金屬斗拱研究

魏東 紀(jì)成華 張勇

1.濟(jì)南市工程質(zhì)量與安全中心 山東濟(jì)南 250013

2.山東麓澤裝飾工程有限公司 山東濟(jì)南 250100

我們知道斗拱是中國古代木結(jié)構(gòu)建筑中最具特色的一種構(gòu)件，也可以稱得上是中國古代傳統(tǒng)木結(jié)構(gòu)建筑的特征。斗拱是靠卯榫結(jié)構(gòu)將木構(gòu)件相互組合而成的一種承載構(gòu)件組合體。用于柱頂、額枋、屋檐和構(gòu)架之間，起到承重連接的作用。傳統(tǒng)木結(jié)構(gòu)建筑發(fā)展到明清時(shí)期，斗拱的承載作用逐漸弱化，主要用作裝飾構(gòu)件了。

1 金屬斗拱應(yīng)用的歷史現(xiàn)狀

古代傳統(tǒng)建筑最初因?yàn)椴牧系南拗?，木結(jié)構(gòu)出現(xiàn)較早，早在秦漢時(shí)期，木斗拱已普遍應(yīng)用。在各個(gè)歷史階段逐步出現(xiàn)了琉璃和金屬的建筑，例如云南昆明的“金殿”（圖1），也就是銅鑄的殿宇。這些各種形式的建筑中都有斗拱造型。到了現(xiàn)在的社會(huì)，因?yàn)榧夹g(shù)和材料的限制，大家更多的在研究混凝土斗拱和金屬斗拱（圖2）。

圖1 昆明-金殿

2 金屬斗拱的幾個(gè)主要分類

金屬斗拱目前主要指鋁合金斗拱、鑄銅斗拱、焊接鋼斗拱等。

2.1 鋁合金斗拱

傳統(tǒng)斗拱因?yàn)闃?gòu)件的職能或者位置不同，有多種不同的類型，包括平身科斗拱、柱頭科斗拱、角科斗拱、溜金斗拱、牌樓斗拱和隔架斗拱等等。我們在這里主要描述的是平身科斗拱和角科斗拱。在現(xiàn)代的框架建筑結(jié)構(gòu)中，斗拱不承擔(dān)結(jié)構(gòu)荷載，所以現(xiàn)在鋁合金斗拱僅起到裝飾作用，只在平身科和角科有些微變化。

鋁合金斗拱具有結(jié)構(gòu)簡單合理，自身重量較輕的優(yōu)點(diǎn)。還能在其表面進(jìn)行各種裝飾，是對中國傳統(tǒng)建筑裝飾的創(chuàng)新。目前國內(nèi)建筑市場金屬斗拱的加工主要分為兩種，一種是按照斗拱外形一體鑄造成型，不需要單獨(dú)進(jìn)行分解組裝。另一種是按照傳統(tǒng)斗拱的組合進(jìn)行仿造，安裝時(shí)也需要按照傳統(tǒng)的安裝流程進(jìn)行由下而上的系統(tǒng)組裝。

2.2 鑄銅斗拱

銅斗拱一般采用銅鋁合金或者銅鉛鋅合金材料進(jìn)行加工，這樣銅板的加工更加方便，同時(shí)造價(jià)相對節(jié)省。銅板的材質(zhì)一般選用3.5mm厚板材進(jìn)行加工，不易變形。

2.3 鋼板焊接斗拱

鋼斗拱一般采用4mm冷軋鋼板焊接成型。鋼斗拱的應(yīng)用較少，原因是鋼材具有幾個(gè)缺陷。首先是易生銹，即使進(jìn)行全面的油漆封閉也很容易出現(xiàn)銹斑，影響美觀，二是鋼材導(dǎo)熱更快，熱膨脹系數(shù)大，經(jīng)歷寒暑（尤其在北方）更容易造成變形和松動(dòng)。

3 金屬斗拱的加工過程

根據(jù)上述的表述，我們目前較多應(yīng)用的是鋁合金斗拱和銅合金斗拱，這兩種材質(zhì)性能接近，加工技術(shù)接近，區(qū)別是鋁合金材料價(jià)格較低并在油漆噴涂的技術(shù)上更有優(yōu)勢。下面我們的介紹就以鋁合金斗拱為基礎(chǔ)，不再細(xì)分材質(zhì)。

3.1 金屬斗拱材料選用標(biāo)準(zhǔn)

GB/T2040銅及銅合金板材；

GB/T3190變形鋁及鋁合金化學(xué)成分；

GB/T20975(所有部分)鋁及鋁合金化學(xué)分析方法；

CB/Z66-1987銅板的焊接。

3.2 金屬斗拱圖紙分解步驟與要求

①方案設(shè)計(jì)→②繪圖的順序→③校對內(nèi)容→④審核范圍→⑤材料計(jì)劃單→⑥資料存檔內(nèi)容→⑦圖紙、材料變更→⑧繪制現(xiàn)場安裝圖→⑨圖紙應(yīng)設(shè)圖紙目錄→⑩安裝結(jié)構(gòu)

