古建筑木結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)性能研究綜述

摘要：現(xiàn)在人們越來越重視古建筑的建筑結(jié)構(gòu)，同時開始針對古建筑的結(jié)構(gòu)形式進行了大量研究和分析。本文針對古建筑木結(jié)構(gòu)的營造特點進行了介紹，同時還論述了古建筑木結(jié)構(gòu)的性能問題。

關(guān)鍵詞：中國古建筑；木結(jié)構(gòu)；結(jié)構(gòu)性能

木質(zhì)結(jié)構(gòu)在古建筑當中非常的常見，隨著歷史的不斷推進和變化，很多木質(zhì)結(jié)構(gòu)在經(jīng)歷自然災(zāi)害、戰(zhàn)火以及雷擊之后，仍然能夠很好的保存下來，這就是古建筑木結(jié)構(gòu)良好性能的一種體現(xiàn)。本文針對古建筑木結(jié)構(gòu)的的結(jié)構(gòu)性能進行了研究，希望不僅可以對古建筑的維護具有一定的作用，同時還能夠?qū)ΜF(xiàn)代建筑結(jié)構(gòu)提供一定的借鑒作用。

1.古建筑木結(jié)構(gòu)的木材性能以及結(jié)構(gòu)特點

1.1木材性能

優(yōu)質(zhì)木材在古建筑當中應(yīng)用的比較多，其主要具有以下幾個方面的優(yōu)點：①古建筑木材的韌性往往比較好，其需要對一定的沖擊和震動起到承擔(dān)作用；②古建筑木材通常具有較大的強度，而且具有多孔結(jié)構(gòu)，這樣能夠使木材本身產(chǎn)生較好的保溫性能；③古建筑的木材可以在水環(huán)境或者干燥環(huán)境當中得到長期的保存，并且仍舊具備比較好的性能，很少會出現(xiàn)變形的情況；④古建筑木材一般具備加工方便以及操作方便的優(yōu)勢，可以將很多種造型和結(jié)構(gòu)制作出來，不僅非常堅固，同時還具有美觀的特點；⑤古建筑木材具有較為廣泛的木材資源，因此能夠?qū)崿F(xiàn)大面積的利用，同時木材在解體之后還不會使環(huán)保以及生態(tài)環(huán)境受到影響。

1.2結(jié)構(gòu)特點

木結(jié)構(gòu)在古建筑當中應(yīng)用的比較廣泛，這是由于木質(zhì)結(jié)構(gòu)的性能比較好，能夠?qū)θ拷ㄖY(jié)構(gòu)的荷載起到有效的承載作用，而且其穩(wěn)定性還能夠持續(xù)非常長的時間。古建筑具有比較復(fù)雜的式樣以及較多的種類，其中主要包括攢尖建筑、卷棚建筑、硬山建筑、歇山建筑以及龐殿建筑等各種類型。在設(shè)計布局方面古建筑具有層次分明以及均勻?qū)ΨQ的特點，并且往往會采用中心庭院、四周房屋的布局[1]。

2.古建筑木結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)性能

作為應(yīng)用最為廣泛的古建筑結(jié)構(gòu)，木質(zhì)結(jié)構(gòu)在現(xiàn)在受到了普遍的重視。而殿堂式的古

建筑木質(zhì)結(jié)構(gòu)可以被劃分為以下幾種形式，也就是鋪作層、柱架層以及臺基層等結(jié)構(gòu)分層，下面本文針對個分層結(jié)構(gòu)的特點以及力學(xué)性能進行分析和探討。

2.1臺基層的特點以及結(jié)構(gòu)性能

相對于現(xiàn)代建筑結(jié)構(gòu)而言，古代建筑木結(jié)構(gòu)具有較多的不同之處，古建筑的主要木結(jié)構(gòu)臺基層除了包括磉墩以及基礎(chǔ)石之外，同時還包括磉墩下面的人工夯土臺基礎(chǔ)。采用這種結(jié)構(gòu)能夠使古建筑結(jié)構(gòu)的美觀度得到充分的保證。一些古建筑結(jié)構(gòu)往往采用人工夯土臺基制作基座，這樣就能夠有效的保證整個建筑結(jié)構(gòu)的安全和穩(wěn)定。整體結(jié)構(gòu)上部區(qū)域會由于高臺基的設(shè)定從而將自身的動力特性改變掉，其指的是上部結(jié)構(gòu)區(qū)域會由于該結(jié)構(gòu)而產(chǎn)生不斷增加的位移加速度。大量的古建筑木結(jié)構(gòu)研究證明，放大是高臺基的主要功能，其能夠?qū)Φ孛孢\動地下結(jié)構(gòu)產(chǎn)生直接的影響，特別是處于頂部結(jié)構(gòu)的鐘樓木結(jié)構(gòu)，其能夠達到容許范圍的5-6倍的水平響應(yīng)速度。因此古建筑結(jié)構(gòu)振源以及隔振是在古建筑結(jié)構(gòu)保護中必須要重視的兩個方面。一旦發(fā)生地震，肯定就會對建筑造成較大的影響，一旦結(jié)構(gòu)當中存在著不穩(wěn)定的因素，就會使建筑物的整體性能受到極大的破壞。然而古建筑木質(zhì)結(jié)構(gòu)當中存在的柱腳以及隔震體系等都會緩解建筑物受到的地震影響。經(jīng)過大量的研究表明。如果在發(fā)生地震的情況下，就會有滑移的現(xiàn)象出現(xiàn)在建筑的柱腳中，首先這樣就能夠有效的降低振動的能量，最終可以在強震的作用下使振動對建筑物的影響降到最低；其次地震作用產(chǎn)生的能量還會在柱腳的滑移作用下向其他方位傳遞，這樣滑移就可以將阻尼提供出來，大幅度降低整體建筑結(jié)構(gòu)的相對的速度、相對位移的峰值以及加速度，最終能夠使整體建筑的結(jié)構(gòu)得到有效的保護[2]。

