中國木結(jié)構(gòu)古建筑抗震性能的探討

宋東興

摘要：在古建筑的建設(shè)過程中，通常會采取木結(jié)構(gòu)。木結(jié)構(gòu)的古建筑在經(jīng)過不同自然災(zāi)害后，仍然能夠保證自身的穩(wěn)定性與安全性，說明木結(jié)構(gòu)有良好的抗震防災(zāi)性能，能夠為人們的生活以及工作打下良好基礎(chǔ)。中國木結(jié)構(gòu)古建筑有良好的抗震性能與穩(wěn)定性，與建筑連接方式、建筑材料以及建筑體型有較為密切的聯(lián)系。本文將針對中國木結(jié)構(gòu)古建筑抗震性能相應(yīng)內(nèi)容進(jìn)行闡述。

關(guān)鍵詞：木結(jié)構(gòu);古建筑;抗震性能

中圖分類號：TU352?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

引言

中國古代木結(jié)構(gòu)建筑在經(jīng)歷了很多次地震和其它自然災(zāi)害之后，依然能夠挺然屹立，這足以證明了我國古代木結(jié)構(gòu)建筑良好的抗震防災(zāi)性能。中國古代木結(jié)構(gòu)建筑之所以具有如此好的抗震防災(zāi)性能，與古建筑的建筑體型、建筑材料、連接方式以及結(jié)構(gòu)體系是密不可分的，中國古代木結(jié)構(gòu)建筑在設(shè)計方面注重的是剛?cè)嵯酀?jì)、以柔克剛、耗能減震的設(shè)計理念。

1木結(jié)構(gòu)古建筑結(jié)構(gòu)類型特點

1.1抬梁式結(jié)構(gòu)體系特點

抬梁式結(jié)構(gòu)體系通常情況下是需要在地基上進(jìn)行立柱，在柱上展開相應(yīng)的架梁工作，采取該種方式循環(huán)，可以在垂直方向上形成相應(yīng)構(gòu)型。從大量的實驗可以看出，抬梁式結(jié)構(gòu)體系具備良好的抗震性能。與此同時，還可以采取另一種構(gòu)型方式，即穿斗式。穿斗式體系特點主要是各個柱之間的間距相對較為密集，整個房屋構(gòu)架是由一根柱徑支撐，不需要其他架梁或者構(gòu)件。

1.2臺基體系特點

我國古建筑臺基用現(xiàn)代術(shù)語來說就是整體浮筏式基礎(chǔ)。在古建筑中采取此種方式，可以在很大程度上降低剪切力對建筑基礎(chǔ)造成的影響或者破壞，從而降低地震對上層建筑帶來的沖擊力。木結(jié)構(gòu)古建筑結(jié)構(gòu)的一個主要特點是在上層中有較為龐大的屋頂，構(gòu)成龐大屋頂需要使用許多不同金屬構(gòu)件。這樣不僅可以保證整體房屋建筑的整體安全性，還可以提升古建筑的抗震效果，為人們創(chuàng)造更加舒適且安全的生活環(huán)境與工作環(huán)境。

1.3木構(gòu)架體系中成組斗拱體系特點

該種體系結(jié)構(gòu)一般情況下是由兩部分構(gòu)件形成，分別是斗形構(gòu)件與拱形構(gòu)件，這也是中國木結(jié)構(gòu)古建筑中的一個特色與特點，并且對我國現(xiàn)代建筑行業(yè)發(fā)展也產(chǎn)生重要影響。此種結(jié)構(gòu)方式主要性能是能夠?qū)崿F(xiàn)對柱子與屋架間承接過渡，這樣可以對梁架產(chǎn)生的重荷以及屋面產(chǎn)生的重荷更好承受，并將承受的重荷及時傳遞到相應(yīng)的柱子上，經(jīng)過柱子傳遞到地基上。由此可以看出，該結(jié)構(gòu)能夠起到良好的承上啟下特點。除此之外，能夠在一定程度上減少剪切力對建筑物造成的影響與沖擊，并在地震發(fā)生時將自身的變形消能作用充分發(fā)揮。

