中國木構古建筑結構特性分析

摘要：中國數(shù)千年的歷史，孕育了博大精深的中國文化。中國建筑藝術是中國文化中非常重要的組成部分，其建筑結構和特性不但具有一定的獨特性，而且與現(xiàn)代力學和結構設計原理相符合。本文通過對中國木構古建筑結構特性進行深入分析，為后面對中國傳統(tǒng)古建筑采取合理的保護措施提供重要的資料依據(jù)。

關鍵詞：木構；古建筑；結構特性

在中國幾千年的歷史發(fā)展過程中，木構古建筑是非常璀璨的文化遺產。隨著時間推移，古建筑這一文化遺產會受到環(huán)境和人為的破壞，所以亟需采取科學合理的措施來保護這些歷史文物。因此，通過對木構古建筑的結構特性進行深入分析，便能夠讓人們對這一文化遺產有更加全面的認知，這樣才能夠讓木構古建筑這一重要的歷史文化遺產得到更好的延續(xù)和傳承。

一、木材的物理性質

通常木構件的質量較輕，但具有較強的抗壓性。將木構材料與其他材料相比較，木構材料更有利于加工和處理。但是，木構材料又具有一個非常明顯的缺陷，溫度和濕度對木構材料的影響較大，很容易讓木構材料出現(xiàn)彎曲和變形的問題，甚至在情況嚴重的時候出現(xiàn)膨脹伸縮的現(xiàn)象。同時，木構材料又很容易被腐蝕，易點燃。木材所具備的彈性和黏性都是直接由木材的物理性質決定，而在長時間受壓的情況下便很容易變形，而當壓力變小之后，木構材料的變形程度不會再繼續(xù)增加[1]。當對一些非常復雜的異性木材進行研究時，通過對比不同的抗拉和抗剪強度下所發(fā)生脆性破壞的臨界條件，以及在抗壓時所發(fā)生的塑形變形的臨界條件，建立數(shù)據(jù)化的木構件模型，能夠更加深入地對木構建筑結構的性能進行研究。

二、木構架的基本形式

在中國傳統(tǒng)的建筑中，木構架是主要的結構形式，這種結構形式的古建筑始終堅持均衡對稱的原則，由抬梁式、穿斗式（圖2）、干闌式共同組合而成。其中，在這種結構形式的木構古建筑中，橫梁、立柱和順檁是非常重要的構件，承重構件和圍護構件的功能非常明確。在“斗拱”和“榫卯”結構之間合理預留了伸縮范圍，并在布局上始終堅持對稱、規(guī)則的原則，強調質量與剛度變化的均勻性。同時，一些形狀規(guī)則的建筑在抗震上能夠始終保持一致性，讓剛度中心與質量中心始終保持一致性[2]。這樣當木構建筑的結構剛度沒有削弱薄弱層，這樣在扭轉的過程中則會導致變形集中的情況發(fā)生，便會出現(xiàn)在墻倒的情況下屋不塌的現(xiàn)象。一些庭院在布局的過程中整體采用了對稱的形式，沿著軸線進行對稱布局，從而讓主體建筑更好地凸顯出來。

（一）抬梁式

西周末年，抬梁式的雛形出現(xiàn)，這種構架形式主要沿著進深的方向在石礎上立柱，通過在柱上架梁，并使用橫向的方式，能將柱的上端更好地連接起來，讓最上層的梁保持立脊處于瓜柱的狀態(tài)。通過在相鄰兩道屋架之間及各層梁的外端進行架擦，讓兩層擦之間的架椽來承受屋面的重量，便能形成屋面呈下凹弧面的兩坡屋頂骨架。同時，通過采取橫向的福排架的形式連接，這樣便能夠讓房屋架構的強度和穩(wěn)定性得到有效增強。這時兩個屋架間的室內空間便被稱為“間”，而一座建筑主要是由兩間及兩間以上共同組成的，如圖1所示。

（二）穿斗式

穿斗式在修建的過程中主要是以進深的方向進行立柱，而在設柱時的密度較高，所以這時應該盡量用豎向的木材來取代橫向的木梁。通常檁柱支撐體系具體涉及疏檁和密檁兩種，而疏檁的間距一般較高，檁子一般放置在落地柱上，且全靠檁柱來進行支撐，這時穿枋在這個時候則發(fā)揮著拉結聯(lián)系的作用，而不會受彎。密檁間距一般較小，其間距一般只有幾厘米寬，所以會出現(xiàn)一部分柱子落地，而另外一些柱子不會落地的現(xiàn)象[3]。一些不落地的柱子插在下層的穿枋上，其受力則不再完全由檁柱承受，所以部分穿枋承受瓜柱的荷載，便會起到拉結和受彎的雙重作用，整個結構的跨度較小。這樣通過修建穿斗式的木構建筑，整個房屋架構的穩(wěn)定性較高，能夠更好地抵抗地震和暴風。但是，因柱間的跨度較小，所以并不適合應用于大型殿宇的修建，很難滿足大型殿宇的空間需求。例如建于明萬歷二十五年（1597年）的四川萬年臺，歇山頂、穿斗抬梁式結構。建筑整體做工精細，極富民族特色，整體建筑具有鮮明的民族特色和較高的建筑藝術價值。

