金属斗拱研究

魏东 纪成华 张勇

1.济南市工程质量与安全中心 山东济南 250013

2.山东麓泽装饰工程有限公司 山东济南 250100

我们知道斗拱是中国古代木结构建筑中最具特色的一种构件，也可以称得上是中国古代传统木结构建筑的特征。斗拱是靠卯榫结构将木构件相互组合而成的一种承载构件组合体。用于柱顶、额枋、屋檐和构架之间，起到承重连接的作用。传统木结构建筑发展到明清时期，斗拱的承载作用逐渐弱化，主要用作装饰构件了。

1 金属斗拱应用的历史现状

古代传统建筑最初因为材料的限制，木结构出现较早，早在秦汉时期，木斗拱已普遍应用。在各个历史阶段逐步出现了琉璃和金属的建筑，例如云南昆明的“金殿”（图1），也就是铜铸的殿宇。这些各种形式的建筑中都有斗拱造型。到了现在的社会，因为技术和材料的限制，大家更多的在研究混凝土斗拱和金属斗拱（图2）。

图1 昆明-金殿

2 金属斗拱的几个主要分类

金属斗拱目前主要指铝合金斗拱、铸铜斗拱、焊接钢斗拱等。

2.1 铝合金斗拱

传统斗拱因为构件的职能或者位置不同，有多种不同的类型，包括平身科斗拱、柱头科斗拱、角科斗拱、溜金斗拱、牌楼斗拱和隔架斗拱等等。我们在这里主要描述的是平身科斗拱和角科斗拱。在现代的框架建筑结构中，斗拱不承担结构荷载，所以现在铝合金斗拱仅起到装饰作用，只在平身科和角科有些微变化。

铝合金斗拱具有结构简单合理，自身重量较轻的优点。还能在其表面进行各种装饰，是对中国传统建筑装饰的创新。目前国内建筑市场金属斗拱的加工主要分为两种，一种是按照斗拱外形一体铸造成型，不需要单独进行分解组装。另一种是按照传统斗拱的组合进行仿造，安装时也需要按照传统的安装流程进行由下而上的系统组装。

2.2 铸铜斗拱

铜斗拱一般采用铜铝合金或者铜铅锌合金材料进行加工，这样铜板的加工更加方便，同时造价相对节省。铜板的材质一般选用3.5mm厚板材进行加工，不易变形。

2.3 钢板焊接斗拱

钢斗拱一般采用4mm冷轧钢板焊接成型。钢斗拱的应用较少，原因是钢材具有几个缺陷。首先是易生锈，即使进行全面的油漆封闭也很容易出现锈斑，影响美观，二是钢材导热更快，热膨胀系数大，经历寒暑（尤其在北方）更容易造成变形和松动。

3 金属斗拱的加工过程

根据上述的表述，我们目前较多应用的是铝合金斗拱和铜合金斗拱，这两种材质性能接近，加工技术接近，区别是铝合金材料价格较低并在油漆喷涂的技术上更有优势。下面我们的介绍就以铝合金斗拱为基础，不再细分材质。

3.1 金属斗拱材料选用标准

GB/T2040铜及铜合金板材；

GB/T3190变形铝及铝合金化学成分；

GB/T20975(所有部分)铝及铝合金化学分析方法；

CB/Z66-1987铜板的焊接。

3.2 金属斗拱图纸分解步骤与要求

①方案设计→②绘图的顺序→③校对内容→④审核范围→⑤材料计划单→⑥资料存档内容→⑦图纸、材料变更→⑧绘制现场安装图→⑨图纸应设图纸目录→⑩安装结构

3.3 异形的加工工艺

金属斗拱为了表现传统建筑的神韵，要按照传统斗拱的规制进行设计、加工和安装。这其中最大的困难是进行构件分解、校对、焊接。如果此环节没有做好，将直接影响整体效果。这里面对拱、翘、昂头等异形构件的加工最为复杂。

①加工准备。a.金属板下料后应与斗拱设计施工图进行认真核对，并应对下料单数据进行现场复测。b.对所加工的金属板材料检查是否有产品合格证，原材料的规格、品种、尺寸、质量等级是否同加工图纸相符。c.双曲面构件测量、放样、下料应该由加工厂专门指派技术员与现场技术员进行操作与核对。

②加工制作精度适用表。

③斗拱系统构件的检验。a.对斗拱构件按5%进行抽样检查，且每种构件不得少于5件，当有一个构件不符合规范要求时，应加倍抽检，复验合格后方可出厂，应做好检查检验记录。b.产品出厂时，附有检验质量合格证，说明产品安装的部位、楼层、数量。

3.4 金属斗拱安装

（1）安装工艺流程图。施工准备→测量放线→埋件安装→龙骨安装→斗拱系统安装→调整平直→补漆→清洗→成品保护→内部验收→竣工资料准备→竣工验收→成品交接→售后服务维修。

（2）相邻构件装配间隙及同一平面的允许误差

表2 相邻构件装配间隙及同一平面的允许误差

3.5 油漆技术的发展

（1）现代油漆技术与古代油漆的工艺有了很大的变化，但是不能说明就比古代的油漆技术效果好，过去古建筑使用的大漆工艺，成活后可以保持几十年完好。现在的木质油漆技术，虽然经历了一个世纪的发展，在抗老化方面仍然不能令人满意。我们经常看到一些古建筑或仿古建筑发生油漆开裂、起皮、脱落的现象就是这个原因[1]。