2中國木結(jié)構(gòu)古建筑抗震性能分析

2.1建筑材料

木材是建筑工程中運(yùn)用極為普遍的建筑材料，我國的木材建筑技術(shù)以及木材裝飾工藝上水平高超并且特色鮮明。例如享譽(yù)全球的天下第一山西應(yīng)縣木塔、天壇祈年殿，都是我國木結(jié)構(gòu)古建筑中的巧奪天工的杰作。我國古建筑的抗震性能良好，不僅與其構(gòu)架結(jié)構(gòu)有關(guān)，木材本身的特殊性以及優(yōu)越性也起著巨大作用。木材可塑性和彈力性良好，使得它能夠承受劇烈的沖擊震動作用，再者木材具有很強(qiáng)大的抗拉和抗彎性能，在受到彎曲或者剪切外力時并不會影響其本身纖維，因此在地震波強(qiáng)烈沖擊時，木材也不會很容易地馬上被破壞。同時木材的柔韌性很強(qiáng)，這一特性本身就賦予木材以抗震性能。

2.2結(jié)構(gòu)選型和建筑布局

我國的木結(jié)構(gòu)古建筑無論是單體還是群體建筑，在平面布局上大多都是對稱構(gòu)型，一般都是將重要建筑置于配置構(gòu)設(shè)的中心軸線上，而在其兩側(cè)和對面上則分布有一些次要建筑。還有一種布局就是在軸線上建立主、次要建筑，再加上若干單個建筑，從而使建筑布局完整。這種對稱均勻的建筑布局，在很大程度上能平衡地震的沖擊力。因而當(dāng)受到地震沖擊力時，各個層面的平面尺寸以及側(cè)面剛度不會發(fā)生太大變化，即損害程度相對較小，具有良好的抗震效能。

2.3構(gòu)造

我國傳統(tǒng)的木結(jié)構(gòu)古建筑具有現(xiàn)代房屋框架結(jié)構(gòu)的各種優(yōu)越性，可以說現(xiàn)代房屋構(gòu)架結(jié)構(gòu)是汲取古建筑結(jié)構(gòu)特點的精華。古建筑采用以柔制剛的思維抵御地震沖力，通過巧妙卯合連接各個構(gòu)件以及設(shè)備，使得各個構(gòu)件之間柔韌連接，其柔韌性能也相對于現(xiàn)代建中框架、排架以及剛架等框架更具有優(yōu)勢。此外柱子升起和側(cè)角等手段使建筑的重心降低并向內(nèi)傾斜，從而結(jié)構(gòu)的整體性大大增強(qiáng)，進(jìn)而也顯著提高了建筑的隔震性能。

2.4榫卯連接

中國古代傳統(tǒng)木結(jié)構(gòu)建筑連接各個構(gòu)件采用的主要連接方式是榫卯連接。榫卯連接的優(yōu)點是能夠提高木結(jié)構(gòu)的彈性，有效抵消水平方向上產(chǎn)生的推力作用，使得木結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)出半剛性連接特性。榫卯連接根據(jù)承受載荷的不同可以分為鉸接、半剛接和剛接三種。木結(jié)構(gòu)構(gòu)件采用榫卯連接，榫頭與卯孔之間產(chǎn)生的摩擦滑移具有明顯的耗能作用，這也是中國古代木結(jié)構(gòu)建筑具有良好抗震性能的原因。

3木結(jié)構(gòu)古建筑抗震性能的不足

3.1榫卯構(gòu)件的截面損失

中國傳統(tǒng)木結(jié)構(gòu)建筑中榫卯連接的可活動性很強(qiáng)，這就大大提高了建筑的抗震能力。建筑受到地震的作用，榫卯節(jié)點較強(qiáng)的活動性可以提高建筑的延性和耗能能力，最終起到減震的作用。但是，木結(jié)構(gòu)建筑榫卯連接的節(jié)點處截面很容易出現(xiàn)應(yīng)力集中的現(xiàn)象，進(jìn)而導(dǎo)致構(gòu)件遭到破壞。因此，中國傳統(tǒng)木結(jié)構(gòu)建筑往往會由于木材沒有達(dá)到塑性階段，榫卯連接節(jié)點處出現(xiàn)斷卯、脫卯現(xiàn)象，使建筑物受損，建筑物遭受這些破壞的原因是木材的耗能性能沒有得到有效發(fā)揮。

