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1、第28卷第1期 2012年3月 北京建筑工程學(xué)院學(xué)報 Journal of Beijing University of Civil Engineering and Architecture V0128 NO1 Mar2012 文章編號：10046011(2012)01002703 中國古建木結(jié)構(gòu)受力特性研究相關(guān)問題芻議 王 瑋 (北京建筑工程學(xué)院北京建工建筑設(shè)計研究院，北京100044) 摘 要：我國的古建筑以木結(jié)構(gòu)舉架支撐為主要表征，以靈活多變，布局和精巧細(xì)致的裝飾聞名于 世界，其風(fēng)格高雅別致、景深開闊、氣韻生動，形成我國獨有的建筑特色，并深受各國人民的喜愛和 推崇，享有極高的贊譽木結(jié)構(gòu)廣泛

2、應(yīng)用于我國歷代的建筑物中，從帝王的宮殿到平民的住宅，均 使用木結(jié)構(gòu)做主要架構(gòu)因為古建筑木結(jié)構(gòu)的木材特性、結(jié)構(gòu)特征的不同，容易發(fā)生變形、開裂、受 潮、腐蝕、火災(zāi)損害等不利后果，因而需要格外的保護(hù)和特殊的修繕方式通過對我國古建筑木結(jié) 構(gòu)的材質(zhì)特征、結(jié)構(gòu)特征的分析，找尋保護(hù)、維修古建筑的方法 關(guān)鍵詞：中國古建；木結(jié)構(gòu)；建筑構(gòu)架支撐 中圖分類號：TU366；TU一092 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A Some Problems about the Ancient Wooden Structure Characteristics in China Wang Wei (Institute of Beijing Jian

3、gong Architecture Design，BUCEA Beijing 100044) Abstract：The main characteristics of ancient buildings in China is to use timber structure framework to support，and it is famous that they have flexibility，reasonable layout and delicate adorment；its style is elegant；depth of field is open and livelyAll

4、 these above form the unique architectural features，and deeply loved and respected by the people all over the worldThe reason that wooden structure is widely used in different bilildings in the generation of our country，from kingS palace to common peopleS house， is that they all used the timber stru

5、cture to supportBecause the timber charateristics and structure feature used in ancient buildings are different，some of them are out of shape，craze，damp，corrosion and fire damage，they need special protection and maintenanceBy analysing them some good methods to repair are given in the paper Key word

6、s：ancient builidings in China；timber structure；framework suppont 我國古建筑的木結(jié)構(gòu)特征萌于殷商，成型于春 秋，規(guī)范于唐宋，完善于明清，并被歷代建筑師廣泛 應(yīng)用于殿宇、房屋、橋、塔等工程之中，形成了以榫卯 柔性連接工藝為特征的木結(jié)構(gòu)舉架支撐體系，迄今 為止已有近3000年的歷史在木結(jié)構(gòu)建筑的發(fā)展 史中，突出的成果是為了實現(xiàn)設(shè)計的標(biāo)準(zhǔn)化，使不同 的建筑物及各分部之間的尺寸統(tǒng)一協(xié)調(diào)，使之具有 通用性和互換性，以加快設(shè)計速度，提高施工效率、 降低造價，從唐代開始實施了模數(shù)制 隨著科學(xué)的進(jìn)步和現(xiàn)代城市建設(shè)的發(fā)展，古建 筑的木結(jié)構(gòu)正在從經(jīng)驗

7、傳承進(jìn)入到理論分析和科學(xué) 研究階段作為中華文明的代表性建筑模式，中國 收稿日期：20120203 作者簡介：王瑋(1964)，男，工程師，碩士，研究方向：土木結(jié)構(gòu)、鋼結(jié)構(gòu) 28 北京建筑工程學(xué)院學(xué)報 占建筑的木結(jié)構(gòu)特性值得繼續(xù)為學(xué)界所研究，以更 減退 好地實現(xiàn)對古建筑和文物建筑科學(xué)研究和保護(hù) 2 中國古建筑木結(jié)構(gòu)的斗棋形制和榫 1 中國古建筑木結(jié)構(gòu)特性所依據(jù)的哲 卯連接特性 學(xué)基礎(chǔ) 中國古建筑主要采用木結(jié)構(gòu)，它運用木材制作 立柱、房梁，并搭建建筑框架，房頂和屋檐的重量都 被立柱和房梁支撐起來，墻體的作用不是支撐，而是 分隔空間，給建筑布局留下了想象和發(fā)揮的空問 我國自古形成的這種木結(jié)構(gòu)建筑特征

