广西干栏建筑的力学结构形态在特装展示设计中的应用研究
杨永波
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杨永波,. 广西干栏建筑的力学结构形态在特装展示设计中的应用研究[J]. 交叉科学研究,2023.1. DOI:10.12721/ccn.2023.157001.
摘要:
各省市在“一带一路”政策的指引下积极通过展示平台展现自身经济、文化、资源优势、为发展创造机会汲取动能。地域形象的建立反应了该地区的实力和本质,能强化人们对该地区个方面优势的记忆,提高认知度并进一步促进地区发展。研究和运用干栏建筑的力学结构形态作为现代展示空间的架构设计,以现代空间艺术造型为“体”以传统建筑工艺特点为“骨”能很好的诠释广西文化源远流长、开放兼容、积淀深厚、的特点。在展会上为塑造“一带一路”下广西新形象提供新的设计思路。
关键词: 广西干栏建筑力学结构特装展示设计框架
DOI:10.12721/ccn.2023.157001
基金资助:本文为2020年度广西艺术学院校级科研课题“广西干栏建筑的力学结构形态在特装展示设计中的应用研究”项目(项目编号ZC202013)

地域特色和文化特点一直是展位设计需要表现的一个重点内容。特别是在国际性和全国性的展会中,具有鲜明的地域文化特色的展位能体现出其文化根基和优良传统,借此树立地域文化形象,提升自身品牌效应,为自身发展创造机会汲取动能。广西自然资源风貌独特,有着丰富的民族物质和精神文化题材,这些都为艺术设计提供了很好的条件。但是要将这些题材转换为展位设计设计语言,以现代形式体现出来通常是设计工作需要突破的难点。本文以广西具有代表性的干栏建筑为对象,研究其作为设计元素的应用方式。

一、干栏建筑造型与结构特点

广西总体为盆地地貌,地表多是崎岖、千沟万壑的喀斯特地质。这里气候湿热,树木繁盛,生活着壮、侗、苗、瑶等少数民族。而他们所居住的房子——干栏式建筑正是先祖们为了适应这样的生活环境创造出来的。“干栏”是壮语名称,“干”指“上方”,“栏”指“屋子”,也就是“高于地面的房屋”。由于山地丘陵地区适合建筑用地比较少,干栏式建筑以高脚架空房屋主体便于搭建平坦的房屋地面,并用挑廊和挑台的形式尽可能大的增加房屋的使用空间面积。同时为了应对强烈的日照和湿热的气候,干栏式建筑多采用重叠式的屋顶和屋檐。在有效的遮阳蔽雨下提高通风透气的效率。这些实用性的考虑形成了干栏式建筑占天不占地,悬挑吊脚,飞阁重檐的独特形式。并由此衍生出鼓楼、花桥、戏台等多种建筑形式。

占天不占地,悬挑吊脚,飞阁重檐是一种上大下小,重心靠上,多悬空的结构。从外形上看这属于不够平稳的形式,需要有可靠的力学结构才能使其稳定牢靠。干栏式建筑是由梁、柱相连接而成的木质框架结构建筑,具有结构整体性好、自重轻的特点。干栏式建筑上千年的历史则证明了自身建筑受力结构的科学性。同时由于结构框架基本外露可见,其结构形式也成为干栏建筑的形式特色,成为一种具有地域特征的美学符号。

这种视觉符号与常见的纹饰符号不同。装饰用的纹饰是人们为了让自己的生活美观、提高文化精神寓意,用特定的图形和色彩丰富于各种物品的表面。而干栏建筑结构主要是依照木材的质地特点,根据建筑使用功能对空间的需求,将材料组合形成的一种特定形式,这种形式的首要目的是能在丘陵坡地中使建筑能安全承受各种正常荷载。建筑结构形式的视觉符号化,是由于其外露可见,在人们审美要求之下而发生的变化。而这种变化始终围绕在承载功能的基础下进行形式上的调整和提升,最终呈现出几何简约、序列组合的形式。这也是以造物角度来体现广西少数民族的审美特点。因此干栏建筑结构具有很好的地域和民族特征。

二、特装展位与干栏建筑契合点

特装展位一般是在会展中心场馆中临时搭建起来的展示空间,展位各部分预先制作好,再到现场进行组装修正。展位建筑是一种轻量化,便于组装的框架结构形式。这与干栏建筑是相似的。横梁和支柱是构成整个空间最重要的部件,它们构成了整个空间的结构,其他构件的搭建都在此基础之上进行。在大部分情况下其框架外露。这也就意味着框架的样式不仅需要用于支撑整个空间,还是展位造型的重要组成部分。干栏式建筑的框架结构形成线的形式是综合了房屋各部受力需要和审美要求形成的样式。其形式朴实、简约即符合现代审美取向也合适特装展轻钢材料进行组合成型。因此要体现广西干栏建筑的形态特征,框架所形成的线型组合样式是需要强化和突出的重要设计要素。

