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钢结构在历史建筑保护与再生中的应用

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钢结构在历史建筑保护与再生中的应用

钢结构在历史建筑保护与再生中的应用

历史建筑的保护与再生是当下城市更新的重要议题,但不同于新建建筑,对历史建筑进行改造有着许多限制条件,因此对适应性材料、技术的选择尤为重要。钢结构具有强度高、自重小、连接灵活等特点,其建造方式符合可逆性、可识别性等要求,同时,为了达成新旧对话的效果,常用来与玻璃结合,在如今的保护设计中广泛使用。本文简要阐述了历史建筑保护的原则以及钢结构早期的历史发展与沿革,并对钢结构与历史建筑相结合的一些实践做出分析。

历史建筑保护与再生的认识发展

● 概  述

历史建筑的保护与再生是当下越来越受公众关注的议题。城市在经历了“大拆大建”的飞速发展之后,建设的脚步逐渐缓慢了下来,人们开始把目光投向历史建筑的保护与更新上。盲目的拆除旧建筑使得越来越多个城市丧失了历史与文化的厚重感,在快速成型的钢筋水泥围就的都市中,人们难以找寻到归属感和认同感,这使得人们重新开始关注承载了历史与情感的历史建筑上。另一方面,盲目建设造成了一定的资源浪费,将即存建筑进行合理的适应性再生改造似乎变得尤为重要。但历史建筑的保护与再生与新建建筑完全不同,有着许许多多的限制,合理地选择建造材料在其中颇为重要,而钢结构在历史建筑的保护与再生领域蕴含了无限的发展空间。

在当代,历史建筑保护意识的形成,事实上也就是近两三百年的事情。在更早些时候,人们虽然有对历史建筑进行维护和保留的行为,但出发点及具体做法都与现在大相径庭——许是出于建筑实用性考量的维修,许是出于将建筑作为纪念性象征而留存。而现当下的保护态度是从建筑本身的文化价值和历史价值角度等出发,是出于更久地留存并延续这些价值的目的,因而存在着诸多的原则与限制。

● 最小干预、可逆性、可识别性

单单从保护的角度出发,一切的干预都应该以必要情况下尽可能不进行干预为基本原则。保护的目的是保留现有的、有价值的东西,因此不必要的增添都是一种对现有价值的伤害。尽管希望如此,许多历史建筑由于结构失修或出现各种破损而不得不接受干预,但干预应遵循最小原则。此外,考虑到现有的干预手段有可能不是最佳的,为了在未来拥有更好技术时可以拆除现有干预,需要选择对既存建筑影响小的建筑材料,而钢结构在这方面表现出了极强的适应性,这就属于可逆性范畴了。

另一方面,出于对真实性的保护,干预需要遵循可识别性原则。可识别有很多的手法,而在一些对整体文脉风格要求不高的项目中,纯现代的材料与传统建筑的结合是非常常见的一种手段。

● 康复性再生(Rehabilitation)

不同于最小干预的保护,康复性再生追求的是对历史建筑适应性的再利用。相比于需要博物馆式保护的许多文物建筑,更多历史建筑面临的是如何通过适应性改造,使其符合当下时代需求的问题。在很多时候再生与保护的原则是相冲突的,但毕竟更多的历史建筑需要的不是一点不动的保护,而是需要一种再创造,使其在当下焕发出新的活力。但再生同样需要尽可能留存历史建筑有价值的部分,因此更需要慎重地选择适应性技术手段及具体的再生改造方式。

钢结构早期发展概述

钢结构的原始材料与形态是钢铁。钢铁在建筑中被使用已有4,000多年的历史,但真正作为建筑材料使用却是在工业革命之后。工业革命带来了机械大制造和生产力飞速发展,需求与供给都在急剧膨胀着。炼钢技术的进步使得人们曾经难以掌控的钢材逐渐备受关注并因其性能优良被越来越多建筑师青睐。结构力学的发展使得各种大跨结构得以实现,水晶宫的出现带来了标准件预制装配式建造技术的革命,钢框架结构的出现推动了高层建筑的发展,钢材开始在建筑界崭露头角。

