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Abstract：We study the Kaiping barbican from the brand-new angle of structural construction. We first expound the relationship between the overseas Chinese cultural background of the modern times and the advanced western structure and technology introduction in the Kaiping area of Guangdong. Secondly, through the careful study of the structural material, structural system and structural modeling of the most representative barbican buildings in Kaiping area, the wonderful structural technical characteristics and artistic characteristics contained in the modern Kaiping barbican are revealed. Finally, we point out that the structural characteristics of the Kaiping barbican are the result of the collision of modern western advanced materials industry and structural technology with architectural culture of overseas Chinese hometown in Lingnan area. It has obvious characteristics of the times and regional characteristics. It is an important part of the modern excellent architectural cultural heritage and an important content of the protection of the architectural heritage.
Keyword：Kaiping barbican; Modern architecture; Concrete technology; Structural characteristics; Heritage protection;
2007年6月28日, “开平碉楼与古村落”作为世界文化遗产项目, 正式列入《世界遗产名录》, 成为广东省第一处世界文化遗产。开平地处珠江三角洲西南部的低山丘陵地带, 水网交错, 是我国岭南着名的侨乡。山水田园间, 1833座中西合璧的碉楼建筑星罗棋布, 在落日余辉中气宇不凡, 形成中华大地上独一无二的建筑景观 (图1) 。
1、研究现状
关于开平碉楼的研究, 始于20个世纪90年代对岭南侨乡建筑的关注, 先后有1991年林怡的《粤中侨居研究》[1]、1992年黄为隽的《闽粤民宅》[2]、2001年吴平超的《碉楼沧桑》[3]等论着, 通过对岭南沿海华侨文化与地方居住习惯的研究, 阐述了碉楼产生的时代背景与建筑特色。2000年代初, 伴随开平碉楼申遗程序的启动, 关于开平碉楼的研究被推向了一个高潮, 其中有更多涉及碉楼建造技术的内容, 如2006年余沛连着《心像·影像·开平碉楼》、2007年程建军着《开平碉楼——中西合璧的侨乡文化景观》两本着作有一定篇幅介绍了碉楼的设计图纸、基础施工和墙体材料等结构构造的内容;2013年刘丹华、周国宝着《开平碉楼村落》则侧重于碉楼造型艺术的研究, 深入阐述了碉楼构件的装饰细节。