展会活动一般都会有众多的展位同时展出。为了能吸引观众,让他们留下深刻的印象,展位设计必须有较强的视觉冲击。其造型常会突破常规建筑四平八稳的外形,寻求具有视觉张力,具有活力、生气蓬勃的形态。因此升腾外延的空间,富有动感的倾斜形式,自然流畅的有机形态成为展位空间设计的方向。但是这类不平稳的空间形式往往会使得支撑结构过于复杂而最终影响造型效果。干栏建筑空间“悬挑、飞阁”样式是基于其特定的结构形式得以实现的,这种结构在特装展示建筑上的运用不仅能解决结构形式问题还能让现代展示赋含民族特色。

三、干栏建筑的力学结构形态在特装展示设计中的应用

(一)干栏建筑框架形态及特装展位运用

干栏建筑的原料主要采用杉木,这是一种当地普遍生产的树木。其生长周期短,树干笔直,纹理均匀,便于加工。一般树径20-30厘米左右,树高15米左右,是细长的材料。树干去皮晾干用于建筑的柱子,梁和檩条从树干较粗的下,中段裁切出来,树干顶部较小的用作椽条。建筑的各个结构部件细长轻薄,整个建筑框架看起来轻盈秀气。柱子是建筑最重要的构建,它的位置和长度确定了房屋的大小和基本形状。而枋(横梁)则在柱子的上中下三个位置以全榫或者半榫的方式连接,并约束其垂直的角度。因此不同大小和形式的矩形框架就组成了干栏建筑的结构。其矩形的框架形式有、井字形、H型、十字型、口字型的。一般完整的口字型框架在建筑的中心部分,形成空间的主体。十字型和井字型结构出现于建筑的侧边和底部,而H型的结构则用于顶部支撑屋顶。整体框架结构中间宽松,两侧和顶部组合紧凑。

本文研究以结构形式来展现干栏建筑特点的特装展位设计,重点不在空间外形上。展位空间形状依然是以展示主题、品牌形象和展示活动的需要来设计。其干栏特色是通过建筑框架形式体现出来,将民族文化内涵体现于支柱结构上。力求创作具有民族蕴含的现代风格建筑形式。特装展位以线、面的视觉元素来营造空间。柱和梁形成“线”的形式,屋顶和墙形成“面”的形式。为了获得和干栏建筑同样的轻盈感,展位不出现大面积块体。空间主体框架依照干栏建筑的特点选择平直梁和垂直柱进行组合,不出现斜撑的形式。梁柱成90°进行穿斗样式的组合形成矩形框架。不同比例和大小的方框组合成建筑主体排架,将排架排列形成整体空间。排架中部的梁柱框面积宽、空域大给人们活动创造开阔的环境,外围组合紧密以支撑顶部和屋檐。排架在空间中的排列有不同类型,戏台、寨门、民居和风雨桥并列排列式方式,鼓楼放射环绕式排列方式。由此可见较长的建筑形式一般用并列排架的形式,体量较大又高的建筑使用放射环绕排列形式。当排架位置确定以后再由枋梁穿接完成整体框架。展示空间在设计中可以根据需要灵活安排排架结构。

(二)多层叠加的组合结构形式及特装展位运用

多层叠加是干栏建筑的一个特色,不仅房屋有多层组合,房檐是多层叠加,其结构也存在多层交错的形式。首先是同一平面上的金、欠两枋错层相交。金枋和欠枋是同一个水平面上不同方向穿接柱子的枋梁。由于梁柱以穿斗的方式连接,为了避免在柱子的同一个位置开孔过多而容易折断,因此它们需要错层相交。其次是楼板和房顶、屋檐这两大建筑横向水平“面”的元素都是多层结构。这是由于组成楼板的木板和组成屋顶屋檐的瓦片自身的刚性不强,因此需要有其他的构件进行加强才能达到其功能所需要的强度。通常用于制作楼板的木板每块厚3厘米,长约2米,宽约20厘米。由多块拼接铺设于长宽两米的框架之上,这样一来板材中间位置所承受力就显得不太足够。因此需要在它们下面铺设一两根与欠枋一致的枕木为梁进行加固支撑。这样楼板这一整面就由金枋,欠枋、斗枋和层板三层交错叠加而成。屋顶和屋檐也有相同的现象,它们是由一片片长宽15厘米的小青瓦相扣摆在椽条上的而成。瓦的铺设没有进行铺灰加固。相扣组合主要是有利于挡雨排水,形成屋顶的平面完全依靠排列密集的椽条托垫,这样的屋顶是几乎没有刚性的,需要较多数量的檩来支撑。因此屋顶面就形成了由瓦片层、椽条、檩条三层相错叠加的情况。第三是风雨桥桥身与桥墩的基座,其功能与斗拱相似。但是作为桥的构件它不仅是转接的关键部位还要具有减震功能,强化桥体的功能。它不像斗拱这么精巧,整体由整根圆木中间嵌以开有凹槽的木方交错累积加高而上。长度自下而上逐层曾长,整体呈方斗状托举桥身。

