钢筋混凝土仿古建筑结构施工技术*

蔡成宾

(甘肃公航旅历史街区建设投资有限公司 甘肃 武威 733000)

近年来我国大力扶持西部文化旅游业发展战略,西北、西南等丝绸之路沿线省份的历史名城受到国家政策和资金的重点支持。兰州、天水、武威、西安、成都等城市相继出台了本地区的文化旅游发展规划,并投入大量资金用于古镇、古街仿古风貌建设项目,直接带动了传统古镇更新改造和新建仿古建筑设计施工规模的大幅增加。在仿古建筑设计理念追求风格传承与现代功能扩展并重的新阶段,建筑新材料尤其是钢筋混凝土材料如何实现对仿古建筑风格还原和扩充功能两个属性的同步兼顾,是建筑行业亟待深入探索和总结的重要课题。

1 工程概况

基于武威历史文化街区保护建设项目建筑面积大、预算高、涉及内容广,可充分反映当前仿古建筑保护与建设的技术运用与难点,因此将其作为本文的分析对象。武威历史文化街区保护建设项目位于武威老城区,规划保护区域包括罗什寺、古钟楼、文庙三大历史文化街区以及再就业市场片区。该项目总投资38.86亿元,总占地面积为31.568 万m2,其中建筑面积24.88万m2。建筑面积中,保护修缮类1.27万m2,恢复传统民居2.24万m2,仿古风貌建筑19.25万m2,立面改造2.76万m2。绿化面积为6.43万m2。项目共规划各类单体建筑125栋,古民居院落32处。功能定位以依托历史文化街区的旅游资源,形成凉州古城“L”型金腰带。重点保护三大历史街区原有古建筑,同时恢复传统居民点,打造凉州不夜城,展现凉州古韵,弘扬武威悠久的历史文化。

2 钢筋混凝土仿古建筑的特征

2.1 外观古典

武威历史文化街区保护建设项目中的仿古建筑以黄土民居风格为主。古民居作为传统建筑体系中最庞大的一支,具有鲜明的文化特色和地域风格,是中国传统文化的物质表现。武威地区的黄土古民居就是北方民居中的典型代表,其深厚的文化底蕴,体现了河西地区政治、经济、技术、文化的发展状况。武威民居当属四合院行制,是汉民族自汉唐以来民居建筑发展的主流。这种建筑形式充分体现了儒家文化思想和风水布局,四合院大门采用屋宇门形式,将倒座东侧稍间辟作门道,并在倒座后墙上开门,门框、门扇坚实厚重,造型简约朴素。这类仿古建筑通过材料、工艺、装饰等综合处理手段,实现了既保证功能又恢复外观风貌的建筑设计与施工要求。

2.2 材料现代化

武威历史文化街区保护建设项目的仿古建筑外观形式尽管参照古代,但大量运用了现代建材和技术进行结构处理,实现仿古建筑的安全性和使用寿命要求。例如,保护修缮类的砖木建筑采用钢筋混凝土框架结构和预制装配技术,既保证抗震也便于施工;仿古风貌建筑如文庙历史文化街区场所等采用钢结构或混凝土框架结构,内部增设电力、供暖、通风等现代机电设施。仿古民居院落、店铺类建筑也普遍在保持原样风貌的基础上采取加固、改造措施,例如墙体结构采用钢筋网片、钢板条及碳纤维工艺等。

2.3 富有现代功能

武威历史文化街区保护建设项目中的仿古建筑在保证历史风貌的基础上,也富有现代化功能设计。例如仿古商业建筑除商业运营区域外还设有电梯、扶梯等设施便于就餐购物;仿古景观建筑如戏楼、景亭类在景观效果的同时融入音响电子设备实现智能化管理;仿古文化场所如书院、展览馆兼具文化传播功能的同时设置多功能厅等适应集会演出需求。这些功能扩展丰富了仿古建筑的应用范围,既可服务日常需求,又保证传承历史文化,实现文化旅游商业综合体功用[1]。

