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中东铁路建筑材料选用技术特色分析

来源:原创论文网 添加时间:2015-08-22
摘要

  19 世纪末 20 世纪初中东铁路的兴建,是中国近代史上无法忽视的片段,也在中国近代建筑史留下了重要的一页。随着铁路的兴建带动了一大批近代城市和近代建筑的兴起,这些建筑不仅类型众多,功能齐备,而且成为西方建筑文化的重要传播载体,同时,也翔实地记录了当时建筑技术的主要成就。

  中东铁路沿线所经过的地区是东北物产最为富饶的地区,森林、煤矿等资源丰富,不仅为铁路运营提供了充足的保障,同时也为铁路附属的建筑及设施的兴建提供了丰富的材料来源。在建筑上大量地使用天然材料-木、砖、石等也成为了中东铁路建筑的一大特色,它们与俄罗斯民间的传统建筑技术相结合,使得中东铁路沿线区域建筑富于浓郁的地域色彩和鲜明的外来文化色彩,影响了中东铁路沿线很多城镇的基调,也成为了东北地域建筑文化中举足轻重的部分。除了这些天然建筑材料外,代表了当时先进建筑材料技术的钢铁和混凝土也开始不同程度地应用于中东铁路建筑中,在传统建筑技术中也适时地增加了现代技术的内容。本文即从中东铁路建筑所采用的不同建筑材料的视角,来简要概述中东铁路建筑的技术特色。

  1 木材及其建筑技术应用

  木构建筑在中东铁路建筑中占有很大比重,而且越是中东铁路早期,在建筑中木材的使用量越大,盖因木构建筑施工简便快速等原因。如前所述,中东铁路沿线地区是东北森林资源最丰富的地区,加之清政府数百年的封禁养护,使中东铁路西线、东线和南线遍布数量巨大、品质优良的天然林木,如红松、胡桃楸、水曲柳、椴木、杉木等,为铁路的建设和附属建筑设施的建设提供了充足而优质的天然资源。

  木材的物理性能极佳,不仅力学性能良好,而且保温性能优异,加之易加工、施工简便快捷,运输也十分方便 ( 铁路工程局潜入“长白山脉之大森林,伐采木材,组以为筏,流而下江。至吉林,更合数组,以为大筏流下哈尔滨,充房舍建筑及铁道枕木之用。”)[1]

  因此在中东铁路建筑中得到了广泛的应用。除作为铁路的枕木应用以外,木材在建筑上的应用主要包括:以原木、板材、方材等形式充当墙体、柱、梁、屋架、桩等结构材料 ;作为墙板、地板、保温层等围护材料 ;作为墙裙、挂檐板、装饰构件等雕花装饰材料。

  在木材的具体技术应用上,可以说俄罗斯民间的传统木构技术和木装饰技术是主导。当采用木材为整个建筑的结构材料时,其结构形一般在开间或进深较大的空间里,木材可以作为局部的木柱、木梁,既有如横道河子圣母教堂和安达的中东铁路俱乐部建筑中的比较粗壮厚实、有装饰线脚的木柱,也有如安达火车站候车厅内那种纤细、简单无装饰的木柱 ( 图 3)。

  在大部分中东铁路建筑中,屋架都是由木材充当的。木屋架有单坡、双坡、四坡、复斜式以及复折式等几种,其中双坡的桁架式木屋架最为多见。中东铁路大部分建筑都采用了倾斜的坡屋面,一方面适应严寒多雪的东北地区冬季屋顶排雪的要求,另一方面,倾斜的木屋架可以在屋面和室内吊顶之间形成一个三角形断面的空气层,起到为建筑的顶界面保温隔热的作用,再加上吊顶上面铺满锯末、木屑等材料,大大提高了屋顶的保温性能 ( 图 4、5)。