干栏建筑的多层组合结构以简易有效的方法解决了建筑平面刚性不足的问题。枋、檩、椽这些横向的框架部件本身比柱要细,而物体的横向受力又总会比纵向面弱很多。在制作楼层面和顶面的时候不对枋、檩、椽进行挖槽穿孔,不破坏其原有的强度再通过交错搭接的方式,使其相互借力紧密联结一起提高整体的强度。风雨桥的桥架,同样是通过交错叠加的方式构成。它既是桥身和桥墩的连接构件也是强化桥身的对抗垂直外力的强化结构。楼板、顶面和桥面这些建筑横向面的交错层叠构造形式是干栏建筑比较突出的特点,具有干栏建筑构造特点的展位设计不能缺少这一特征。在对展位建筑平面结构层叠化处理时还要注意体现出层次感。层次感主要表现在两个方面。第一是具有一定空间距离而形成的空间感,用于支撑层板的金枋、欠枋和斗方自身是具有一定高度(约15厘米)的。金枋在下,欠枋和斗枋在上它们以一定数量排列起来就形成了上下两个宽扁的空间,因此产生了空间层次感。第二是疏密排列而形成的空间感。楼板面的金枋层,欠枋、斗枋层,板层从下往上由疏到密再到密封的顺序排列;屋顶和檐的檩条、椽子、瓦也是自下而上由疏到密在到密封的排列;桥架粗大的圆梁和小的方垫木相间叠加则是自下而上从短到长的延展开来。干栏建筑结构对面元素的处理错落有致,层次分明,使得整个建筑框架有了强烈的空间节奏感。

(三)杠杆支撑结构与展位建筑运用

在缺少平坦地势的山区,干栏建筑将人主要活动的空间抬起置于高处。并向外扩展争取更大的活动面积创造宽裕的生活环境。这样的空间需要多种支撑结构共同起作用才得以实现。除了普通的垂柱支撑外,还有针对“飞檐重顶”和“悬阁吊脚”这两大建筑特点的支撑结构。这些构造都是基于穿斗组合形式,利用杠杆原理,达到了减柱留空的效果并保最终持结构的稳固。下面我们对干栏建筑两大支撑结构进行分析。

1、屋顶的支撑结构

干栏建筑的的屋顶薄而软。托瓦的椽条每65厘米的地方就需要设置一条檩条进行加强,每根檩条下需要有柱子支撑。这么算起来一个5米2的普通排架就需要9根柱子来支撑,显得太过于密集。而实际上干栏建筑框架对顶部的支撑是分为柱和瓜柱来承担的。柱子就是一般下立于地面、上支撑到屋顶的约7米长柱,瓜柱是一根只有0.7米的短柱。瓜柱只是在房顶或者屋檐的范围做支撑,并不占用下部的空间。它通过骑在一根两头穿于相近柱子或瓜柱的枋梁上实现对屋顶的支撑。这与两人挑担相似,是将受到的载荷通过一根横杆分成两部分传递到两端的支撑点上改变了力的传导方向。由此形成“占”字型的单元支撑结构,并顺着屋顶的斜面斜角向上逐层拼接组合。这一结构将屋顶的所有载荷通过檩条下的瓜柱和穿枋集中于较少的长柱上。在鼓楼建筑中为了留出中部的空间,不少中柱都做了“骑枋分搭”的处理以达到内空的效果。

干栏建筑排架中对屋顶的支撑结构外形特征明显,作用突出。是展位设计时候需要重点突出的形式。这个结构是与坡屋顶紧密相连的形式,在运用中需要根据顶部斜面情况对“占”字形的单元支撑结构进行相接,叠加。干栏建筑结构对顶部是以柱子多点支撑,因此对有一定韧性的顶部可以通过瓜柱和柱子长短变化创造出有曲线起伏的屋顶造型。干栏建筑的顶部支撑结构是一个传导力的形式,通过瓜柱和穿枋可将一定面积的顶部支撑力,犹如雨伞的伞架传导到中心的支撑柱上。展位建筑通常使用轻钢材料,其刚性要比木材好,同等体积情况下的展位建筑一定会比干栏建筑的少,因此框架设计不应拘泥于传统形式,可对结构元素进行灵活运用。