2.2柱架層的特點以及結(jié)構(gòu)性能

作為古建筑中比較重要的結(jié)構(gòu)，柱架層結(jié)構(gòu)具有自身的特點。在柱架層結(jié)構(gòu)當中不會選用鐵以及釘子，其在對柱梁生起、側(cè)腳和節(jié)點的雀替和柱架進行連接的時候采用榫卯，這樣就能夠?qū)⑼昝赖墓沤ㄖY(jié)構(gòu)打造出來。經(jīng)過對生起以及側(cè)腳的大量研究，我們可以發(fā)現(xiàn)木質(zhì)結(jié)構(gòu)的位移在側(cè)腳和生起的作用下得到有效的降低，并且能夠使各種構(gòu)件受力得以不斷的減少，最終使建筑物整體結(jié)構(gòu)的抗震性能得到有效保證。同時檐柱的軸壓力響應(yīng)峰值、加速度峰值、柱頭位移響應(yīng)峰值都能夠通過側(cè)腳結(jié)構(gòu)以及生起結(jié)構(gòu)得到有效的降低，充分的保證了整體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。

相對于現(xiàn)代建筑結(jié)構(gòu)的加腋梁而言，古建筑木結(jié)構(gòu)當中的雀替具有相類似的作用，其不僅能夠保證立面的豐富性，同時梁端的抗彎能力以及抗剪能力也會由于雀替的存在而得以有效加強。除此之外，雀替還可以提升節(jié)點的強度以及剛度，使額枋的計算跨度得以減少的同時，還能夠減輕額枋的應(yīng)力。

相對于現(xiàn)代建筑結(jié)構(gòu)當中的節(jié)點而言，榫卯節(jié)點的特性具有較大的不同，其不僅能夠?qū)σ欢ǖ膹澗剡M行傳遞，同時轉(zhuǎn)動能力還比較強。半剛性榫卯節(jié)點在水平反復(fù)荷載的作用下就會有限位移動以及滑移的現(xiàn)象出現(xiàn)在榫與卯之間，這樣就會導(dǎo)致出現(xiàn)擠壓變形，并且產(chǎn)生比較顯著的滯回耗能減震作用。因為柱腳的存在，可以有效的降低基礎(chǔ)跟柱之間出現(xiàn)的約束性。采用這種結(jié)構(gòu)形式能夠使整體結(jié)構(gòu)受到的地震的影響得到有效降低，減輕地震過程中對古建筑結(jié)構(gòu)延性的需求。與此同時，在其作用下，礎(chǔ)石的傾覆力矩的抗拉也會得到一定程度的降低，最終能夠使整體建筑結(jié)構(gòu)具備較強的抗震性能[3]。

2.3屋蓋層與輔作層的結(jié)構(gòu)性能

輔作層就是柱架層和梁架層之間的過渡段。輔作層主要有枋、昂、栱和枓幾部分，由交疊的橫木組成一個墊梁支座。輔作層的主要作用為支撐大屋頂、起到過渡空間和構(gòu)造連接的作用。栱和枓可以向挑檐外伸出，避免雨水對柱身造成侵蝕。而且栱和枓的整體結(jié)構(gòu)還具備了降低跨度、耗能減震和傳遞荷載的作用，能夠增加建筑的美觀性。在木結(jié)構(gòu)的古建筑中，大屋蓋象征著森嚴的封建等級制度和政治制度，其形式的需要讓位于政治的需要。只有皇家建筑、寺廟建筑可以使用廡殿式屋蓋，次之則是歇山式屋蓋，此外還有一些其他形式的屋蓋，例如中間收束的攢尖式、懸山式硬山式卷棚等。

2.4古建筑木結(jié)構(gòu)的整體抗震性能

立足于抗震的角度，與現(xiàn)代建筑結(jié)構(gòu)當中的控震、減震以及隔震理念相結(jié)合，對古建筑進行研究，我們可以發(fā)現(xiàn)古建筑木結(jié)構(gòu)的抗震性能往往比較高。有學(xué)者[4]實施了模擬地震振動臺試驗，定性分析了我國某一古建筑木結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)、動力特性以及破壞形態(tài)，發(fā)現(xiàn)其摩擦隔振性能以及耗能減震性能比較好，同時還將地震相響應(yīng)規(guī)律和古建筑木結(jié)構(gòu)自身的動力特性得了出來，這樣就提供了非常詳盡的資料，從而使修繕加固古建筑木結(jié)構(gòu)的工作變得更加方便。

3.結(jié)語

建筑結(jié)構(gòu)直接關(guān)系著建筑的質(zhì)量、性能和美觀，我國的木結(jié)構(gòu)古建筑具有獨特的性能和特點，性能優(yōu)良、美觀性強。了解我國古建筑木結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)特點，對維護我國的古建筑有著重要的作用，對于現(xiàn)代建筑的結(jié)構(gòu)也可以提供借鑒。

參考文獻：

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[2] 陳志勇，祝恩淳，潘景龍. 復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)下木材力學(xué)性能的數(shù)值模擬[J]. 計算力學(xué)學(xué)報. 2013（04）

[3] 徐明剛，邱洪興. 古建筑舊木材材料性能試驗研究[J]. 工程抗震與加固改造. 2012（04）

[4] 周乾，閆維明. 鐵件加固技術(shù)在古建筑木結(jié)構(gòu)中應(yīng)用研究[J]. 水利與建筑工程學(xué)報. 2012（01）