3.3 異形的加工工藝

金屬斗拱為了表現(xiàn)傳統(tǒng)建筑的神韻，要按照傳統(tǒng)斗拱的規(guī)制進(jìn)行設(shè)計(jì)、加工和安裝。這其中最大的困難是進(jìn)行構(gòu)件分解、校對、焊接。如果此環(huán)節(jié)沒有做好，將直接影響整體效果。這里面對拱、翹、昂頭等異形構(gòu)件的加工最為復(fù)雜。

①加工準(zhǔn)備。a.金屬板下料后應(yīng)與斗拱設(shè)計(jì)施工圖進(jìn)行認(rèn)真核對，并應(yīng)對下料單數(shù)據(jù)進(jìn)行現(xiàn)場復(fù)測。b.對所加工的金屬板材料檢查是否有產(chǎn)品合格證，原材料的規(guī)格、品種、尺寸、質(zhì)量等級(jí)是否同加工圖紙相符。c.雙曲面構(gòu)件測量、放樣、下料應(yīng)該由加工廠專門指派技術(shù)員與現(xiàn)場技術(shù)員進(jìn)行操作與核對。

②加工制作精度適用表。

③斗拱系統(tǒng)構(gòu)件的檢驗(yàn)。a.對斗拱構(gòu)件按5%進(jìn)行抽樣檢查，且每種構(gòu)件不得少于5件，當(dāng)有一個(gè)構(gòu)件不符合規(guī)范要求時(shí)，應(yīng)加倍抽檢，復(fù)驗(yàn)合格后方可出廠，應(yīng)做好檢查檢驗(yàn)記錄。b.產(chǎn)品出廠時(shí)，附有檢驗(yàn)質(zhì)量合格證，說明產(chǎn)品安裝的部位、樓層、數(shù)量。

3.4 金屬斗拱安裝

（1）安裝工藝流程圖。施工準(zhǔn)備→測量放線→埋件安裝→龍骨安裝→斗拱系統(tǒng)安裝→調(diào)整平直→補(bǔ)漆→清洗→成品保護(hù)→內(nèi)部驗(yàn)收→竣工資料準(zhǔn)備→竣工驗(yàn)收→成品交接→售后服務(wù)維修。

（2）相鄰構(gòu)件裝配間隙及同一平面的允許誤差

表2 相鄰構(gòu)件裝配間隙及同一平面的允許誤差

3.5 油漆技術(shù)的發(fā)展

（1）現(xiàn)代油漆技術(shù)與古代油漆的工藝有了很大的變化，但是不能說明就比古代的油漆技術(shù)效果好，過去古建筑使用的大漆工藝，成活后可以保持幾十年完好?，F(xiàn)在的木質(zhì)油漆技術(shù)，雖然經(jīng)歷了一個(gè)世紀(jì)的發(fā)展，在抗老化方面仍然不能令人滿意。我們經(jīng)常看到一些古建筑或仿古建筑發(fā)生油漆開裂、起皮、脫落的現(xiàn)象就是這個(gè)原因[1]。

（2）問題的主要原因是現(xiàn)在的油漆元素不是傳統(tǒng)的礦物原料，抗老化能力差。為了避免這個(gè)問題，很多仿古建筑仍然以傳統(tǒng)的大漆工藝為主，但是傳統(tǒng)的大漆工藝具有施工周期長、工序復(fù)雜、施工過程有害物質(zhì)傷害人員的問題。

（3）現(xiàn)在采用金屬斗拱系統(tǒng)構(gòu)件，在油漆工藝選擇上可以考慮以下幾個(gè)方案，能有效避免以上弊端，延長使用周期。

①噴涂分類：

a.按工藝分為：靜電噴漆（塑粉烤漆）和液體噴漆（傳統(tǒng)噴油漆）.

b.按使用環(huán)境分為：普通漆（戶內(nèi)使用）：戶內(nèi)型漆主要用于室內(nèi)，由于涂膜受外界影響小，對漆膜要求較低，可應(yīng)用種類較多，如一般常用的環(huán)氧/聚酯類、其它包括純環(huán)氧類，特殊環(huán)境可考慮使用特殊漆。

特殊漆（戶外使用）：戶外型漆由于涂膜所處的環(huán)境受風(fēng)吹、日曬、雨淋、地域（如海邊、城市與農(nóng)村、南方與北方等）、環(huán)境（酸、堿性）等諸多因素的影響，對涂膜耐候性、持久性有較高的要求，此類涂料一般常用類型為純聚酯塑粉、其他還包括聚氨酯塑粉、丙烯酸塑粉、氟碳塑粉或兼具以上幾種塑粉性能的涂料。