（三）井干式

井干式這種木構建筑興起于商朝之前，其在修建的過程中主要是采用原木或者是裁切后的橫斷面木料，再通過層層壘疊，保證轉角處的木料端口能夠更好地咬合在一起，這樣便形成了房屋的四壁。同時，房屋左右兩側壁上的立矮柱與承脊檁聯(lián)合在一起便形成了房屋的維護壁體，而這種結構可直接在地面上進行修建，也可以像穿斗式一樣建立在干闌式的木構架上[4]。

三、中國木構古建筑的結構特點

（一）結構體系分工明確

通過將木構古建筑與當前的框架建筑結構進行比較，兩者之間存在一定的相似性，但不同點在于節(jié)點的構造不盡相同。抬梁式木結構是中國木構古建筑的一種重要形式，其抬梁式木結構在設計的過程中應該明確承重與圍護功能，而這種建筑形式的四周墻壁則只能夠起到圍護作用，并不需要承受荷載。因此，柱網(wǎng)結構更容易形成正方形或者是矩形，增大整個建筑的空間，且呈現(xiàn)靈活多變的特點。

（二）減震性能良好

一般木材具有良好的彈性和黏性，所以在木構古建筑中的榫和卯因使用木材制作，其在具備彈性和黏性的前提下也很容易出現(xiàn)變形。但是，這種結構的古建筑具有較強的抗震性。

四、中國木構古建筑的重要節(jié)點受力分析

（一）斗拱

斗拱是中國木構古建筑中連接屋蓋和柱架的重要構件，其主要作用于承接上部的荷載，是一個非常重要的節(jié)點。斗拱的計量主要由材份制和斗口制組合而成。通常斗拱與斗拱之間的不同之處在于以下幾個方面：一是使用不同的高寬比進行劃分；二是用“斗口”來劃分不同的模數(shù)。因此，通過比較宋朝和清朝兩代的斗拱，便可以發(fā)現(xiàn)一般宋朝的斗拱截面的高和寬較清朝的大，所以作為主要受彎的斗拱而言，宋朝斗拱在制作的過程中有利于節(jié)省材料，從而大幅度提升木質材料的利用效率。例如清朝故宮建筑中的斗拱作為鋪作層中非常關鍵的一個節(jié)點，其鋪作層起著較強的受力作用，如圖3所示。

（二）梁柱節(jié)點和柱腳節(jié)點

在中國木構古建筑的柱架層兩個非常關鍵的節(jié)點就是梁柱節(jié)點和柱腳節(jié)點。其中，梁柱節(jié)點主要是以榫卯的形式將梁柱連接起來，所以根據(jù)榫的不同形式，又可以劃分為燕尾榫和直榫；通過根據(jù)榫是否將卯的構建穿透，又具體劃分為半榫和透榫。當前比較典型的半剛性節(jié)點主要分為梁柱節(jié)點和柱腳節(jié)點。因此，在開展實驗的過程中，可以清晰地發(fā)現(xiàn)木結構建筑在被破壞的時候，其抗彎的性能呈現(xiàn)明顯下降的趨勢。這時便可采用非線性分析的方式來確定節(jié)點的轉角和彎矩關系，準確計算出切點的剛度。

（三）地基與基礎

通過以扁卵石來擴大立柱基礎，采取淺埋木立柱的方式，保證單個立柱依靠上部與梁等構件來形成穩(wěn)定的空間結構。其中，清朝的《工程做法則例》在規(guī)定埋頭深的時候主要是以檁的數(shù)量為依據(jù)，而在確定礎石深度和臺基高度、窮土厚度的時候應該以荷載條件為標準。其中，由柱頂石、階條石、角柱石、須彌座、踏垛石共同組合而成。其中，臺基又分為普通臺基、須彌座臺基、帶勾欄臺基和復合型臺基，所以須彌座臺基一般被應用于大式建筑上。然后，再根據(jù)不同臺基使用不同的石材構件，將踏垛石安裝在臺基的中間，再在臺基的四角之處安裝石材或者是磚包砌，而埋頭石、角柱石是安置斷面的主要石材。階條石、壓面石、牙欄石等則主要是被應用于臺邊的安置。

（四）側腳與升起

在安裝中國木構古建筑的外檐柱時，側腳是非常重要的組成部分。通常柱腳應該向外側偏移，而柱頂則主要是向內側偏移，前后外沿柱的傾斜柱高標準為千分之一，而兩山向內傾斜千分之八，這樣角柱內的兩個方向都有一定的傾斜，從而讓建筑的穩(wěn)定性得到有效增強。升起則是柱子由明間向兩側逐步升高，而中心的兩個柱子不升起，這樣便能讓建筑檐口和屋脊形成上揚的曲線，顯著提升建筑的美觀性。

五、結論

總之，中國木構古建筑是中國傳統(tǒng)文化中非常重要的組成部分。通過對中國木構古建筑的結構特性進行深入分析，對后面保護木構古建筑和傳承古建筑文化具有重要的意義，能讓我國的古建筑得到更好的保護。

作者簡介

王彩紅，女，漢族，甘肅秦安人，助理館員，本科，研究方向為文物研究管理。

參考文獻

[1]顏宇鴻.福建永安傳統(tǒng)木構古建筑探究[J].江西建材，2021（7）：112-113.

[2]繆麗利.木構古建筑的白蟻防治措施淺析[J].建材與裝飾，2018（17）：126-127.

[3]張雪.木構古建筑柱架層的加固抗震保護試驗研究[J].科技通報，2018（2）：192-195，201.

[4]鞏艷.木構古建筑殘損節(jié)點加固[J].智能城市，2016（11）：42-43.