大跨度傳統(tǒng)純石牌樓-技術(shù)創(chuàng)新與實踐

工程名稱：石牌樓

英文名字：Stone archway

工程用材：花崗巖

安裝地點：寶雞新行政廣場

竣工時間：2010年6月

    大跨度傳統(tǒng)純石牌樓的技術(shù)創(chuàng)新與實踐，在今天，現(xiàn)代建筑發(fā)展日新月異，先進結(jié)構(gòu)技術(shù)構(gòu)成了推動建筑快速發(fā)展的主導(dǎo)力量，然而在成功發(fā)展現(xiàn)代建筑的同時，如何完整的保持發(fā)揚自己的民族傳統(tǒng)建筑，既不犧牲固有的傳統(tǒng)觀念、傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)形式，又能很成功的融會貫通現(xiàn)代結(jié)構(gòu)技術(shù)，進行創(chuàng)新和發(fā)展使之交叉融合超越傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)技術(shù)的束縛是建筑師們亟待解決的一個課題.古羅馬建筑理論家維特魯威在《建筑十書》中提出了建筑三要素:“實用、堅固、美觀”，即現(xiàn)在人們通常說的建筑功能、結(jié)構(gòu)技術(shù)和建筑藝術(shù)，這三個要素中“堅固”是尤其重要的.因為它是一座建筑存在的根本，也是使用者安全問題的保證，5" 12漢川大地震的慘痛教訓(xùn)，重新讓大家認(rèn)識到這一點的重要性，而建筑的堅固是依靠先進的結(jié)構(gòu)技術(shù)為支撐來完成的。

1傳統(tǒng)建筑與新技術(shù)結(jié)合的意義

    地域文化的形成是由于當(dāng)?shù)鬲毺氐淖匀坏乩憝h(huán)境與社會人文環(huán)境相互作用的結(jié)果.而寶雞古稱陳倉，歷史悠久，是中華人文始祖炎帝神農(nóng)氏的誕生地.據(jù)陜西省地方志記載，中華人文始祖黃帝也曾建都陳倉.它還是周秦王朝的發(fā)祥地，境內(nèi)文物資源豐富，其中以青銅器為最，被譽為“青銅器之鄉(xiāng)”。而西周是中華禮制文化的奠基朝代，其精美的青銅器堪稱先秦時期之最.因此在寶雞新行政廣場“純石牌樓”設(shè)計實踐中如何采用新的建筑技術(shù)建一座傳統(tǒng)牌樓再現(xiàn)寶雞地域文化的特質(zhì)，塑造新的城市文化的精神內(nèi)涵是具有實踐意義的.

2傳承歷史、新技術(shù)的結(jié)合、上演文化

    目前我們可以借鑒參考的石雕牌樓幾乎全為明、清兩代的遺存，其文化內(nèi)涵的歷史感顯然不能與周、秦兩代相提并論.而周、秦時期的地面建筑已無遺存，只有牌樓有較多的文字記載或雕刻、畫像借以參考。因此如何更好的讓這種傳統(tǒng)建筑能充分傳承地域文化和建筑文化，必需從形式、尺度、材料、結(jié)構(gòu)技術(shù)、雕刻圖案等多角度、多方面去考慮.因此采用何種建筑形式、結(jié)構(gòu)形式，在現(xiàn)代的廣場空間環(huán)境下如何確定建筑物的尺度關(guān)系、材料的選用等等.主要體現(xiàn)在①當(dāng)代城市建筑尺度發(fā)生了重大變化，與傳統(tǒng)建筑相比，尺度增加了許多，與之相呼應(yīng)的建筑、景觀雕塑、構(gòu)筑物也發(fā)生了變化.②由于環(huán)境空間發(fā)生了變化，大眾對建筑尺度比例關(guān)系的審美標(biāo)準(zhǔn)也與傳統(tǒng)不同.所以如何在繼承傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)技術(shù)精華的同時利用新的結(jié)構(gòu)技術(shù)構(gòu)建當(dāng)代的傳統(tǒng)建筑，既是一個原真性與可持續(xù)性問題，也是一個結(jié)構(gòu)安全性、經(jīng)濟性與建筑美學(xué)的問題。

