回型歇山穿斗式鼓樓構(gòu)造特征及平面框架靜力分析

蒲爽 黃川騰 何鳴 胡昌林

摘 ?要：該文分析了回型歇山穿斗式侗族鼓樓在平面柱網(wǎng)、大木作體系和構(gòu)造做法上的特征。基于模數(shù)化設(shè)計(jì)方案，選取1個(gè)3層回型歇山穿斗式鼓樓建立平面框架模型，完成豎向荷載下靜力計(jì)算。根據(jù)平面框架內(nèi)力圖討論了該類結(jié)構(gòu)的內(nèi)力分布和受力特征。

關(guān)鍵詞：侗族;鼓樓;回型;歇山;靜力分析

中圖分類號(hào)：TU366.2 ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

0 引言

侗民族主要分布在我國黔、桂、湘三省結(jié)合部。侗族人民善于建筑，侗族木構(gòu)建筑營造技藝已經(jīng)列入第一批國家級(jí)非物質(zhì)文化遺產(chǎn)名錄，鼓樓是侗族建筑中的符號(hào)樣本也被視為侗族木構(gòu)建筑的集大成者。

目前，現(xiàn)有研究者對(duì)侗族鼓樓的研究主要集中在以下3個(gè)方面。1） 文化符號(hào)方面。任爽等[1]認(rèn)為村寨是侗文化的根基、鼓樓是侗族的族徽，鼓樓兼具社會(huì)功能和文化內(nèi)涵;吳紅宇[2]認(rèn)為鼓樓是侗族村寨的中心，鼓樓在侗族人心中是寨膽，是族徽。分析了鼓樓對(duì)于侗族人民生產(chǎn)生活的意義，探討了鼓樓的文化內(nèi)涵和功能屬性。2） 營造技藝和建筑美學(xué)方面。蔡凌和鄧毅[3]基于大木作結(jié)構(gòu)體系和屋面作法，從結(jié)構(gòu)技術(shù)類型角度研究了侗族鼓樓分類方法;闡述了抬梁穿斗混合式鼓樓和穿斗式鼓樓的結(jié)構(gòu)特征;歸納總結(jié)了鼓樓結(jié)構(gòu)技術(shù)類型演變與文化傳播方式;吳琳[4]通過實(shí)地調(diào)查和核實(shí)，闡述了侗族鼓樓寶頂斗拱營造法式和構(gòu)造方法，并總結(jié)了各類代表性鼓樓斗拱構(gòu)造設(shè)計(jì)方法;閆幫仁等[5]認(rèn)為侗族鼓樓除了滿足日常生活需要，也滿足了族人對(duì)藝術(shù)形象和美的需要，認(rèn)為鼓樓有建筑對(duì)稱與均衡之美、比例與協(xié)調(diào)之美、主從結(jié)構(gòu)之美，還分別從上述3個(gè)層面進(jìn)行了針對(duì)性描述。3）數(shù)理邏輯方面。張和平和羅永超[6-7]從研究和挖掘少數(shù)民族數(shù)學(xué)文化方面探索了以鼓樓為載體的侗族數(shù)學(xué)文化以及各數(shù)學(xué)概念在侗族生活中的應(yīng)用，重點(diǎn)討論了侗族鼓樓結(jié)構(gòu)構(gòu)造中體現(xiàn)出的數(shù)學(xué)思想，提出了少數(shù)民族數(shù)學(xué)文化挖掘的新思路。

盡管研究者對(duì)于侗族鼓樓進(jìn)行了大量研究，但是鮮有文獻(xiàn)針對(duì)鼓樓的結(jié)構(gòu)力學(xué)性能展開分析和研究。該文以回型歇山穿斗式侗族鼓樓為研究對(duì)象，分析其在平面柱網(wǎng)、大木作體系和構(gòu)造做法上的特征;選取1個(gè) 3層回型歇山穿斗式鼓樓建立平面框架模型，完成豎向荷載下的靜力計(jì)算，討論鼓樓結(jié)構(gòu)的內(nèi)力分布和受力特征。

1 回型歇山穿斗式鼓樓構(gòu)造特征

在現(xiàn)有鼓樓分類方法中，較具有代表性的是蔡凌[8]根據(jù)大木作結(jié)構(gòu)體系和屋面構(gòu)造做法的角度，將鼓樓分為抬梁穿斗混合式與穿斗式兩大類?！爸行闹汀惫臉瞧矫鏋檎噙呅危罁?jù)其中心柱貫穿情況又分為“回”型鼓樓（圖1（a）～圖1（b））及獨(dú)柱鼓樓（圖1（b）～圖1（f）），其中回型鼓樓下部中心無柱僅在結(jié)構(gòu)中上部位有雷公柱（源于漢族建筑，是處于攢尖建筑頂部的懸空柱，是古代建筑主要的避雷裝置），使得中心空間被擴(kuò)大，原來被中心柱所占據(jù)的地方能夠安置火塘，鼓樓內(nèi)部空間的向心性大大加強(qiáng)。因此，回型鼓樓得到大力發(fā)展，尤其是在1949年以后。