8、，有其形成的 歷史淵源和人文理念，形成區(qū)別于西方建筑以石筑 為主基調(diào)的建筑風(fēng)格在我國的建筑理念中，受到 陰陽五行、金木水火土相生相克學(xué)說思想的影響，體 現(xiàn)在建筑風(fēng)格中即是土為根本，孕育生命，具有負(fù)載 使命；木為支撐，象征著生命活力的始源，故而在建 筑中多以土地廣博，梁柱堅實為表現(xiàn) 此外，與西方不同，我國傳統(tǒng)建筑文化崇尚空問 布局和陰陽風(fēng)水的調(diào)和，把整體建筑分隔成相互對 稱、照應(yīng)的隔問，重視利用景深所構(gòu)建出的雅致、和 諧風(fēng)水學(xué)說通過強調(diào)以人為中心，萬物之間相互 聯(lián)系、相互依存、相互矛盾、相互轉(zhuǎn)化的原理，從宏觀 上優(yōu)化組合，在關(guān)注整體性的同時，尋求各自之間最 平衡和諧的關(guān)系 巾國的發(fā)源地在于長江流

9、域和黃河流域，古代 中國的這兩河流域森林茂盛，森林比石材更加豐富， 由于對青銅器時代工具而言，加工木材要比石材更 容易，建筑哲學(xué)的原因，木質(zhì)材料被人們廣為接受， 成為建筑材料的主流 在選擇木材上，中國古代建筑有自己獨到的選 材標(biāo)準(zhǔn)由于針葉樹種，如紅松、白松、黃花松有順 直的樹干和耐腐朽能力強，并有相當(dāng)強的變形能力， 且易于加工，常被用作梁柱當(dāng)料不夠大時，也常采 取拼接的方法，以獲得較大的截面 針葉樹材質(zhì)具有較強的彈性變形能力和較好的 延性能力，在長時間的負(fù)載后，木材會在發(fā)生一定程 度的變形后停止變形；在反復(fù)荷載作用下，可以看出 其滯迥曲線有很好的耗能效果 由于木材是天然有機材質(zhì)，周圍的溫度、濕

10、度等 氣候因素和其它外部環(huán)境因素，都會對其產(chǎn)生影響， 造成木材損耗的后果，嚴(yán)重時會發(fā)生殘損、折斷，使 整體建筑遭受毀壞因為木材的自然屬性決定了木 材的抗拉性能和抗壓性能會隨使用年限的增加而 中國現(xiàn)存最早的木結(jié)構(gòu)建筑是建于唐代的 臺 山南禪寺和佛光寺部分建筑分析包括此建筑與其 他傳承下來的建筑，進(jìn)行技術(shù)分析，我們會發(fā)現(xiàn)這樣 一些特征 21 中國古建筑木結(jié)構(gòu)的斗棋形制 斗棋形制，又稱斗科，是我國古代建筑木結(jié)構(gòu)的 關(guān)鍵性部件，其主要被應(yīng)用于橫梁和立柱之間，通過 斗棋將屋頂和負(fù)荷承載傳遞到立柱，同時，又具備一 定程度的裝飾、美觀性能，是我國古典建筑的顯著特 征之一斗棋在我國古建筑的應(yīng)用中歷史久遠(yuǎn)，它