2、飞檐悬阁的支撑结构

飞檐和悬阁都是干栏建筑在高处向外取空间的形式,屋檐通常向外延伸约0.9米,二层房屋向外延伸约0.4米。由此才形成上大下小的空间形式。这些悬挑形式都有赖于建筑架构对杠杆原理的运用。其犹如人们单边挑担,要将扁担一边的重物抬起只需要在扁担另一边较远的地方用手向下压就可以达到平衡,而重物的荷载则传递到了支点。飞檐支撑结构由挑檐枋为杠杆。它一段支撑屋檐外端,枋身穿过檐柱以此为支点再穿过金柱形成阻力点。整体结构形成“升”字型样式。在鼓楼层层叠叠的飞檐之间我们可以清晰的看到“升”字型的结构也是重叠累积而上。干栏建筑外挑部分的悬阁由吊柱檐柱和上下欠枋组成。将其挑起的任务就落在下欠枋上。外吊柱把上部整个屋檐的载荷压在下欠枋的最外端,下欠枋以穿过檐柱的交汇点为支点。而金柱则聚集了顶部的部分力量将下欠枋压住,形成阻力点。如果遇到建筑的吊柱和檐柱二合为一的情况,就需要在吊檐柱到金柱距离的三分之一处再设置一条柱子进行支撑。然后穿进金柱形成助力点。有的悬阁结构为了进一步加强下欠枋作为杠杆的强度,还设置了双枋的“开”字型结构,以确保悬阁的牢固性。

出挑悬空的空间形式,使得建筑造型舒展形成强有力的视觉张力。重叠的飞檐增加了空间的层次感。飞檐悬阁的支撑结构其本质是形成杠杠的支撑形式。因此让枋梁与柱子形成支点并产生力臂效应的杠杆形式在框架设计运用中是必不可少的。借助钢和铝合金等材料良好的刚性,展示空间可以形成更好的出挑效果。对于展示空间来说出挑的空间和飞檐重叠的结构形式是表达传统建筑的设计语言。该构造形式的使用可以让空间更加飘逸、加空间节奏感更强烈。展位空间在设计悬阁出挑结构或者是飞檐出挑架构时通常以排架的形式排列组合,排列形式讲究疏密节奏,根据展位空间整体形式要求形成错落的变化。而不是局限于干栏建筑等距排列、逐层外挑的结构形式。

四、展位建筑设计运用干栏建筑结构形式的原则

传统建筑的现代形式运用所要做的是体现文化内涵,展现民族特点,而不是对其进行机械的翻版再造。展位空间设计无论从哪方面切入都必须围绕着展陈功能来设计,为展品的展示和人们参观交流提供场所营造氛围。对干栏建筑的力学结构形式运用也是如此,我们从整个建筑的骨干形式提取元素运用于新的展示空间造型中,向其注入民族文化内涵。因此在运用过程中展位空间造型是为展示主题创造的形式,而构架特点则是干栏式的框架形式。展位空间设计对干栏建筑的支撑结构的运用从两方面进行,一方面是形式上的再现和表达,另一方面是结构功能上的运用。两者统一于现代建筑形式要求才能更好的将民族智慧和审美取向体现出来。

五、结语

中国国际进口博览会、中国国际数字产品博览会、世界智能大会云智能科技展、世界制造业大会、中国进出口商品交易会、中国-东盟博览会…… 这些在“一带一路”建设的背景下开展的展会成为国内外文化经济信息沟通交流的重要活动场所,更是行业高效的销售平台和树立企业、城市形象的舞台。为促进我国在构建以国内大循环为主体、国内国际双循环的新发展格局起到了重要作用。各省市在“一带一路”政策的指引下积极通过展示平台展现自身经济、文化、资源优势、为发展创造机会汲取动能。地域形象的建立反应了该地区的实力和本质,能强化人们对该地区个方面优势的记忆,提高认知度并进一步促进地区发展。研究和运用干栏建筑的力学结构形态作为现代展示空间的架构设计,以现代空间艺术造型为“体”以传统建筑工艺特点为“骨”能很好的诠释广西文化源远流长、开放兼容、积淀深厚、的特点。在展会上为塑造“一带一路”下广西新形象提供新的设计思路。

参考文献

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