穿斗式木結(jié)構(gòu)研究現(xiàn)狀及存在的問題

蘇志凡

引言

中國古代木結(jié)構(gòu)建筑通常以木構(gòu)架為承重骨架，墻體做維護(hù)結(jié)構(gòu)，按其結(jié)構(gòu)形式來分主要有抬梁式和穿斗式兩大類。抬梁式是使用最廣的古代木結(jié)構(gòu)建筑形式，一般多用于古代宮殿、廟宇等的建造，許多專家、學(xué)者已經(jīng)對抬梁式建筑做了較多的研究，而對穿斗式的研究則比較少。已有木結(jié)構(gòu)建筑方面的研究成果對研究穿斗式木結(jié)構(gòu)民居具有重要的借鑒意義。

1木結(jié)構(gòu)建筑加固修繕方法研究

段春輝對木結(jié)構(gòu)自身存在的缺陷做了系統(tǒng)地總結(jié)，針對這些破壞特點(diǎn)提出加固方法，并引入現(xiàn)代先進(jìn)的加固技術(shù)，為我國木結(jié)構(gòu)建筑的保護(hù)提供參考。

柯吉鵬針對木結(jié)構(gòu)古建筑的破壞特點(diǎn)分析古建筑木結(jié)構(gòu)加固的必要性，指出傳統(tǒng)加固方法存在的不足，并提出了運(yùn)用新材料、新技術(shù)的現(xiàn)代加固方法。

謝啟芳、薛建陽等對木結(jié)構(gòu)古建筑提出了一種基于位移的加固方法，即通過控制水平地震作用下的最大側(cè)移和滑移來提高建筑物的整體穩(wěn)定性，通過控制最大滑移限值來保證木構(gòu)架不會發(fā)生落架倒塌。

張風(fēng)亮在汶川地震以后對殘損木結(jié)構(gòu)古建筑進(jìn)行了震害調(diào)查，并對地基基礎(chǔ)、上部結(jié)構(gòu)及圍護(hù)墻體三大部分總結(jié)了對應(yīng)的加固方法，對木結(jié)構(gòu)的整體加固采用打牮撥正或落架大修。

淳慶設(shè)計(jì)了三組（共12種）嵌入式碳纖維板加固木梁試件，通過試驗(yàn)分析其加固后的抗彎性能，驗(yàn)結(jié)果表明：加固后的木梁抗彎承載力均有明顯提高，松木和杉木提高程度有差異，分別提高了9.1%～35.1%，19.8%～37.4%，并擬合了兩種不同樹種的木梁抗彎承載力計(jì)算公式，為以后相關(guān)研究提供了參考。

Gilfilla等通過對FRP加固裂縫的木梁進(jìn)行試驗(yàn)研究了加固后的剪切和彎曲變形，并與加固前對比，最后給出相應(yīng)的水平剪力簡化計(jì)算式。

A.Borri等采用高強(qiáng)度鋼絞線來加固木梁，對加固前后的木梁進(jìn)行四點(diǎn)彎曲試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果表明，加固后木梁的強(qiáng)度和抗彎剛度均有很大程度提高，證明了用高強(qiáng)度鋼絞線來加固木梁這種方法的有效性。

Hannan Alhayek通過兩組共20根GFRP加固木梁的三點(diǎn)加載受彎試驗(yàn)，第一組在木梁拉、壓面均粘GFRP，第二組僅在受拉面粘貼，試驗(yàn)結(jié)果表明，第一組木梁的剛度增加3.5%，第二組木梁的剛度增加3.0%。

Yail J Kim采用CFRP纏繞跨中預(yù)留切口的花旗木的加固方法，通過試驗(yàn)研究其加固前后的承載力和延性，結(jié)果表明象加固后木梁的承載力和延性分別提高了184%和165%。

Yeou Fong分別以GFRP和CFRP加固中空木梁，并通過四點(diǎn)彎曲試驗(yàn)得到了木梁的荷載-位移關(guān)系，提出采用截面分析法可以合理地預(yù)測GFRP和CFRP加固木梁的荷載-位移關(guān)系曲線。