（2）问题的主要原因是现在的油漆元素不是传统的矿物原料，抗老化能力差。为了避免这个问题，很多仿古建筑仍然以传统的大漆工艺为主，但是传统的大漆工艺具有施工周期长、工序复杂、施工过程有害物质伤害人员的问题。

（3）现在采用金属斗拱系统构件，在油漆工艺选择上可以考虑以下几个方案，能有效避免以上弊端，延长使用周期。

①喷涂分类：

a.按工艺分为：静电喷漆（塑粉烤漆）和液体喷漆（传统喷油漆）.

b.按使用环境分为：普通漆（户内使用）：户内型漆主要用于室内，由于涂膜受外界影响小，对漆膜要求较低，可应用种类较多，如一般常用的环氧/聚酯类、其它包括纯环氧类，特殊环境可考虑使用特殊漆。

特殊漆（户外使用）：户外型漆由于涂膜所处的环境受风吹、日晒、雨淋、地域（如海边、城市与农村、南方与北方等）、环境（酸、碱性）等诸多因素的影响，对涂膜耐候性、持久性有较高的要求，此类涂料一般常用类型为纯聚酯塑粉、其他还包括聚氨酯塑粉、丙烯酸塑粉、氟碳塑粉或兼具以上几种塑粉性能的涂料。

②引用标准：

GB/T1766-1995涂层老化的评级方法；

GB/T1771-1991色漆和清漆耐中性盐雾性能的测定；

GB/T1865-1997色漆和清漆人工气候老化和人工辐射暴露（滤过的氙弧辐射）；

GB/T13452.2-1992色漆和清漆漆膜厚度的测定；

HG/T2006-2006热固性粉末涂料。

③技术要求。

a.颜色。产品开发时，由三方（供应商、设计、产品经理）确认颜色并保留色板。生产时各类产品所用的颜色应与确认的色板或标准色号相一致[2]。

b.外观。零、部件的主要表面及次要表面涂覆后检验方法。油漆件、塑粉件表面色泽均匀，不应有露底、龟裂、流挂等缺陷。油漆件、塑粉件表面允许有轻微桔皮现象，但需符合规范标准。

4 金属斗拱加工目前存在问题

现实中仿传统建筑民居还没形成规模，且没有行业规范与标准，造成金属斗拱市场质量良莠不齐。

文化的缺失。目前市场大量的仿古建筑，采用的新材料做法，总是缺乏传统文化的韵味。很多的特色小镇，打着仿古建筑的旗号，但是建出来的大多是新、奇、古、怪。建筑的文化底蕴相对比较肤浅。究其原因，主要是设计人员未能把握中国传统建筑的特色，没有从传统建筑中的特色和文化传承入手，造成仿古建筑的臆造。这就提醒我们要充分尊重传统建筑的文化内涵，不可随心所欲，造成四不像建筑，也是我们努力的重点方向[3]。

5 金属斗拱系统的应用前景

现在金属斗拱的使用刚刚进入起步阶段，以山东省为例，全面采用金属斗拱和构件的大型仿古建筑仅有济南市大明湖的超然楼和临沂市蒙山风景区的望海楼。金属斗拱市场占有率偏低的原因有多种，主要是很多企业还停留在传统木作业的思想基础上，认为不使用传统工艺就不能体现传统建筑文化。还有加工制作大多停留在半手工作业，同时金属材料持续涨价，带动了金属斗拱的价格比传统木质斗拱没有价格优势。可是因为耐久性好，维护成本低，总体比较优势明显。

我们看到，政府大力弘扬传统文化，包括传统建筑文化，更多城市从新区开发到旧城改造，传统建筑形式也受到更多重视。

从房地产开发的数据来看，截止2017年，房地产业的产值上涨至53850.7亿元，在国家GDP中所占的比例为6.51%。在国内前100家房企中，我们看到至少已经有20多家开始开发传统民居项目。例如：“中国院子”、“即墨古城”、“杨柳清风”等。这些地产的变化转型也附带着金属仿古构件的发展。这些都是金属斗拱构件今后的广阔市场。

由此可见，金属斗拱系统，应用范围广泛，维护成本低廉，市场预期信心满满，推广的前景可观。

6 结语

通过上述汇报内容对比可以看到，我们在仿古建筑的设计施工中，往往注重了外观形象，没有关注传统建筑文化。注重了形式的叠加，没有理解结构传承的关系。所以现在的仿古建筑市场“假古董”与“伪建筑”很多。

我们致力于金属斗拱的研究和发展，主要原因就是为了推广金属斗拱的应用，为了现在社会发展中保留传统的同时进行不断的改进与创新。我们也知道传统建筑文化涵盖了太多的内容，每个节点都蕴含着历史与传承，这就要求我们在推广金属斗拱的同时，还要开发与之相关的其它构件产品，例如金属雀替、檐、椽、额枋等产品。在丰富产品结构的同时，更广泛的服务于大量仿古民居建筑的应用，更好的服务于古建文化建设事业。