  木材以板材形式作为建筑的围护材料时,主要发挥的也是其优良的保温性能。最常见的是木板房,以木柱、木梁为外墙承重结构,在结构骨架的内外两侧各包覆一层平整的板条,木柱靠室外一侧的木板选用红松加工而成,木板上下企口相接,木柱靠室内一侧的木板则选材一般,木板直接钉在木柱之上,木板之间没有企口,木板外可钉灰条( 斜交成网格形的细木条,俗称“灰条子”)抹灰。木柱和木板之间的空隙以锯末填充,形成“板夹锯末”墙体。这种木板房增加了墙体的密闭性、保温性及美观性,板条规则排列形成优美的韵律,部分板条端部还被加工成尖形、半圆形或其他形式,安置于外墙体中部偏上的部位或是山墙等处,于统一中形成富于变化的效果。在室内的隔墙中,也有很多应用板夹锯末墙的实例。以木板或灰条子为墙体外层,内填锯末或碎砖,或者保留空心不加填充,外面抹灰,整个墙体厚度不大。中东铁路沿线建有很多水塔,水塔顶部常有木板条围合起来,既起到保温作用又有很好的装饰效果 ( 图 6)。

  建筑室内的木地板也是很好的围护材料,大致有 2 种木板类型,一种为条木地板,另一种是拼花木地板。在中东铁路附属建筑中,条木地板是比较大众化的一种地板类型,常见于普通的铁路职工住宅的卧室地面,条式主要有井干式和梁柱木框架式。井干式即东北人称“木刻楞”的木结构房屋形式,以直径二三十公分的稍经加工的原木或方木的木材横排叠垒构成建筑的墙体,建筑转角处以卯榫垂直咬合相接,很多榫卯被加工成半圆豁口或者燕尾榫,咬合非常紧密 ( 图 1)。

  在色彩上大多保持原木本身的木本色,外形朴拙粗犷。这种结构整体性非常强,施工简便快速,而且,为了保证良好的保温效果,原木之间的缝隙被塞入毛毡、麻等纤维并以白灰泥抹缝,可防风防寒。目前在中东铁路西线的满洲里、扎来诺尔、扎兰屯、东部线的一面坡、横道河子等地的中东铁路建筑遗存中,可以看到很多这种木刻楞形式。

  梁柱框架式一般用于空间比较通透的小型景观建筑如凉廊、凉亭、教堂的钟塔等处,在稍大型的建筑中一般不作为整栋建筑的整体结构,而是出现在建筑局部,如住宅中的阳光间,采用木材为框架配以通透的玻璃,亲切、明亮而轻盈,是延伸的半户外的起居空间 ( 图 2)。

  在与其他材料如砖石共同组合使用时,板的宽度不等,窄之 60mm,宽之 200mm皆有,但板材一般较长,且条板的长宽比一般大于6∶1;同时,其板材单元一般使用平口,使得地板的拼合不是很紧密。另外一种拼花木地板是相对较高级的室内地面装修,常出现在各处中东铁路长官府邸建筑中。这种木地板的板材尺寸相对较小,一般板材长度在250~300mm之间,宽度在40~60mm之间,且板材单元一般带有企口,使地板的拼接更为紧密。地板下与结构楼板之间一般还留有一定厚度的空气层,以木梁作为龙骨支撑起整个木地板面,这一空气夹层也起到了有效的保温隔热和防潮的作用。

  木材作为门窗的应用是最为普遍的,包括各式木板门、拼花木门以及各式窗,在细部节点设计上也体现出对地域严寒气候的充分考虑 ( 图 7)。

  木材的轻便易加工的特性又促使它成为中东铁路建筑中最具装饰性的一种材料。不管是室内的木墙裙还是室外的门窗贴脸、雨篷、檐下的挂檐板、楼梯栏杆、栏板,亦或是其他附加的装饰构件,不仅做成优美的轮廓线脚,而且经常做出俄罗斯民间建筑中常见的装饰纹样,采用镂空雕刻,活泼轻巧而具有童话般的色彩,无论是在纯木构建筑中还是砖 ( 石 ) 木混合的建筑中,都是最具吸引力的部分 ( 图 8)。

  木建筑或是木构件在使用过程中还经常被漆成各种鲜艳的色彩,既可以保护木构件,也赋予木建筑浓郁的俄罗斯民间建筑特色[2].