2木結(jié)構(gòu)建筑防火研究

丘桂寧針對木結(jié)構(gòu)山寨吊腳樓建筑群體的自身特點(diǎn)和火災(zāi)特點(diǎn)進(jìn)行了分析，探究了影響其火災(zāi)發(fā)生和蔓延的主要因素，并提出了連片的吊腳樓建筑群火災(zāi)形成過程及建筑內(nèi)部和周圍對火災(zāi)傳播的影響。

東南大學(xué)王雁楠、邱洪對古建筑群運(yùn)用數(shù)值模擬軟件模擬了木結(jié)構(gòu)建筑的火災(zāi)蔓延過程，分析木材含水率、風(fēng)向風(fēng)速和房屋間距對火災(zāi)蔓延的影響，并擬合出了建筑物在不同影響因素下火災(zāi)的升溫速度、釋放熱速度以及平均溫度，并給出了房屋的安全間距和房屋在發(fā)生火災(zāi)時(shí)的平均升溫速率計(jì)算公式。

天津大學(xué)薛奕總結(jié)了木結(jié)構(gòu)古建筑的火災(zāi)特點(diǎn)，深入闡述了木結(jié)構(gòu)古建筑的消防安全問題及現(xiàn)狀，在實(shí)地調(diào)研的基礎(chǔ)上，充分借鑒古代及現(xiàn)代和國內(nèi)外的消防安全設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，提出了一套操作性和適應(yīng)性強(qiáng)的木結(jié)構(gòu)古建筑消防安全體系。

朱玉軍、王建等對磚木結(jié)構(gòu)的古建筑天津利順德大飯店的消防安全問題進(jìn)行了實(shí)地調(diào)研，對建筑物的消防盆水和自動排煙系統(tǒng)、防火間距和防火分區(qū)、等問題進(jìn)行分析并進(jìn)行了數(shù)值模擬，結(jié)合數(shù)值模擬結(jié)果提出了該類建筑物的火災(zāi)防治的措施和火災(zāi)防控體系。

國外已對建筑物做過較多的火災(zāi)模擬，美國的Virginia理工大學(xué)建立了房屋和走廊的模型以研究煙氣向外蔓延的規(guī)律特征。哈佛大學(xué)Emons、HW等人通過半經(jīng)驗(yàn)的方法建立可燃物的火焰燃燒模型和固體可燃物被引燃模型，分析火災(zāi)。Bullock通過一個6層木框架房屋的火災(zāi)試驗(yàn)研究其抗火能力和采用耐火石膏板的防火構(gòu)造措施對火災(zāi)蔓延的有效性。Jeffs對燃燒室窗洞口噴出火焰進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)火源功率、通風(fēng)條件及建筑形式等都對火災(zāi)蔓延有很大影響，并分析了窗口溢流火的熱行為及其溫度變化曲線。

3存在的主要問題

從目前已有的研究現(xiàn)狀可以看出，很多學(xué)者都為木結(jié)構(gòu)建筑各方面性能尤其是抗震性能的研究做出了重要貢獻(xiàn)，對木結(jié)構(gòu)建筑的保護(hù)和發(fā)展有著深遠(yuǎn)的意義，但是仍然存在一些問題和不足：

首先，目前對于木結(jié)構(gòu)建筑的研究大多集中于研究古建筑文物，對于村鎮(zhèn)建筑的研究相對較少，由于傳統(tǒng)的木結(jié)構(gòu)民居大多位于偏遠(yuǎn)的農(nóng)村地區(qū)，經(jīng)濟(jì)條件相對落后，房屋存在較多的安全隱患且不能及時(shí)得到重視，而且許多已有的研究結(jié)論和加固方法在經(jīng)濟(jì)上和適用性方面并不適用于村鎮(zhèn)建筑。

其次，對于木結(jié)構(gòu)建筑的研究，傳統(tǒng)木結(jié)構(gòu)建筑大體上可以分為兩類，一種是抬梁式木構(gòu)架，另一種是穿斗式木構(gòu)架，抬梁式木構(gòu)架在北方區(qū)域分布較廣，一般用于官式建筑，許多宮殿、寺院、樓閣等古建筑采用此種結(jié)構(gòu)，也正因如此，對抬梁式木結(jié)構(gòu)研究較多，對穿斗式木構(gòu)架的研究較少。