● 钢铁结构与石制建筑的结合

钢铁作为工业革命时期新兴起来的材料,由于并不适应于古典美学体系的审美标准,在许多实践中,虽然作为结构却被隐藏了起来,外面包裹上厚重的石材假装成传统石制建筑。外滩万国建筑群中有许多建筑采用了钢结构,但从外观上看却是纯粹折衷主义风格,带有浓厚的古典主义气息。但建筑师们同样也做了很多保留真实结构的尝试,比如拉布鲁斯特设计的位于巴黎的国家图书馆(图1),采用了细长的铸铁柱作为结构构件,使得内部空间开敞、通透,延续上部铆固连接金属穹顶,结合大面积的玻璃带来了丰富的采光。在当时属于新材料的铁与玻璃材料的融合同样营造出了人们所追求的古典风格,而又注入了工业革命的某些气息。除了直接采用钢铁体系之外,还有很多工厂、车站等采用了以厚重石墙作为承重结构的体系,但屋顶仍采用钢铁桁架结构以获得大的跨度和屋顶的轻盈感。这种组合方式也为现在的一些历史建筑的保护提供了可行思路,钢材既可以是现代感十足的,也可以是复古的、延续历史性的,且与石制建筑有着很好的兼容性。同时,钢结构拥有良好的结构性能,在结构加固时可以分担掉原来支撑构件的负荷,起到实际的支撑作用,而基于其轻盈特性,如有必要也完全可以在外部裹上传统材料以维持建筑物整体的美感和历史感。

图1  巴黎的国家图书馆内部空间

● 钢铁结构与木制建筑的结合

除了与西方传统石制建筑的结合,在19世纪中国的传统建筑中钢铁同样有和其他材料结合的实例。铸铁材料在中国建筑中的应用已有很长的历史,但是主要用于节点连接、装饰等非结构部位。但19世纪以来材料技术的进步也一定程度上影响了传统木构建筑的建造。图2所示是宁海县下浦村的一处乡村古戏台,始建于康熙八年,经当地人介绍发现,戏台前面两根明显比较细的柱是铸铁柱,据说是为了减小前柱柱径以获得更好的观看体验而专门从日本进口的。铸铁柱本身的强度在一般情况下是安全的,需注意的是铁与木材这两种强度差别很大的材料进行连接时节点的稳定性,尤其戏台的立柱需要承载沉重的藻井。但简单观察下来,历经百年,这座古戏台仍然展现出了稳固之感。钢铁结构与传统木结构有着很多相似之处,都是杆件为主的传力、节点铰接、建造灵活且快速,钢结构与木结构也展现出了很好的兼容性,因此钢结构目前也被用于木结构建筑的修复与改造之中。

图2  下浦村魏氏宗祠古戏台

钢结构在历史建筑保护与再生中的实践

● 钢结构用于结构加固

由于钢结构具有高强度、轻质、建造简便灵活的特点,非常适用于对历史建筑原有结构进行加固或替换。常见的局部加固手段有外包钢加固、预应力加固等。而有时因为结构整体存在较大安全隐患,需考虑对整体结构传力体系进行改变。应县佛宫寺释迦塔(图3)是现存最古老、体量最大、高度最高的木构楼阁式建筑,但出于木材本身强度不足的问题,整个塔现正面临极大的隐患。对此,中国城市规划设计研究院城市规划与历史研究所提出了一种介入式的维护方式:在塔身内部设置独立刚架代替原来的支撑体系,支承各层荷载,使得损坏最为严重的柱圈从重载下解放出来。这一方案虽然至目前尚未被采纳,应县木塔目前仍旧维持着保守的维护方式,但这一方案从原真性、可逆性、可识别性的角度看都不失为一个值得深