    因此，經(jīng)過多次論證，決定在新市政廣場上采用新的結(jié)構(gòu)技術(shù)建一座具有周秦風(fēng)格的大跨度純石牌樓，其雕刻紋飾的內(nèi)容、形式，在秦風(fēng)的基礎(chǔ)上追求更為古樸的韻味，這樣可以更全面的體現(xiàn)出寶雞悠久的歷史、深厚的文化底蘊.牌樓是中國建筑一絕，它古樸凝重，歷史悠久，作為古老的中華文明的一個重要組成部分在傳統(tǒng)文化中具有獨特的地位和重要的價值，并蘊含著特有的文化內(nèi)涵.牌樓這種門洞式的建筑形式，在中國常作為某一個地域(街道、集市、風(fēng)景區(qū))的標(biāo)志，起指示作用，所以在市政廣場建此形式的建筑十分適合。

     為使這一文化獨特的紀(jì)念性公共建筑更加完美、更加體現(xiàn)傳統(tǒng)文化，最終決定以福建惠安花崗巖為石雕牌坊的主材料.主要體現(xiàn)在:①石材是大自然賦于人類最旱的、取之不盡的建筑材料.我國石材加工工藝歷史久遠(yuǎn)(目前人們發(fā)現(xiàn)福州烏石山唐貞元十五年(公元799年)所立的“救建貞元無垢凈光塔”碑，應(yīng)是對花崗巖進行加工的最旱實例)，遺存古建筑每一座都堪稱是絕美的藝術(shù)精品，為我們設(shè)計石制牌樓提供了眾多參考。②最初在進行牌樓設(shè)計時考慮到結(jié)構(gòu)的安全性，準(zhǔn)備采用鋼筋混凝土干掛石材結(jié)構(gòu)體系。因為這一技術(shù)在建筑領(lǐng)域的應(yīng)用十分成熟，并對建筑尺度沒有太大限制.但牌樓作為中國古建具有悠久的文化歷史，我們以現(xiàn)代材料去構(gòu)建古代建筑，無法將這一特色建筑診釋得淋漓盡致.并且會完全拋棄我國傳統(tǒng)建筑結(jié)構(gòu)體系中的樺卯技術(shù)，而石材建筑從古到今的連接方式一直以樺卯為主，這也是我國傳統(tǒng)文化中的精華.③花崗巖具有良好的耐久性，真實的巖石質(zhì)地感、天然賦于的色澤，它的自然美是人工石(混凝土)無法比擬的。

    為使我們的設(shè)計具有嶄新亮點有別于其他古代或現(xiàn)代牌坊，這就要求我們在傳統(tǒng)的模式下進行突破和創(chuàng)新.但石材的物理特性又決定了它不可能成為大跨度承重材料.所以要解決這個安全、可靠、耐久問題，就必須采用新的結(jié)構(gòu)技術(shù).回顧建筑設(shè)計的發(fā)展史，建筑在形態(tài)或功能上的創(chuàng)新往往離不開有效的技術(shù)創(chuàng)新的支持，而技術(shù)革新所提供的可能性決定著建筑創(chuàng)新的趨向.并且如果不是以新技術(shù)為主導(dǎo)，仿古的標(biāo)志物往往不會被保留、不會可持續(xù)發(fā)展.叫鑒于以上種種原因，迫使此項目的實施一定要有創(chuàng)新點。

3設(shè)計探索及技術(shù)實施方案

    寶雞市政廣場石牌樓的設(shè)計與建造，旨在將古城寶雞的悠久歷史、地方特色及傳統(tǒng)文化通過牌樓這個載體讓其一代代傳承下去.其從建筑外型、結(jié)構(gòu)技術(shù)、建筑材料、圖案雕刻等方面，診釋了傳統(tǒng)石牌樓建造吸收傳統(tǒng)建筑結(jié)構(gòu)體系中的精華，巧妙運用現(xiàn)代的結(jié)構(gòu)技術(shù)，從而彰顯大跨度純石牌樓壯觀之舉。

3. 1建筑外型

      寶雞市政廣場牌樓是一座不加粉飾全石材結(jié)構(gòu)外露的建筑與雕塑結(jié)合的藝術(shù)品.設(shè)計以中國傳統(tǒng)官方設(shè)計形制為主要依據(jù)，體現(xiàn)出了尺度審美情趣規(guī)范得體、穩(wěn)重大氣的造型效果，完全不同于民間設(shè)計風(fēng)格.雖然此建筑的整體尺寸和體量很大，較難把握，但開間、高度、構(gòu)件尺寸乃至挑檐大小都經(jīng)過反復(fù)推敲，力求使其成為一個有機和諧的既符合傳統(tǒng)牌樓形制又符合當(dāng)代審美尺度的建筑單體.設(shè)計理念運用質(zhì)地色彩優(yōu)美的天然石材和現(xiàn)代先進的結(jié)構(gòu)技術(shù)，充分表現(xiàn)傳承古老的華夏文化藝術(shù)和仿古建筑.立面設(shè)計古樸凝重以周秦為基本格調(diào)，雕刻紋飾的內(nèi)容、形式，以西周青銅紋樣為主要設(shè)計元素。