3 钢筋混凝土仿古建筑结构设计难点

3.1 仿古建筑结构体系复杂

武威历史文化街区保护建设项目的许多仿古建筑参照古代木结构建筑形式,而采用钢筋混凝土材料进行结构设计施工,这使得仿古建筑结构体系较为复杂。例如,文庙内的传统民居需要在混凝土结构上恢复木骨架和格局样式;恢复传统民居建筑中由木枋组成的承重结构,需要在混凝土预制构件间设计精细节点,保证整体联结牢固;椽、栿等局部构件需要采用仿古构造达到仿古效果。这类结构既需要保证整体坚固稳定,也需要满足局部样式精确模拟的需求,对结构设计计算和施工配合提出了更高要求。

3.2 考究建筑样式和构造

武威历史文化街区保护建设项目的仿古建筑深入考究了古代建筑样式和构造细节。例如文庙仿古建筑严格按照古代木结构四合院样式设计,通过混凝土结构恢复步口、斗拱、飞檐翘角等特征;古钟楼恢复传统民居仿古建筑按传统武威黄土民居组合形式布置中门厅堂及东西厢房,并使用预制构件与节点处理恢复格栅式门窗。这类复杂仿古建筑需要在新材料技术条件下解决样式逐一恢复的难题,既保证整体效果,又兼顾精细部位的还原,考究难度较大。

3.3 保证结构安全性能

武威历史文化街区保护建设项目的仿古建筑项目需要在参照古建筑样式的同时,通过现代结构体系和材料实现建筑安全性能。例如,文庙仿古建筑采用钢筋混凝土框架结构,在保证整体抗震的基础上使用隔震技术减小地震动载;恢复传统民居仿古建筑在传统木石构件与结构基础上,通过混凝土和钢材加固提高墙体强度与稳定性,防止倒塌事故;对于悬挑部位也需采取支撑,原木楼盖结构实现钢结构或框架结构置换,增加耐久性。这类结构改造方案综合现代工程手段实现仿古建筑的安全性能需求,难度较大[2]。

4 钢筋混凝土仿古建筑结构施工技术要点

4.1 材料选择和配比

武威历史文化街区建设保护项目的仿古建筑施工对混凝土材料的选择和配比提出较高要求。文庙仿古建筑使用的混凝土需满足C30及以上强度级别,确保抗渗性能,配合使用直径8～20 mm 热轧HRB400钢筋;恢复传统民居仿古建筑使用的混凝土强度级别不低于C30,采用普通硅酸盐水泥,允许使用磷酸盐缓凝剂,受力墙使用C20等级以上的混凝土砌筑。

4.2 钢筋骨架设计

武威历史文化街区保护建设项目仿古建筑的钢筋设置需要兼顾承载功能与构造风格恢复。铺装石板路面及亭台水榭类景观建筑普遍采用网片状钢筋,单根直径较细,块状间距较密;墙体结构中,内外两面钢筋布置采用双层加密模式,如文庙及古钟楼仿古民居,内外层钢筋直径细粗交替,层间距离较密,二者错开安放;承重柱构件采用较粗的HRB400钢筋,埋入混凝土内部,有效保证整体强度。

4.3 艺术装饰施工

武威历史文化街区保护建设项目仿古建筑中运用了多种艺术装饰施工技术。例如文庙古建筑中,混凝土轻质墙体采用较薄的预制块拼装而成,表面涂料层较厚;色彩丰富的砖雕装饰通过包浆埋件等技术灵活设置于檐部及墙身;民居仿古建筑中,木质门窗框采用仿木工艺,仿真的木纹细致自然。这些艺术装饰在恢复建筑风貌的同时,也提高了观赏性。施工过程需严格控制装饰材料的配比与表面处理技术,精心呵护每一个工艺细节,否则会影响仿古效果。

4.4 节点构造精细化

武威历史文化街区保护建设项目中的仿古建筑节点处理要点,要求实现混凝土框架结构与预制构件、装饰构件的高强度联结。例如恢复传统民居建筑的节点连接,设计采用化学浆料灌注与钢板强化法。即在混凝土框架构件与石材预制板之间开挖一定大小的坑槽,使用高强度环氧树脂浆料灌注,增设两侧厚度适中的Q235B板钢抱箍固定。墙身开孔处门窗框架安装采用螺栓法,预制框架四周预埋螺栓,螺距较密。节点法兰板采用适当厚度Q345qD 钢板焊接,螺栓拧紧过程中控制扭矩,这样可有效保证高强度节点效应,防止开裂[3]。

