷史文化街區(qū)保護建設項目的仿古建筑采用多種技術手段調(diào)控混凝土顏色。普通墻體外觀采用顏面混凝土,在水泥砂漿中摻加無機鐵紅色顏料,可獲得褐紅、赭黃等色調(diào)。裝飾構(gòu)件混凝土中摻入酸染木屑、曝曬稻草等有機顏色材料,呈現(xiàn)天然木質(zhì)外觀。特殊部位還可采用涂料著色,在混凝土表面刷制天然巖石復合涂料,提高顏色飽和度與涂層硬度。調(diào)色技術簡便高效,可減少后期裝修飾面施工量,有效控制仿古建筑整體色調(diào)協(xié)調(diào)性,模擬手工切割石材質(zhì)感,恢復歷史建筑風貌。

5.3 結(jié)構(gòu)裝飾品模擬技術

專用混凝土配比方案:武威歷史文化街區(qū)保護建設項目的仿古建筑裝飾構(gòu)件采用專用混凝土配比技術制作。首先,根據(jù)構(gòu)件使用功能要求和受力特點,選擇初始配比方案。室外大型裝飾構(gòu)件的設計配比采用礦渣細粉作為水泥補充材料,水灰比控制在0.35以下,以中細級河沙為細集料,配置高強度混凝土,確保抗壓強度達到C40級;室內(nèi)中小型裝飾構(gòu)件材料選擇普通硅酸鹽水泥,設計混凝土抗壓等級為C30。其次,依據(jù)不同構(gòu)件的歷史風格特征,增加裝飾摻合料;在仿木構(gòu)件的混凝土材料中采用人造木纖維增強混凝土配比。該專業(yè)配比技術可縮短仿古構(gòu)件養(yǎng)護期,有效提升表面效果[5]。

6 結(jié)語

綜上分析可知,鋼筋混凝土材料應用與仿古建筑結(jié)構(gòu)施工技術之間存在諸多矛盾與難題。工程設計需要在保證結(jié)構(gòu)安全性能前提下,實現(xiàn)建筑外觀、內(nèi)部功能與歷史風格的高度統(tǒng)一。施工技術也需兼顧結(jié)構(gòu)體系復雜性、裝飾藝術性以及材料快速施工性的綜合平衡。當前結(jié)構(gòu)設計理念與數(shù)字化制作技術的快速發(fā)展為這一技術難題提供了新的思路。例如BIM 技術的應用可提高設計輔助程度,模塊化與信息化理念可實現(xiàn)未來仿古建筑的設計施工一體化。相信通過持續(xù)理論與技術創(chuàng)新,鋼筋混凝土材料必將在更廣領域的仿古建筑結(jié)構(gòu)實現(xiàn)良好應用。