回型歇山穿斗式鼓樓（如圖2所示）的底部平面為四邊形，中部升起歇山屋頂，相較于平行式鼓樓（如圖3所示），其外部造型更加厚重，多層屋面與歇山屋頂從村寨中的眾多民居中脫穎而出，更具標(biāo)識(shí)性。圖4為一棟3層（2層屋面+1層歇山）回型歇山穿斗式鼓樓內(nèi)部仰視圖，如圖所示，豎向構(gòu)件包括落地柱和瓜柱，水平構(gòu)件包括出水枋（連接內(nèi)外落地柱的正交方向“主梁”）、角挑枋（連接內(nèi)外落地柱的斜向“主梁”）、圍枋（“次梁”）、千斤枋（連接內(nèi)部落地柱“主梁”）。

2 回型歇山穿斗式鼓樓設(shè)計(jì)方案

文獻(xiàn)[9]提出了一種鼓樓模數(shù)化設(shè)計(jì)方法，該文按此思路，依據(jù)民俗做法（相對(duì)于“官式”做法）設(shè)計(jì)了一棟3層（2層屋面+1層歇山）回型歇山穿斗式鼓樓，平面尺寸、剖面尺寸及歇山屋頂剖面分別如圖5～圖7所示。需特別說明的是，傳統(tǒng)大木作以“尺”為單位（1尺=333.3 mm），因此部分構(gòu)件尺寸及結(jié)構(gòu)尺寸不符合現(xiàn)代建筑設(shè)計(jì)模數(shù)。

3 回型歇山穿斗式鼓樓內(nèi)力分析

選?、谳S平面框架為分析對(duì)象，檁簡(jiǎn)化為作用于框架的集中荷載，由于該文僅分析了結(jié)構(gòu)構(gòu)件內(nèi)力分布和相對(duì)大小，此處令縱向單位長(zhǎng)度檁條自重及水平投影長(zhǎng)度500范圍內(nèi)的屋面自重之和為單位荷載1，鼓樓平面框架計(jì)算簡(jiǎn)圖如圖8所示。

圖9為鼓樓平面框架彎矩圖，如圖9所示，在豎向荷載下千斤枋端部彎矩最大，這是由于歇山屋頂?shù)拇蟛糠趾奢d均通過草架柱（作用于千斤枋的短柱）以集中荷載的形式傳遞給千斤枋，因此傳統(tǒng)大木作幾乎都將柱與枋的榫卯連接做成“穿”的形式，增加節(jié)點(diǎn)約束強(qiáng)度，減少了桿身撓度及桿身內(nèi)力。圖10為鼓樓平面框架剪力圖，結(jié)合彎矩分布和桿件長(zhǎng)度，千斤枋剪力仍較大，可見作為連接落地柱且兼具“轉(zhuǎn)換梁”功能的千斤枋是鼓樓建筑的薄弱構(gòu)件也是核心構(gòu)件，這有助于明確鼓樓建筑病害核查及加固位置。圖11為鼓樓平面框架軸力圖，顯然，作為核心豎向構(gòu)件的落地柱（有時(shí)也稱作“山檐柱”或“檐柱”）承擔(dān)了較大軸力，其中荷載從屬面積最大的內(nèi)部落地柱軸力最大，這種力學(xué)分析中的結(jié)論與在該部位選取最大尺寸柱子的做法也是一致的。

4 結(jié)語

鼓樓兼具民族文化價(jià)值、大木作營造價(jià)值及美學(xué)價(jià)值，該文針對(duì)回型歇山穿斗式鼓樓進(jìn)行了結(jié)構(gòu)構(gòu)造和結(jié)構(gòu)分析方面的初步探討，得到了定性結(jié)論。從結(jié)構(gòu)構(gòu)造上看，鼓樓類型繁多、細(xì)部做法復(fù)雜，且具有不規(guī)則表面，對(duì)鼓樓結(jié)構(gòu)進(jìn)行精細(xì)化建模還有待與廣大科研人員一起做進(jìn)一步深入研究。

參考文獻(xiàn)

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