5 钢筋混凝土仿古建筑结构施工主要技术

5.1 模块化预制构件技术

5.1.1 标准化预制构件加工

针对武威历史文化街区保护建设项目中仿古建筑的施工,采用模块化预制构件技术可以充分发挥其优势。该技术通过标准化设计,实现批量化生产构件。标准化设计使预制构件尺寸精确,接口处理规范,结合数字化信息技术与装配式施工,可实现快速精准安装构件。工厂化生产严格控制质量,减少污染,降低安全风险。轻质化设计可减轻建筑自重,适应仿古建筑体量大、结构复杂的特点。精确的预制构件与规范的连接接口可实现快速拼装建筑主体。信息化施工技术提高了工作效率,绿色环保的工厂化生产模式,减少了现场损耗。该技术可保证仿古建筑工程质量,推进标准化施工,实现绿色施工。

5.1.2 精确对位拼装方法

武威历史文化街区保护建设项目仿古建筑采用BIM 技术指导预制构件拼装。通过BIM 软件提前模拟建筑整体与构件细部尺寸,精确标注每个预制构件的空间坐标与连接方式。现场根据数字化信息使用总站仪控制塔吊精确定位,自动对位搭接构件。重要部位如门窗洞口预制构件的吊装误差控制在±5 mm 以内。正常墙体构件定位误差≤15 mm。接缝样式及尺寸不得变形。拼装后首层混凝土浇筑前重新检测拼装质量,确保层间位移控制在2mm 以内,避免整体构件错位[4]。

5.2 仿木石结构施工技术

5.2.1 模板样式还原技巧

武威历史文化街区保护建设项目的仿古建筑恢复传统木石装饰风格。在混凝土框架结构墙体表面,使用聚氨酯模板还原石材样式。根据古建筑装饰特征,设计多种石块、花饰图案的模型样板。在这些模型上面覆盖特制硅橡胶薄膜,充分复制表面纹理。将成形的柔性模板固定在混凝土外墙,使用麻醋浆粘接。模板内注入上浆材料,模内平整,无气泡。脱模后即形成仿石材层。该技术制作简便,还原效果高,可有效恢复古建筑外立面风貌。

5.2.2 混凝土颜色调控手法

武威历史文化街区保护建设项目的仿古建筑采用多种技术手段调控混凝土颜色。普通墙体外观采用颜面混凝土,在水泥砂浆中掺加无机铁红色颜料,可获得褐红、赭黄等色调。装饰构件混凝土中掺入酸染木屑、曝晒稻草等有机颜色材料,呈现天然木质外观。特殊部位还可采用涂料着色,在混凝土表面刷制天然岩石复合涂料,提高颜色饱和度与涂层硬度。调色技术简便高效,可减少后期装修饰面施工量,有效控制仿古建筑整体色调协调性,模拟手工切割石材质感,恢复历史建筑风貌。

5.3 结构装饰品模拟技术

专用混凝土配比方案:武威历史文化街区保护建设项目的仿古建筑装饰构件采用专用混凝土配比技术制作。首先,根据构件使用功能要求和受力特点,选择初始配比方案。室外大型装饰构件的设计配比采用矿渣细粉作为水泥补充材料,水灰比控制在0.35以下,以中细级河沙为细集料,配置高强度混凝土,确保抗压强度达到C40级;室内中小型装饰构件材料选择普通硅酸盐水泥,设计混凝土抗压等级为C30。其次,依据不同构件的历史风格特征,增加装饰掺合料;在仿木构件的混凝土材料中采用人造木纤维增强混凝土配比。该专业配比技术可缩短仿古构件养护期,有效提升表面效果[5]。

6 结语

综上分析可知,钢筋混凝土材料应用与仿古建筑结构施工技术之间存在诸多矛盾与难题。工程设计需要在保证结构安全性能前提下,实现建筑外观、内部功能与历史风格的高度统一。施工技术也需兼顾结构体系复杂性、装饰艺术性以及材料快速施工性的综合平衡。当前结构设计理念与数字化制作技术的快速发展为这一技术难题提供了新的思路。例如BIM 技术的应用可提高设计辅助程度,模块化与信息化理念可实现未来仿古建筑的设计施工一体化。相信通过持续理论与技术创新,钢筋混凝土材料必将在更广领域的仿古建筑结构实现良好应用。