  2 砖石及其建筑技术应用

  砖石都是最原始的建筑材料,历史悠久,人类积累的经验和建造技术也最丰富。中东铁路沿线经过很多山地和丘陵,也穿越了广袤的平原地带,制砖的粘土材料和石材都较丰富,铁路运输也十分便利,因此为中东铁路建筑中大量砖石建筑的兴建提供了可能。

  2.1 砖

  砖材易于加工,可批量化、标准化生产,体积小而使砌筑更加灵活,组成形式多样,因此被大量地应用在建筑中。中东铁路工程局曾专门为提供砖材而开设了多家制砖厂。

  中东铁路建筑中使用的有红砖、青砖 2种砖材。红砖规格基本为俄制,可分为 2 种,一种是绝大多数的建筑实例中所使用的红砖规格,在不同地点的建筑中所使用的砖材规格略有不同,分别为 240mm×120mm×60mm或 225mm×125mm×55mm ; 另 一 种则 用 于 少 量 建 筑 中, 其 规 格 偏 大, 为265mm×120mm×70mm. 无 论 是 哪一种规格的红砖,其尺寸均比中国传统砖 材 尺 寸 大 得 多。 青 砖 规 格 偏 小, 为245mm×115mm×45mm,为东北本土民窑生产。由于青砖和红砖在尺寸规格和产地上的不同,因此在建设早期,建筑大多全部采用俄制红砖,有的只在落影花饰和转角隅石等处采用地方产青砖,形成了红砖为主、青砖为辅的状况,如安达的标准双联住宅和肇东的兵营等。这些点缀的青砖与大面积的红砖形成优美的组合,具有很强的装饰效果。

  而在南满铁路沿线,尤其是哈尔滨至长春段的铁路建筑,主要以青砖为主,红砖则成为装饰点缀材料,这成为一个很有意思的值得思考的现象。砖还具有较强的易加工性,经打磨加工可成为各种异型砖,以适应各种建筑及不同部位的砌筑需要。

  砖作为主要建筑材料,最大量的应用就是做墙体(包括承重和非承重墙)和壁体(如扶壁等 )。以砖做外墙时,墙体厚度一般为560mm、700mm、840mm 等,即俄制两砖、两砖半和三砖,其中以两砖半即 700mm 厚度比较常见,除基本的承重考虑外,更主要的是考虑防寒保温的需要,有些地区为此建筑外墙的厚度甚至可达 1.5m.

  在砖的砌筑方式上,由于砖大部分用于平面感的墙体,因而以平面满铺的顺面丁面结合的卧砖形式为主,如一皮顺一皮丁、三皮顺一皮丁等。这种形式同样用于砖砌的建筑基础、扶壁、勒脚等处。

  卧砖砌筑形式还可以在砖墙面上形成各式各样的装饰线脚,如直线、折线、曲线等,以及由这些基本样式变换组合而成的各种混合线脚,大量出现在砖筑建筑的檐下、山墙以及墙体转角等处 ( 图 9)。

  当卧砖与立砖 ( 甃砖或发券 ) 相结合时,可以形成更多样的变化,构成砖筑建筑的门窗贴脸以及其他墙面装饰,充分展现出砖砌筑的灵活多样性,同时也体现出俄罗斯传统砖砌筑装饰的特色 ( 图 10)[3].