3. 2結(jié)構(gòu)技術(shù)及材料

    經(jīng)過多方考察調(diào)研，發(fā)現(xiàn)古今所建的石牌坊由于受石材的制約，在尺度上無法像混凝土結(jié)構(gòu)那樣可以進行大跨度的建造。為解決此難題，首次將廣泛用于橋梁工程中的預(yù)應(yīng)力技術(shù)，應(yīng)用于石材建筑中。它具有以下特點:①本牌樓結(jié)構(gòu)形式具有高架橋的構(gòu)造和受力特征，相當(dāng)于不等跨5孔，不等高3層帶古建屋頂?shù)倪B廊天橋.因此在石梁中采用預(yù)應(yīng)力新技術(shù)和新工藝才能在理論上實現(xiàn)大跨度.②隨著經(jīng)濟的發(fā)展，各種大跨結(jié)構(gòu)的出現(xiàn)使預(yù)應(yīng)力得到了廣泛應(yīng)用.在實際工程中，采用預(yù)應(yīng)力混凝土可以有效地改善結(jié)構(gòu)使用功能，節(jié)約鋼材和能源，提高綜合經(jīng)濟效益。③石材的塑性差，抗彎、抗拉和抗剪強度低，因此，它在大跨度梁和大偏心受壓柱中，很少有人使用.為了解決這些問題，對其施加預(yù)應(yīng)力，改變石構(gòu)件截面上的應(yīng)力分布、狀態(tài)和性質(zhì)，使其滿足規(guī)范規(guī)定的各項安全標(biāo)準(zhǔn)，并使石材的冷脆性得到一些彈塑性改善，從而拓寬石材的應(yīng)用范圍。①用預(yù)應(yīng)力石材做承重構(gòu)件，不但可以充分發(fā)揮其抗壓性能，還可以發(fā)揮石材天然的優(yōu)美特性，保留其建筑美學(xué)價值。

      寶雞市政廣場石牌樓每一跨的寬度都大于現(xiàn)存十三陵的石牌樓，如果簡單運用石材傳統(tǒng)樺卯技術(shù)進行建造既不符合當(dāng)初的設(shè)計理念，也無法滿足現(xiàn)有的國家技術(shù)規(guī)范.因此，要建造如此大跨度的石牌樓必須利用當(dāng)代橋梁預(yù)應(yīng)力技術(shù)加強石材的強度，以滿足大梁的承重從而滿足結(jié)構(gòu)的抗彎與抗壓的強度要求.因此，為給結(jié)構(gòu)設(shè)計提供充分的理論依據(jù)，西安建筑科技大學(xué)結(jié)構(gòu)試驗室專門對石材的物理、力學(xué)性質(zhì)和石梁的四種工況進行材料和結(jié)構(gòu)試驗檢測。所示的實驗結(jié)果證明這種技術(shù)應(yīng)用于石材中是完全可能的。