②引用標(biāo)準(zhǔn)：

GB/T1766-1995涂層老化的評級(jí)方法；

GB/T1771-1991色漆和清漆耐中性鹽霧性能的測定；

GB/T1865-1997色漆和清漆人工氣候老化和人工輻射暴露（濾過的氙弧輻射）；

GB/T13452.2-1992色漆和清漆漆膜厚度的測定；

HG/T2006-2006熱固性粉末涂料。

③技術(shù)要求。

a.顏色。產(chǎn)品開發(fā)時(shí)，由三方（供應(yīng)商、設(shè)計(jì)、產(chǎn)品經(jīng)理）確認(rèn)顏色并保留色板。生產(chǎn)時(shí)各類產(chǎn)品所用的顏色應(yīng)與確認(rèn)的色板或標(biāo)準(zhǔn)色號(hào)相一致[2]。

b.外觀。零、部件的主要表面及次要表面涂覆后檢驗(yàn)方法。油漆件、塑粉件表面色澤均勻，不應(yīng)有露底、龜裂、流掛等缺陷。油漆件、塑粉件表面允許有輕微桔皮現(xiàn)象，但需符合規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)。

4 金屬斗拱加工目前存在問題

現(xiàn)實(shí)中仿傳統(tǒng)建筑民居還沒形成規(guī)模，且沒有行業(yè)規(guī)范與標(biāo)準(zhǔn)，造成金屬斗拱市場質(zhì)量良莠不齊。

文化的缺失。目前市場大量的仿古建筑，采用的新材料做法，總是缺乏傳統(tǒng)文化的韻味。很多的特色小鎮(zhèn)，打著仿古建筑的旗號(hào)，但是建出來的大多是新、奇、古、怪。建筑的文化底蘊(yùn)相對比較膚淺。究其原因，主要是設(shè)計(jì)人員未能把握中國傳統(tǒng)建筑的特色，沒有從傳統(tǒng)建筑中的特色和文化傳承入手，造成仿古建筑的臆造。這就提醒我們要充分尊重傳統(tǒng)建筑的文化內(nèi)涵，不可隨心所欲，造成四不像建筑，也是我們努力的重點(diǎn)方向[3]。

5 金屬斗拱系統(tǒng)的應(yīng)用前景

現(xiàn)在金屬斗拱的使用剛剛進(jìn)入起步階段，以山東省為例，全面采用金屬斗拱和構(gòu)件的大型仿古建筑僅有濟(jì)南市大明湖的超然樓和臨沂市蒙山風(fēng)景區(qū)的望海樓。金屬斗拱市場占有率偏低的原因有多種，主要是很多企業(yè)還停留在傳統(tǒng)木作業(yè)的思想基礎(chǔ)上，認(rèn)為不使用傳統(tǒng)工藝就不能體現(xiàn)傳統(tǒng)建筑文化。還有加工制作大多停留在半手工作業(yè)，同時(shí)金屬材料持續(xù)漲價(jià)，帶動(dòng)了金屬斗拱的價(jià)格比傳統(tǒng)木質(zhì)斗拱沒有價(jià)格優(yōu)勢?？墒且?yàn)槟途眯院茫S護(hù)成本低，總體比較優(yōu)勢明顯。

我們看到，政府大力弘揚(yáng)傳統(tǒng)文化，包括傳統(tǒng)建筑文化，更多城市從新區(qū)開發(fā)到舊城改造，傳統(tǒng)建筑形式也受到更多重視。

從房地產(chǎn)開發(fā)的數(shù)據(jù)來看，截止2017年，房地產(chǎn)業(yè)的產(chǎn)值上漲至53850.7億元，在國家GDP中所占的比例為6.51%。在國內(nèi)前100家房企中，我們看到至少已經(jīng)有20多家開始開發(fā)傳統(tǒng)民居項(xiàng)目。例如：“中國院子”、“即墨古城”、“楊柳清風(fēng)”等。這些地產(chǎn)的變化轉(zhuǎn)型也附帶著金屬仿古構(gòu)件的發(fā)展。這些都是金屬斗拱構(gòu)件今后的廣闊市場。

由此可見，金屬斗拱系統(tǒng)，應(yīng)用范圍廣泛，維護(hù)成本低廉，市場預(yù)期信心滿滿，推廣的前景可觀。

6 結(jié)語

通過上述匯報(bào)內(nèi)容對比可以看到，我們在仿古建筑的設(shè)計(jì)施工中，往往注重了外觀形象，沒有關(guān)注傳統(tǒng)建筑文化。注重了形式的疊加，沒有理解結(jié)構(gòu)傳承的關(guān)系。所以現(xiàn)在的仿古建筑市場“假古董”與“偽建筑”很多。

我們致力于金屬斗拱的研究和發(fā)展，主要原因就是為了推廣金屬斗拱的應(yīng)用，為了現(xiàn)在社會(huì)發(fā)展中保留傳統(tǒng)的同時(shí)進(jìn)行不斷的改進(jìn)與創(chuàng)新。我們也知道傳統(tǒng)建筑文化涵蓋了太多的內(nèi)容，每個(gè)節(jié)點(diǎn)都蘊(yùn)含著歷史與傳承，這就要求我們在推廣金屬斗拱的同時(shí)，還要開發(fā)與之相關(guān)的其它構(gòu)件產(chǎn)品，例如金屬雀替、檐、椽、額枋等產(chǎn)品。在豐富產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的同時(shí)，更廣泛的服務(wù)于大量仿古民居建筑的應(yīng)用，更好的服務(wù)于古建文化建設(shè)事業(yè)。