  中东铁路建筑中的砖砌筑还有一种很有特色的做法,即以红砖发较扁平的券,架在相当于工字钢梁使用的铁轨之间,铁轨间距750~800mm,拱券用砖 12~13 块,矢高100mm 左右,形成砖与金属复合的一种屋面 ( 图 11),如满洲里道北机车库屋面和肇东火车站地下室屋面 ( 相当于一层楼地面 )。

  2.2 石材

  中东铁路途径很多山地环境,天然石材资源丰富,尤其是大兴安岭、张广才岭以及老爷岭盛产花岗岩和石灰岩,因此铁路沿线开设了大量的采石场和碎石加工厂,就地取材成为中东铁路筑路工程和房屋建筑工程中石材的主要获取办法。

  石材主要用于铺设路基、桥墩、隧道、建筑基础、墙体、地面铺装等。用量最大的是铺设路基所用的碎石,大块方正的石材由于稳定性好、易于砌筑而主要应用于建筑和桥梁的基础,尤其是桥墩几乎全部用石材,东部线还有很多石拱桥是通体采用石材砌筑而成 ( 图 12)。

  粗加工的石材做建筑墙体时一般用于对外观形象要求不高的建筑,如库房、浴室等。而经过较精细加工的石材可用于桥梁隧道的表面砌筑以及住宅、公建等建筑的外墙砌筑。

  这种建筑外墙表面是较平整的石材,墙体内部却常用碎石填砌,再灌以石膏石灰砂浆后使之结合为一个整体。从砌筑方式上看,石材也有规则式砌筑和不规则式砌筑。规则式砌筑的石材与砖材的砌筑形式相类似,以水平卧砌结合错逢和楔形立砌发券这两种形式为主 ;不规则式砌筑则可形成类似蜂窝纹、冰裂纹以及其他随机形式等,最典型的如虎皮石墙 ( 表 1)。

  石材还由于其天然的色泽和纹理,常被用作大型建筑的重点部位或者室内的装饰材料,例如室内的铺地、外立面上门窗的贴脸等,还有如哈尔滨中东铁路管理局大楼那样,整个外墙面全部以灰绿色石片做外墙贴面,给人以“石头房子”的错觉。这类石头房子在铁路沿线现存建筑中也占有一定的数量。

  3 砖石与其它材质混合技术应用

  3.1 砖 ( 石 ) 木结构

  中东铁路建筑中,各种不同的天然材料除独立应用外,还有很多时候是组合在一起混合使用的,其中最普遍的一种就是砖 ( 石 )木结构。

  作为一种结构形式,砖 ( 石 ) 木结构是俄罗斯传统建筑中常见的一种,是以砖 ( 石 )为承重墙体配以木构屋架的一种建筑结构体系,有时室内空间还要配合以木梁、木柱等。

  这种结构施工简单、空间分隔方便、造价低廉,保温性能和厚重的外观造型都与东北地区严寒的气候条件相适应,因而在中东铁路沿线的大部分民用建筑 ( 尤其是住宅 ) 中都采用了这种结构形式。

  3.2 局部木构空间

  除了结构形式上的混合应用,在建筑某些空间或局部的设置上,也大量采用混合应用的方式。比如砖 ( 石 ) 筑建筑外部设置木质门斗、木质阳光间、木质雨篷等,使不同质感、色彩和形式的砖、石、木之间形成丰富的对比,互为衬托。

  3.3 砖与板夹复合墙体

  砖与板夹墙体相结合的砖木复合墙体是使用频率较高的一种墙体形式,墙体外侧为红砖砌筑,内侧为板夹墙体,板夹墙体同样填充锯末,一般情况下起到支撑结构作用的是板夹墙体部分,外侧砖墙只作为“装饰”

  材料。实例如哈尔滨联发街某铁路职工住宅,墙厚 580mm,其中砖墙厚度为一长砖即 270mm,板夹墙体厚度为 310mm,从现存状况来看,经过 100 余年的使用后板夹墙体部分内填锯末依然完整干燥,保温能力不减。有时为了减少锯末用量和提高墙体承重能力,锯末中也会掺入一些碎砖块。