总体而言, 目前关于开平碉楼的研究多从岭南侨乡的近代历史、华侨文化和建筑形态等方面展开, 而从结构的视角系统研究近代西方先进结构技术对开平碉楼的影响还很少。特别是代表碉楼建筑实体的整体结构与细部构件, 其结构特征既蕴含力学理性也展示装饰的艺术性, 具有明显的时代特征, 是近代建筑文化遗产的重要组成部分, 更是遗产保护的重要内容, 因而其研究具有重大的现实意义。
2、开平碉楼的建设背景
历史上岭南地区的碉楼最早出现于明末清初, 由于水患及社会治安的影响, 开平乡民建造碉楼作为防涝防匪之用。鸦片战争以后开平人民迫于生计远渡重洋到北美洲谋生, 主要是在美国、加拿大的金矿做苦力。经过一代甚至是几代人的艰苦拼搏, 这些华侨家族渐渐积累了一些产业, 成为开平地区率先富裕起来的家族。到了清末民初时期, 美、加等国实施排华政策, 华侨在海外的生存环境变得恶劣, 迫使开平华侨不断将自己积蓄的血汗钱寄回家乡, 用以购买田地、建造楼房和娶妻生子, 把安居乐业、传宗接代的愿望寄托在家乡, 从而为开平碉楼的建设提供了充实的经济基础。
民国时期国内战乱不断, 匪患更为猖獗。海外华侨为了家眷的生命财产不受损失, 在开平乡间大量建造具有防卫功能的碉楼建筑, 同时尽量采用西方先进的材料和技术, 确保楼房更为坚固耐久。融合华侨在海内外的生活体验和审美趣味, 碉楼的立面多为中西合璧的风格。因此, 从20世纪初到30年代末, 村镇乡野林立的碉楼逐渐成为开平地区壮观的文化景观, 这一时期便成为开平碉楼与村落发展的兴盛时期。此后受抗战和内战的影响, 开平碉楼的建设量迅速衰减。
概括而言, 开平碉楼是中国乡土建筑的一个特殊类型, 是一种集防卫、居住和中西建筑艺术于一体的多层塔楼式建筑[4]。开平碉楼的建造既有传统装饰的元素, 又有现代技术的探索, 是表现岭南华侨历史、社会形态与文化传统的一种独具特色的群体建筑现象, 它的产生具有特定的社会和时代背景[5]。
3、钢筋混凝土技术与开平碉楼的发展
原始的混凝土起源于古罗马时期, 由于工艺不成熟、应用范围有限而没得到持续发展。真正意义上的水泥发明于欧洲工业革命后, 钢筋混凝土的应用开始于19世纪中叶, 由英国、法国率先应用于建筑上[6]。
近代开平碉楼的快速发展, 离不开钢筋混凝土的应用。19世纪末, 欧美等发达国家的建筑在混凝土的应用上已经比较成熟, 英国殖民者于18 8 6年—18 8 7年在澳门、香港创办青洲水泥厂[7]。旅居海外的岭南华侨把先进理念带回家乡, 通过香港、澳门购进水泥 (时称“洋灰”) 、钢骨与钢筋, 率先应用在开平碉楼的建设中。由于混凝土具有高强、耐久、可塑等优良特性, 使碉楼的结构可以建得更高更强, 大的悬挑结构大量应用, 建筑细部、造型风格更加丰富多彩。因此, 近代混凝土技术的引进对于开平碉楼的建设是一个革命性的变化。随着1907年广东士敏土厂和1931年西村士敏土厂相继建成, “水泥生产的国产化和水泥供应的本地化为岭南近代钢筋混凝土结构技术和各种水泥砂浆饰面技术的发展创造了条件”[8], 开平碉楼进入一个快速发展的阶段, 这种状况一直持续到抗战爆发。
4、开平碉楼结构技术特征与艺术特征分析
开平碉楼的结构特征包括技术特征与艺术特征两个方面, 正如卢西奥·卡塞雷斯 (Lucio Caceres) 所说:“一座结构的诞生是一个创造的过程, 它需要艺术与技术的融合。”[9]
4.1、筒体结构的力学特征与形体美感
早期的研究认为建于1905年的岭南大学马丁堂是中国最早使用钢筋混凝土结构的建筑[10]。后来通过对开平碉楼的研究发现, 早在19世纪90年代开平碉楼的建设中就已经开始使用混凝土了, 这一时期与欧美国家在19世纪末混凝土的成熟运用是吻合的[11]。由于碉楼对于观望与防护的需要, 因此要求建筑层数最好能达到6层以上, 有的甚至达到9层, 加上顶部装饰, 总高度达到20~30m。传统的建筑材料, 例如砖、石、夯土很难满足这种高耸的塔式建筑的结构受力要求, 只有应用混凝土来浇筑碉楼的筒身, 才能满足高耸结构的抗压、抗风、抗震的要求。也就是说, 清末民国在开平建造的钢筋混凝土碉楼不仅是中国最早的钢筋混凝土建筑, 而且是最早应用混凝土筒体结构的高层建筑, 在中国近代建筑结构的发展史中占有极为重要的地位 (图2) 。