最后，對于村鎮(zhèn)穿斗式木結(jié)構(gòu)房屋，近些年也有學(xué)者對此進(jìn)行研究，但是大多是對其抗震性能和抗震措施方面的研究。而貴州黔東南地區(qū)，并不在地震帶上，設(shè)防烈度屬6度區(qū)，地震并不是影響該地區(qū)房屋安全的主要因素，而且很多研究已經(jīng)表明，穿斗式木構(gòu)架本身具有很好的抗震性能。根據(jù)實(shí)地調(diào)查結(jié)果來看，影響該地區(qū)房屋安全性的主要問題是木結(jié)構(gòu)的耐久性、木構(gòu)架整體傾斜及火災(zāi)問題。而對于此類問題的研究較少，且缺少基本的數(shù)據(jù)資料，針對性差，故有必要對此地區(qū)的安全問題進(jìn)行全面調(diào)研，并針對問題提出經(jīng)濟(jì)、簡單、合理的改善方法。

穿斗式木結(jié)構(gòu)民居是木結(jié)構(gòu)建筑的一種重要形式，是我國勞動人民的智慧結(jié)晶，承載了最為真實(shí)、豐富的歷史與文化信息，有著良好的承載力、耗能與變形能力，并因其獨(dú)特的建筑形式廣泛應(yīng)用于我國南方農(nóng)村地區(qū)。隨著近些年新農(nóng)村的建設(shè)，村鎮(zhèn)居民的居住條件得到了相應(yīng)的改善，但是由于村鎮(zhèn)住宅房屋的特殊性，仍然存在許多安全問題，尤其是偏遠(yuǎn)地區(qū)，房屋年久失修，安全現(xiàn)狀堪憂。這些木結(jié)構(gòu)房屋關(guān)系著這部分群體的生命財(cái)產(chǎn)安全，急需對其進(jìn)行加固改造。本文在保護(hù)傳統(tǒng)民居風(fēng)貌的前提下，以岜扒村為例，針對穿斗式木結(jié)構(gòu)民居存在的安全性問題，探索出一套與當(dāng)?shù)胤课菹噙m宜的技術(shù)來提高其安全性能和耐久性能。要解決這個問題，就需要掌握該類房屋房屋的現(xiàn)狀和存在的具體問題，并以此為根據(jù)來研究提高其安全性能的方法，研究的意義如下：

（1）通過對黔東南從江縣岜扒村穿斗式木結(jié)構(gòu)民居全面、深入地調(diào)査，為穿斗式木結(jié)構(gòu)民居的相關(guān)研究提供第一手的資料。通過調(diào)研對穿斗式木結(jié)構(gòu)民居的結(jié)構(gòu)形式、做法、建筑材料等進(jìn)行描述，重點(diǎn)對其存在的危險(xiǎn)性進(jìn)行歸納總結(jié)，為以后黔東南穿斗式木結(jié)構(gòu)民居的研究做一定的鋪墊基礎(chǔ)。同時(shí)，對該地區(qū)進(jìn)行走訪和調(diào)查的過程，也是對當(dāng)?shù)鼐用衿占胺罏?zāi)減災(zāi)意識的一個過程。

（2）在“因地制宜、就地取材、簡單有效、經(jīng)濟(jì)合理”的原則下，研究提升該類房屋安全性能的技術(shù)方法，改善當(dāng)?shù)鼐用穹课莸木幼…h(huán)境和安全性能，有效保障這部分人民群眾的生產(chǎn)生活安全。

（3）保護(hù)我國的傳統(tǒng)建筑文化遺產(chǎn)。傳統(tǒng)民居是一個豐富的文化載體，承載著人們的生存、建造智慧和鄉(xiāng)土文化，對木結(jié)構(gòu)的保護(hù)具有重要意義。所以，此研究在提升房屋安全性能的同時(shí)，促進(jìn)當(dāng)?shù)氐慕ㄖ幕瘋鞒?，也可以帶動?dāng)?shù)氐奈幕糜萎a(chǎn)業(yè)，為當(dāng)?shù)厝嗣駝?chuàng)值。

（作者單位：西安建筑科技大學(xué)）