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中国近代建筑专题 | 近代建筑的结构之辨——家有敝帚,享之千金(上)

摘要: “在很长一段时间内,如果建筑出现了问题,人们会毫不犹豫地用时新的技术和材料去修补、替代那些“落后”的构件。而今天用遗产保护的眼光,却出现了取舍的难题,就好像我们在用尽全力,保留一张儿时的简笔画,哪怕稚拙也是敝帚自珍。”——光玮说  引子 | 近代西方建筑技术进入中国建筑所凝聚的众多学问中,结构无疑是其中最具技术性和科学性的一个方面 ...

“在很长一段时间内,如果建筑出现了问题,人们会毫不犹豫地用时新的技术和材料去修补、替代那些“落后”的构件。而今天用遗产保护的眼光,却出现了取舍的难题,就好像我们在用尽全力,保留一张儿时的简笔画,哪怕稚拙也是敝帚自珍。

——光玮说

  引子 | 近代西方建筑技术进入中国

建筑所凝聚的众多学问中,结构无疑是其中最具技术性和科学性的一个方面。中国的传统建筑娴熟运用木材和砖石等材料,完整的营造的法则一直平稳发展。到近代忽然涌进了众多新的建筑样式和材料,对新型材料材性的掌握、对新结构力学原理的认识和对新构造做法的效果运用,才开始逐渐进步。

本来国人对于房屋建筑,“偏重建筑形式之鉴赏,而忽于建筑技术之研讨”,传统工匠也从来没有获得过如同后来“建筑师”般的社会地位。在二十世纪初,士大夫仍然把建造之学形容为“薄为小道不屑厝意。悉举而委之于细工贱役之手。”“ 一切建筑工程,全凭表面图案,一任彼水木匠工,因循旧法而承造之,鲜有能在技术方面加以改进者。” [1]

对于外来的建筑文化和技术,中国经历了拒绝、接受、初步的同化等多次回合。比起思想的解放,技术的传播要慢一些。

在科举考试才被废除五年后的1910年,留日归来的张锳绪参考英国建筑师格威尔特 (Joseph Gwilt,1784- 1863) 和帕普沃思 (Wyatt Papworth,1822- 1894) 的《建筑百科全书》,编译出版了中国第一本建筑学教材《建筑新法》[2]。然而,二十多年后,曾执教于劳动大学、之江大学、同济大学土木科的唐英、王寿宝还是感到“国内对于房屋构造学尚少专著,教学双方,均感困难。”

在系统的职业教育成形之前,建造技术和相关知识的引进和传播,只能由实践在第一线的工匠和后来的营造厂及早期执业建筑师之间以口传心授的方式进行了。这也解释了为何在当时西方可能已经具备相对比较成熟的技术的情况下,国内诸多近代建筑上仍然可以看到稚拙的做法。

在很长一段时间内,如果建筑出现了问题,人们会毫不犹豫地用时新的技术和材料去修补、替代那些“落后”的构件。而今天用遗产保护的眼光,却出现了取舍的难题,就好像我们在用尽全力,保留一张儿时的简笔画,哪怕稚拙也是敝帚自珍。

接下来分上下两篇,试就钢筋混凝土和木桁架这两种近代常见的结构形式,谈谈对早期发展过程中技术成果的保护。

上篇 | 一沙一世界——隐藏在钢筋混凝土里的时空

古罗马人很早就发现在石灰和沙子中加入火山灰(pozzolana)能提高砂浆的质量,并发明了在配料中加入打碎的欠火砖,制成罗马砖面混凝土的方法,用于砌筑墙体或作为填料凝固成拱券内部的结构组成部分。中国传统建筑也有在墙芯内填碎砖加桃花浆砌筑墙体的方法。

波特兰水泥[3]发明于十九世纪二十年代,到十九世纪中叶就有了钢筋混凝土[4]。十九世纪末,随着新技术在建筑基础、钢构架、非承重墙、电梯等上面的发明运用,美国更掌握了摩天楼的建造技术[5]。

随着洋务运动的开展和民族工业的出现,中国早在1886年就由开平矿务局官督商办唐山细棉土厂,同年在澳门青州岛也建造了 “青英水泥厂”。

但是,十九世纪末二十世纪初的中国匠人,尝试在砖石木混合结构中使用钢筋混凝土,却尚未掌握骨料的配方,水泥和砂与水的混合比例也还在试验当中。这个事实,通过鼓浪屿日领馆旧址受到严重损害外露的混凝土板得到印证。

案例说明书 FACT SHEET

鼓浪屿日本领事馆旧址

关键点:始建于1898年的砖石木钢砼混合结构,原始缺陷和病害严重,局部加固、外观最小干预,局部措施不可逆

核心问题:

● 长期空置导致榕树等植物根系侵入砖墙体内,使纵横墙连接处产生裂缝,局部墙体空鼓形变甚至歪

● 结构构件老化,如混凝土楼板保护层碳化脱落、露筋全面锈蚀,砌筑砂浆强度衰减导致墙体抗侧向力不足等;