  3.4 砖与锯末复合墙体

  砖墙和锯末复合墙体即是一种“夹心”墙体形式 :两侧为砖墙,中间填充锯末。由于该种墙体形式内外均呈现砖墙形式,因此外观完全看不出其“夹心”属性。和上述的砖墙与板夹墙体复合的形式相比,该种墙体形式在具备不错的保温性能的同时还具备良好的结构性能,即外墙之间具备整体联系,承重能力较强、保存状况较好。实例如横道河子某铁路住宅,双层的砖墙中填充了锯末和泥土的混合物,墙厚约 800mm,填充物比热小,粘结性好,加强了墙体的保温能力和整体性。

  3.5 砖石复合墙体

  砖石复合墙体的建筑在中东铁路沿线的等级较低的站舍中出现较多,大部分建筑都是以石材为主要原料,由于石材不利于精细加工,因此在门洞、窗洞及禺石处直接采用红砖,形成了砖石材料共用的情况,这种墙体设计的出发点主要是出于施工的便捷。

  还有另一种砖石复合墙体,即墙体外侧用石,内侧用砖,砖石之间粘结以白灰的墙体形式,如哈尔滨原铁路中心医院传染科病房,墙体外侧为花岗岩,颜色多样,灰缝统一一致,石头之间相互咬合拼贴,内部红砖为俄式标准规格,墙体整体厚度为720mm,砖墙厚两砖 560mm,外侧石材厚度 160mm( 图 13)。

  4 金属材料及其技术应用

  金属材料是 19 世纪末逐渐开始应用的新材料,是与前述的木、砖、石等天然材料完全不同的人工材料,它的出现可以说是建筑材料和技术开始走向现代化的一个重要标志。在中东铁路建筑中,在一些建筑的类型和建筑的局部也适时地使用了这种新的建筑材料和新的建筑技术,使中东铁路建筑于传统中不时闪耀出新时代的火花。中东铁路建筑中的金属材料主要是两大类,一类是铸铁和型钢,一类是钢板和铁皮。

  铸铁和型钢用途最为广泛,从钢轨、桥梁、大型厂房的钢桁架屋架、建筑的结构构件如梁、柱、阳台梁、楼梯平台梁、以及楼梯栏杆、女儿墙围栏,小到门窗的合页、把手、铆钉,都可以用钢铁材料 ;另一类的钢板和铁皮则主要用于屋面瓦楞板、落水管、通风口等。

  钢轨的应用应该是中东铁路建筑中独具特色的一个方面。在所有的金属建筑构件中,钢轨的使用占据了相当大的比重。钢轨不仅作为火车轨道进行铺设,同时还大量应用于建筑当中,充当具有结构作用的梁或柱。从普通的民宅到大型的公建,它都可以成为建筑结构组成中的重要一员。在当时使用的钢轨上都有中东铁路的俄文缩写,以及制造年代和产地。大部分的钢轨都是中东铁路工程局从欧美国家订制采购的,如美国芝加哥和马里兰州的一些钢铁公司生产的钢轨。

  金属材料作为独立结构在中东铁路建筑中应用的实例无疑是金属桁架的大型铁路桥梁,中东铁路沿线的几个大型铁路桥 :松花江第一公路大桥、松花江第二公路大桥、嫩江大桥、太子河大桥、青河大桥、浑河大桥等。第一松花江大桥主航道桁梁单跨跨距超过 78m,显示出这种金属结构在当时的先进水平 ( 图 14)。

  严格来说,金属作为结构构件在建筑中的应用还是局部的,上述金属桁架的大型铁路桥梁的桥墩多是石材砌筑,少量混凝土构筑。在工业建筑中,钢铁的屋架被大量应用,如中东铁路总工厂中出现的多种钢铁屋架 ( 表 2,图 15),不过厂房的承重墙体和外观仍保持砖石构筑的传统外形。故而,中东铁路建筑中的金属材料实际上都是与其他材料混合使用的。