图1 开平碉楼建筑群
图2 碉楼典型筒体平面与立面图
开平碉楼无论是平面还是立面均采用基本对称的布局。建筑立面根据功能需要采用典型的竖向三段式:主体的筒身占整个建筑高度的1/2~2/3, 平面取双向对称的矩形, 长和宽介于6~9m, 长宽比一般在1.3以内。以居楼为例, 筒身部分单层面积为50~100m2, 首层布置大客厅、餐厅、一两间卧室和厨厕, 二层以上标准层布置两房到多房套间。外立面平整简洁, 墙面上开整齐的小窗洞。筒身以上是平台层或外挑的回廊层, 为休闲纳凉、了望警戒的场所, 常设连续的罗马柱拱廊加四角的燕子窝, 是重点体现碉楼风格艺术的装饰楼层。顶部是屋顶层, 一般设有防卫值守的小亭或多个碉角楼, 屋顶的造型也是体现整个建筑风格的重要组成部分。建筑的高宽比一般在3~4之间, 形体挺拔、比例协调, 各方向均基本对称, 符合高耸结构稳定的力学原则。从结构力学原理看, 上部外挑加大了顶部质量, 不利于塔楼抗震和抗倾覆。但塔楼的设计采取顶部沿各个方向均匀外挑的设置, 在重力作用下基础受力均匀, 符合高层塔楼设计原则, 具有严谨的科学精神, 形成塔楼极为稳定协调的形体美感。建筑与结构的完美结合首先在结构体系与建筑形体的关系上得到了充分体现。
4.2、不同墙体材料的结构特征
开平碉楼根据所采用的墙体材料可分为石楼、土楼、砖楼、混凝土楼和混合楼五种类型, 前三种类型是早期的碉楼形式, 后两种类型是在19世纪末钢筋混凝土技术传入后发展起来的碉楼形式。
(1) 石楼
石楼多建造于明、清到民国期间, 总体数量比较少, 主要分布于山地丘陵地带, 遵循就地取材原则。石楼以块石为主材, 以黄泥、砂、石灰、黄糖、糯米汁等为粘结材料, 楼面采用木架结构楼板, 多为三层以内的高度, 平台不悬挑。石楼的抗震性能较差, 粘结材料易风化, 因此耐久性一般, 建筑立面有粗犷自然的质感 (图3) 。
(2) 土楼
土楼多建造于明、清到民国期间, 主要分布于山地丘陵地带。夯土技术是中国古老的营造技术, 开平土楼继承了传统工艺, 墙体采用山泥、石灰、红糖等传统材料进行夯筑, 墙体相当坚固且不易风化[12]。土楼多为四层以内的高度, 平台不悬挑, 由于土墙整体性较好, 抗震性能优于石楼, 建筑立面呈现粗糙的黄泥质感, 具有朴实的效果 (图4) 。
(3) 砖楼
砖楼多建造于明、清到民国期间, 分布范围广泛。现存最古老的迎龙楼便属于砖楼, 始建于明嘉靖年间, 为红砖砌筑, 后期用青砖加建一层 (图5) 。砖楼多以青砖为主材, 以石灰或水泥砂浆作为粘结材料, 木架结构楼板, 多为四层左右高度, 平台不悬挑, 其抗震性、耐久性优于石楼和土楼, 建筑立面局部有线脚、砖雕和灰塑等装饰, 质朴中显华丽。
(4) 混凝土楼
混凝土楼建造于清末到民国期间, 分布范围非常广泛, 是现存数量最多的碉楼类型, 占比高达75%。由于钢筋、水泥及混凝土技术在清末传入中国, 其良好的力学与耐久性能马上得到了碉楼建设者的认可, 而且碉楼顶部较大的外挑与多种风格的结构造型也需要钢筋混凝土材料才得以实现, 因此在民国时期的碉楼建设中得到广泛应用。现存混凝土碉楼最高九层, 平台多设悬挑, 其抗震性、耐久性最优, 建筑立面造型丰富, 整体风格中西合璧 (图6) 。
(5) 混合楼
混合楼建造于清末到民国期间, 分布范围比较广泛。由于清末民初时期钢筋、水泥需要通过香港进口, 价格较贵, 因此碉楼建设者发明了混合墙体结构。最典型的就是在外砌空斗墙体内浇灌混凝土进行加固, 或者是底部受力大的楼层用混凝土墙、上部砌砖墙, 再者就是仅在需要大悬挑的上部露台、柱廊、燕子窝等处用钢筋混凝土结构。这样既能节省造价, 又能充分发挥材料的特性, 达到较好的经济效益, 充分体现了建造者的智慧。混合楼墙体以砖、混凝土混合使用, 钢筋 (钢骨) 混凝土或木架结构楼板, 高度可建到六层左右, 平台采用悬挑, 结构抗震性、耐久性略低于纯混凝土楼, 但造价较经济, 建筑立面结合了传统与现代、中式与西式的多种元素 (图7)。