      通過的論證、實施，拓寬了石材的應(yīng)用范圍，并成功解決了石材塑性差、抗彎、抗拉和抗剪強度低等問題，采用施加預(yù)應(yīng)力后，使石材的冷脆性得到一些彈塑性改變.不但可以充分發(fā)揮其抗壓性能，還可以繼續(xù)發(fā)揮傳統(tǒng)建筑結(jié)構(gòu)體系中的樺卯技術(shù)和石材天然的材質(zhì)特點，具有永久的保存價值和建筑的藝術(shù)性.要體現(xiàn)在1)由于新技術(shù)的應(yīng)用，本項目在尺度上進行突破，將橋梁預(yù)應(yīng)力大跨度技術(shù)與石材完美結(jié)合，最大梁長度為9. 38 m，梁高為0. 73 m，比傳統(tǒng)石牌樓石梁的高寬比輕巧了許多;2)石牌樓的石構(gòu)件制作和預(yù)應(yīng)力張拉過程都可以在工廠里完成，后期安裝過程也僅需一個月，不像鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)必須完全在現(xiàn)場施工，會受到自然條件的制約，工期很難準(zhǔn)確控制;3)花崗巖石材的耐久性要比鋼筋混凝土材料長久，希臘的雅典衛(wèi)城就是一個有力的證明，并且隨著時間的推移，它的歷史價值更是鋼筋混凝土建筑無法比擬的.本石牌樓除在基礎(chǔ)上運用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，其余部分純粹是整石材建造.最大石柱通高11 m，重達(dá)約40 t,所有梁柱均為整塊石材采用橋梁預(yù)應(yīng)力大跨度技術(shù)和樺卯技術(shù)進行組裝，已申請國家實用新型專利川.解決了花崗巖石材在我國作為主要建筑材料不能用于大跨度承重構(gòu)件的技術(shù)難題，為今后建筑設(shè)計人員提供了準(zhǔn)確理論依據(jù).創(chuàng)造了一座符合當(dāng)代空間尺度概念的純石牌樓建筑.本牌樓為五跨，總寬36. 73 m，高15. 6 m.在尺度上整整比十三陵牌樓(現(xiàn)存最大的全石材牌樓為北京昌平十三陵建于明嘉靖十九年(1540)漢白玉及青白石牌坊，總寬28. 86 m，高12 m).總寬長出7. 87 m，高出3. 6 m，并且由于新技術(shù)的運用，整體的尺度感比十三陵牌樓更符合人的審美情趣。

3. 3技術(shù)措施

    預(yù)應(yīng)力技術(shù)與樺卯技術(shù)的結(jié)合應(yīng)用的實施方案:a.預(yù)應(yīng)力石梁采用工廠制造，后張法施工.按照設(shè)計要求，水鉆50 mm孔，預(yù)應(yīng)力采用32PSB830精軋螺紋粗綱筋，墊板尺寸130 mm X 130 mm X 30 mm，八角螺帽70 mm X 70 mm，用YC'60或80千斤頂張拉，封錨槽日130 mmX 130 mmX 150 mm, 50 mm保護層，其中最外層為20 mm厚同料石蓋，壓漿配方由試驗確定，添加防銹和膨脹劑.b.盆式活塞支座的樺與梁的連接與抗剪和拼裝斗的連接與抗拔用M16阻力預(yù)應(yīng)力不銹鋼膨脹螺栓(似預(yù)應(yīng)力巖錨)，鉆孔直徑20 mm.孔內(nèi)應(yīng)先灌漿，后放螺栓，再用示功扳手加力，錨封.c.特別注意斗拱、梁上支座與梁是整體加工，只有懸出斗是單件加工，然后用樺和M16預(yù)應(yīng)力螺栓連成整體;a.安裝牌樓頂正脊梁;梁下面設(shè)四個樺槽與樓蓋樺結(jié)合，上槽下樺有利防水。

3. 4雕刻圖案

    鑒于我們此次工程所在位置的特殊性，石牌樓的雕刻紋飾內(nèi)容與形式主要選自:西周青銅器為主，同時選用漢畫像石部分迎賓、狩獵等生活氣息濃厚的場景在次梁柱上運用.利用圓雕、高浮雕、低浮雕、減地平雕等綜合手法對牌樓所有可視平面進行藝術(shù)化加工，達(dá)到突出歷史文化內(nèi)涵和地方特色的目的，必將為寶雞地區(qū)樹立一座永恒的地標(biāo)性建筑藝術(shù)作品.

4結(jié)語

    面對全球化環(huán)境，在科學(xué)技術(shù)高度發(fā)達(dá)的今天，我們將傳統(tǒng)建筑結(jié)構(gòu)形式和現(xiàn)代結(jié)構(gòu)技術(shù)相結(jié)合，成功復(fù)建了純石牌樓這一傳統(tǒng)特色建筑，為此類建筑的發(fā)展和傳承奠定了堅實的理論基礎(chǔ).這一事實說明，地域建筑已呈現(xiàn)一種現(xiàn)實的，后現(xiàn)代主義反應(yīng).建筑大師安藤說:“建筑師肩負(fù)的眾多責(zé)任中，最重要的便是展示文化，最大的職責(zé)便是傳承文化”。中國傳統(tǒng)建筑牌樓藝術(shù)形式隨著城市建設(shè)與建筑風(fēng)格的變化還將繼續(xù)被人們所延續(xù)、創(chuàng)新和傳承，它的文化和光芒還將被人們發(fā)揚的更加璀璨奪目。

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