● 原始结构存在缺陷,如砌体无圈梁、结构柱构造,地下层和一层大部分墙体都存在承载力不足的问题。

图/外廊型钢砼梁混凝土板病害

角部楼板出现斜向断裂并局部向外塌陷;混凝土呈现早期不成熟特征,以砖为骨料,强度低且保护层过薄,碳化脱落、露筋锈蚀。

图/清水砖墙采用英式砌法

砖块存在多种规格,经检测强度都介于现代砌体标准7.5-10Mpa之间,质量尚可。但砂浆强度只有0.7-0.9Mpa,在日常使用荷载作用下,抗压能力不足,侧向容易失稳。

图/三维扫描评估墙体变形情况

可见一层外廊柱身、二层局部拱券相对外鼓

图/结构检测对隔潮层和一层平面水平位移和承载力不足墙体(红色部分)的判定

加固策略:

从结构整体性入手,加固措施以保证构件在正常使用阶段的安全性和适当提高抗震性能为原则。

承载力不足的墙体加固,主要矛盾在于外廊部分是清水砖砌体。最初考虑采用钢板加固,以表征最小干预原始构件之态度,而实际上讨论过程中,大家一致认为钢板带来的视觉干扰更甚。最后改为用“砂浆替换法”进行加固。此种方法在物质层面固然是极为深刻的干扰,但完工后的视觉效果却是“最小干预”的。此外,选取历史上使用功能偏服务性的西南房间区域(该区域过去功能以卫浴室、储藏等辅助功能为主,一层楼板也是钢筋混凝土板) 进行板墙加固,提高整体抗震性能,实现安全前提下的最小干预。

水平构件方面,一、二层顶板使用叠板法进行了加固,同时施工过程中根据现场情况,在板底入墙端去除两匹砖,其内增加圈梁。隔潮层顶板用碳纤维布加强,底板配合室内单侧板墙加固和灰土垫层重做设置夹基梁。

图/结构加固图示(蓝色部分)

图/加固措施中对特征要素的细节控制——门洞口转角处的木筒装修

(左图为修缮前,右图为修缮过程中,完成混凝土板墙加固,还未做饰面抹灰的状态,施工方根据要求保留木筒)

该案例中,隐藏在水平位置的混凝土楼板很容易被忽视,开工后的痕迹表明,外廊原为木楼板,约20世纪初改为现存的型钢砼梁混凝土楼板,且有诸多不成熟的表现。从技术演变的角度,这个“敝帚自珍”的遗存见证了建造技术传播之不易,也从侧面说明了彼时匠人队伍的技术水平。对于这个自身的内在构造和逻辑也在“不断演变”之中的建筑,连同室内发现的层层后期改造的线索,妄图将其凝结在某一个时刻的修复,确实是徒劳。

很遗憾,修复工作中可资倚靠的技术手段没有支持我们将混凝土实体以可见的方式保存下来。最终采用的叠板法将其埋在了附加层里,由于材料的特性,这个过程并不可逆。但换个角度来看,本来混凝土楼板也不是外露的,抹灰和石膏线脚会装饰它,地面磨平的细水泥浆会将一切笨拙的红砖骨料藏起来。所以无论如何,视觉上并没有变化,依然反映了十九世纪末中国开埠城市典型的外廊式建筑(也是这一时期追随西方步伐的日本政府心态的最直接写照)。视觉层面的原状和物质层面的原状、外观层面的原状和隐藏结构的原状,成为一对悖论,也再次注解了建筑作为整体的、综合的艺术形式的特征。

图/外廊顶板完工效果,在混凝土叠板下根据历史样式重做石膏线脚

由于建筑结构往往隐藏在平时不可见的部位,非重点修复、全面揭开,难见全貌。而结构稳定的建筑不会受到过多干预,也往往疏于记录和研读。若参与保护实践的工程师无暇挖掘,研究者无缘得见,则白白丧失了许多发现的机会。这通常容易忽略却应当提及和记录。“不断演变”时代的结构产物,相信深究起来不亚于一次 “建筑考古”。记录,同样是延续历史信息的重要手段。

注释:

[1] 唐英, 王寿宝. 房屋构造学[M]. 商务印书馆.1938: 前言

[2] 参见 潘一婷. 解构与重构 :《建筑新法》与《建筑百科全书》的比较研究[J]. 建筑学报. 2018(1):92-96

[3] 1824年英国人Joseph Aspding将石灰石与黏土混合制成料浆,经石灰窑高温煅烧后制成固体材料,粉碎得水泥,由于这种水泥硬化后和英国波特兰岛出产的淡黄色石材相似,因此叫做波特兰水泥。

[4] 法国的园艺师约瑟夫·莫里哀(1823-1906)最初只是用混凝土制作花盆,为了防止其崩裂而加入金属针,变得非常牢固,这一举动也造就了钢筋混凝土的诞生。

[5] 克鲁克香克主编,郑时龄译. 弗莱彻建筑史(原书第20版) [M].知识产权出版社. 2011: 1261

文中图片来源:北京国文琰文化遗产保护中心综合四所保护设计项目资料

下期预告

下期将就木桁架这种近代常见的类型,接着谈谈“不断演变”时代之结构产物的保护。请关注《近代建筑的结构之辨(下)》

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作者:张光玮

北京国文琰文化遗产保护中心有限公司综合四所所长

日本东京大学博士

译作:《结构设计讲义》《再造历史街区》

编辑:张怡

审核:李政

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