图3 石楼 (竹称楼) 墙体大样
图4 土楼 (保安楼) 与墙体大样
图5 砖楼 (迎龙楼) 与墙体大样
图6 混凝土楼 (方氏灯楼) 与墙体大样
图7 混合楼 (南楼) 与墙体大样
4.3、结构构件的造型与装饰艺术特征
开平碉楼结构构件的造型艺术主要体现在柱式、横梁、拱券、悬挑、墙体与屋顶结构等方面, 除了部分保留中国传统的构造外, 大部分吸取了西洋古典元素, 融合在一起, 创造了开平碉楼特有的中西合璧风格[13], “这种融合却也创造出了一种蕴含了强烈时代性的‘中国近代折中主义式’建筑”[14]。
(1) 柱式与柱帽
碉楼外立面柱子采用西方古典的爱奥尼、科林斯、塔斯干柱式和复合柱式;室内部分已出现现代风格的柱式, 截面为矩形, 柱身四角切斜边, 柱头简化为略带饰线的矩形柱帽;壁柱的设置加强了碉楼角部的受力, 同时上部的柱帽为燕子窝的出挑提供支撑。柱帽为圆型或方形, 约45°斜角符合力学扩散的原理, 斜边塑出各种卷草纹和浮雕并配以彩画, 展现典型的中西合璧风格 (图8) 。
(2) 横梁
碉楼的室内钢筋混凝土横梁多注重色彩与花纹的装饰, 梁跨中段矩形截面下边两棱切斜角, 底面及侧面局部设凹面, 配以鲜艳的彩画和浮雕图案, 极富装饰性 (图9) 。
(3) 拱券
与西方砖石砌筑的拱券不同, 开平碉楼用钢筋混凝土浇筑出拱券, 有半圆拱、弧拱、尖拱、异形拱, 中部省略券心石, 仅用线脚收边 (图10) 。碉楼的混凝土拱券有良好的结构受力性能, 同时具有很好的立面造型效果, 营造了富有西洋韵味的建筑风格。
(4) 悬挑构件
开平碉楼为满足上部眺望和防御的功能, 普遍采用悬挑结构, 关键的结构构件就是“托脚”。托脚采用近乎等边的“L”形钢筋混凝土构件, 斜边处理成各种弧形加饰线以丰富造型, 沿墙面均匀布置, 转角处按45°方向设置, 因此, 托脚也成了立面重要的造型元素, 其光影具有很强的韵律感。托脚与混凝土墙体、楼面梁板浇筑成一个整体, 其形状满足45°的力扩散角原理, 内力的传递逻辑非常明确, 力学原则得到了完美的体现 (图11) 。
(5) 墙面
碉楼的墙面重点部位采用“水刷石”仿石构造, 用珍珠砂、石米和水泥的混合材料装饰于壁柱、大门等部位, 木条压缝并冲水刷洗后, 呈现砌筑花岗岩的效果 (图12) 。该工艺最早由日本发明, 20世纪10年代中期传到岭南和上海, 俗称“上海批荡”[15]。“仿石材效果契合了人类与生俱来的对于自然材料的亲和感, 避免了混凝土外观的生硬感和人工感, 符合人们崇尚自然的潮流。”[16]
图9 横梁造型与装饰
图10 拱券造型
图12 墙面仿石装饰
图11 托脚悬挑构件造型
图8 柱式、柱帽的造型与装饰
图13 屋顶造型
(6) 屋顶
碉楼屋顶采用中式风格的主要是悬山顶和硬山顶, 用木构屋架支承;西式屋顶则采用钢筋混凝土整体浇筑成亭阁式穹顶、方锥顶、圆锥顶及其各种组合, 屋顶结构整体刚度极好, 清水混凝土和砂浆面层经年累月极富沧桑美感;还有部分采用现代式钢筋混凝土平屋顶, 上设传统四角攒尖、六角攒尖等中式亭阁, 呈现古今组合的特点 (图13) 。
5、开平碉楼的结构特征对于遗产保护的重要意义
开平碉楼作为近代广东五邑侨乡地区最具有代表性的建筑形式, 带有深刻的时代烙印, 是体现岭南华侨历史、社会形态与文化传统的一种独具特色的群体建筑现象, 是西方近代先进材料工业和结构技术与岭南侨乡地区建筑文化碰撞交融的结果, 具有明显的时代特征与地域特征。蕴含在开平碉楼建筑中的结构材料、结构体系和结构造型正是其优秀结构技术特征与艺术特征的充分体现, 是近代优秀建筑文化遗产的重要组成部分, 是碉楼建筑遗产保护的重要内容。
参考文献
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