3.2非結(jié)構(gòu)構(gòu)件的危害

中國傳統(tǒng)木結(jié)構(gòu)建筑沒有對非結(jié)構(gòu)構(gòu)件采取抗震措施，沒有將填充隔墻與主體結(jié)構(gòu)進(jìn)行有效連接，甚至于有些房屋的隔墻還是采用的空斗墻，這類房屋建筑墻體特點是太長、太高，這是在地震作用下，房屋很容易倒塌。此外，很多木結(jié)構(gòu)建筑都筑有很高的封火山墻，但是也普遍沒有采取有效的拉結(jié)措施，在地震作用下很容易倒塌傷人，古代木結(jié)構(gòu)建筑中一些級別極高的建筑通常還會配有大量裝飾構(gòu)件，比如各種走獸瓦等，一般位置較高，對地震反應(yīng)很明顯，如果錨固不牢，就很容易掉落傷人。

4木結(jié)構(gòu)發(fā)展趨勢

自然健康和舒適放松是現(xiàn)代人們一直追求的，而木結(jié)構(gòu)正是人們所最需要的生存環(huán)境，并且木結(jié)構(gòu)房屋是抗震性能較好的結(jié)構(gòu)形式之一，對于未來木結(jié)構(gòu)的發(fā)展將繼續(xù)圍繞小城鎮(zhèn)建設(shè)，但由于我國森林資源匱乏，相關(guān)研究人員不足等原因，造成我國木結(jié)構(gòu)發(fā)展緩慢。伴著木結(jié)構(gòu)建筑在我國的再度興起和曾經(jīng)的輝煌，研究人員的不斷深入，抗震措施等一步步跟進(jìn)，木結(jié)構(gòu)建筑將會成為中國建筑史上的又一片綠洲。經(jīng)過多年的修復(fù)，我國森林面積已居世界第五位，擴(kuò)大森林面積不僅是為了改善生態(tài)環(huán)境，同時也要培育優(yōu)良樹種，提高木材質(zhì)量，并合理采伐，使木材用到實處，達(dá)到可持續(xù)發(fā)展的效益。寶貴的森林資源應(yīng)良好利用，使之成為取之不盡，用之不竭的資源，這樣木結(jié)構(gòu)建筑一定會得到廣泛的應(yīng)用。筆者希望可以借鑒現(xiàn)存的木結(jié)構(gòu)資料，回顧國內(nèi)外木結(jié)構(gòu)古建筑的優(yōu)點，并深入研究將木結(jié)構(gòu)建筑發(fā)展開來，為中國建筑事業(yè)增添一抹光彩。

結(jié)束語

我國木結(jié)構(gòu)古建筑結(jié)構(gòu)，構(gòu)造藝術(shù)以及建筑風(fēng)格無論在外觀形式上還是在內(nèi)部承重上都高度協(xié)調(diào)統(tǒng)一，完美和諧，這一特點充分體現(xiàn)了我國古代工匠在建筑受力分析以及材料選取等方面的造詣。同時也為后來的建筑設(shè)計及材料選取上提供了很大的指導(dǎo)性建議，因此現(xiàn)代建筑在突破現(xiàn)有技藝以美學(xué)水平的同時，也應(yīng)借鑒和發(fā)展中國木結(jié)構(gòu)古建筑的抗震性能設(shè)計思路。

參考文獻(xiàn)：

[1]?干周璐.中國木結(jié)構(gòu)古建筑抗震性能研究綜述.建筑工程技術(shù)與設(shè)計[J].2015（20）.

[2]?謝啟芳，向偉，杜彬，鄭培君，吳波.股剪紙木結(jié)構(gòu)叉柱造式斗拱節(jié)點抗震性能試驗研究.土木工程學(xué)報[J].2015（8）：19～28.

[3]?何巖，李哲.淺談中國木結(jié)構(gòu)古建筑的抗震性能.建材與裝飾[J].2016（16）.

（作者身份證號碼：130926197503062419）