  在横道河子机车库中,屋顶完全由金属与混凝土组成,自重是普通木屋架的数倍,因而室内采用了空心金属柱,由 4 根角钢围出柱的轮廓,角钢之间由六边形钢片按 45方向顺次连接,将 4 根角钢牢牢地结合在一起,从而形成一个整体 ( 图 16)。当时许多大型机车库中普遍使用这种形式的金属柱。

  在其它民用建筑中,室内空间有时也会出现钢柱,如扎兰屯原沙俄路立俄侨子弟小学是一座单层建筑,它的承重柱是由 2 根钢轨拼贴而成,由于木屋架重量较轻,因此柱径较小。前述提到的以钢轨做梁,钢轨间架起矢高很小的砖券,共同构成屋面的做法,也是中东铁路建筑中具有特色的局部使用金属材料的实例,如昂昂溪原沙俄铁路俱乐部侧面门厅屋顶。昂昂溪原沙俄铁路俱乐部观影台是金属与木结合应用的实例。这座观影台由五榀钢轨做梁,每榀梁都是由 2 根钢轨相互叠加而成,钢轨梁两侧分别嵌入承重墙内,上部在垂直方向上按一定距离排列若干根木方,形成钢与木材相结合的承重形式。

  金属与混凝土混合应用的实例当属横道河子机车库的屋顶,采用连续拱券形式,拱券由钢筋混凝土构成,拱券的两边分别落在工字型钢梁上,工字钢梁下再由钢柱承托来完成整体结构。由于进深太长,故工字钢梁是通过铆接方式联系在一起使用的。工字钢梁完全被混凝土包裹,外观上只露出底面,应属于内嵌金属梁。这座机车库平面整体呈扇形,总进深达到 28m,2 组梁之间的距离最窄处为 5.2m,最宽处达到 7.6m.

  除上述这些起到关键结构作用的金属构件外,中东铁路建筑中还有大量的非结构性金属构件,如楼梯栏杆、女儿墙栏杆、雨搭支撑等,主要对建筑物起到围护和装饰等辅助作用。从形式上看这些金属构件常被制成当时流行的样式,比如新艺术风格的飘逸的曲线形式等 ( 图 17)[5].

  5 结语

  纵观中东铁路建筑中所采用的建筑材料与建筑技术,不难发现,中东铁路建筑既大量采用了砖、石、木等传统材料和天然材料,也注意了金属和混凝土等新材料新技术的应用 ;既注重发挥材料各自在建构方面的优越性,同时也注重不同材料在应用上的优势互补 ;既有对新技术形式的探索,同时也更多注重利用传统的“低技术”来回应高寒地域条件的挑战,进而形成鲜明的地域建筑技术特色,并达到技术与艺术的完美统一。这些建筑技术遗产在追求可持续发展的今天看来仍然具有极大的借鉴意义。(图略)

  参考文献

  [1]作新社 . 白山黑水录 [G]. 1902: 15. 转引自 程维荣 . 近代东北铁路附属地 [M]. 上海 :上海社会科学院出版社,2008:184.

  [2]陈海娇 . 中东铁路附属建筑木材构筑形态的表征与组合方式研究 [D]. 哈尔滨 :哈尔滨工业大学,2012:30-35,40-66.

  [3]杨舒驿 . 中东铁路建筑砖构筑形态研究 [D]. 哈尔滨 :哈尔滨工业大学,2012:8-10,24-49.

  [4]李国友 . 文化线路视野下的中东铁路建筑文化解读 [D]. 哈尔滨 :哈尔滨工业大学,2013:188,179.

  [5]赵扬 . 中东铁路附属地建筑金属构件研究 [D].哈尔滨 :哈尔滨工业大学,2012:26-39.

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