11、既能彰顯觀賞性，又能起到荷載重量的功用，具體表 現(xiàn)在斗棋連接立柱和梁架，分擔(dān)了屋頂和房梁的重 量，并將重量轉(zhuǎn)到立柱上，實現(xiàn)了重量由屋頂、房梁 到立柱的轉(zhuǎn)移和承接此外，斗棋還有延伸建筑布 局的功能，裝飾屋檐，減縮梁問跨度等增加觀賞性的 作用 22 中國古建筑木結(jié)構(gòu)的榫卯連接 榫卯(榫頭卯眼的簡稱)是我國傳統(tǒng)古建筑木 結(jié)構(gòu)中的接合兩個或多個構(gòu)件的方式，榫卯結(jié)構(gòu)穩(wěn) 定牢固，榫和卯的嵌入結(jié)合，可限制木材之間的移動 變化，拆卸運輸、維護(hù)修復(fù)也非常便利，并且榫卯的 連接是利用嵌扣組合，而非用鐵釘、螺絲等釘人固 定，不會從內(nèi)部破壞木材品質(zhì)，加快木材的損耗，從 而延長古建筑木結(jié)構(gòu)的使用壽命，提高建筑品質(zhì) 我們

12、應(yīng)當(dāng)對榫卯的力學(xué)原理做進(jìn)一步研究和探討， 在我國古建筑的復(fù)雜榫卯連接結(jié)構(gòu)中，找到榫卯力 學(xué)支撐和相互作用的科學(xué)理論，對古建筑技藝傳承 發(fā)展和對古建筑進(jìn)行維護(hù)修復(fù)起到幫助作用 研究證實，中國古代的建筑充分發(fā)揮了木結(jié)構(gòu) 的特性，達(dá)到了技術(shù)與藝術(shù)形象的高度和諧，表里如 一 我們的祖先當(dāng)時對數(shù)學(xué)、力學(xué)、材料學(xué)、結(jié)構(gòu)學(xué) 的研究已經(jīng)取得了相當(dāng)驚人的成就，對地震的破壞 機理也相當(dāng)了解，通過斗棋形制和榫卯連接特性等 技術(shù)，成功實現(xiàn)了建筑的抗震我國大量的古代建 筑都成功地經(jīng)受住了大地震的考驗，天津薊縣獨樂 寺觀音閣、山西應(yīng)縣木塔等建筑，千百年來，在多次 強烈地震后都屹立不倒 第1期 王 瑋：中國古建木結(jié)構(gòu)受力特

13、性研究相關(guān)問題芻議 29 3 中國古建筑木結(jié)構(gòu)的研究方向 1)迄今為止，對于中國傳統(tǒng)的舉架結(jié)構(gòu)，尚無 法正確地繪出其靜力和動力下的計算簡圖和計算模 型舉架結(jié)構(gòu)柱與柱礎(chǔ)之間，既非鉸樓，又非剛接， 頗似瞬時可變結(jié)構(gòu)但在地震現(xiàn)場的調(diào)查實踐中， 又發(fā)現(xiàn)其有相當(dāng)好的抗水平力能力這種理論和實 踐的差異，至今缺乏令人信服的科學(xué)論證在計算 技術(shù)高度發(fā)展的今天，縱有超人想象的計算速度，沒 有正確的計算模型，就不會有正確的結(jié)果 2)在舉架結(jié)構(gòu)中，梁和柱的連接是保證房屋結(jié) 構(gòu)穩(wěn)定的關(guān)鍵有如鉸接的榫接的梁柱為何在水 平力的作用下，隨著連接處的角變形增大或減小，甚 至表現(xiàn)出阻力加大的現(xiàn)象這說明屋頂?shù)拇怪绷ψ?用，使得節(jié)

14、點的摩擦力增大，從而阻止了節(jié)點變形， 這個重要作用至今我們還不能給出其工作機理和定 量的影響數(shù)據(jù) 3)中國房屋的墻壁屬維護(hù)結(jié)構(gòu)，除自重外并不 承擔(dān)屋頂重量但在中國古建筑或者傳統(tǒng)民居中， 維護(hù)墻的厚度多在6001 000 mm或更厚，并且在 構(gòu)造上，墻對柱形成堵嚴(yán)、擠實、卡滿有些百年以 上的老房，在幾乎所有柱的柱根全部爛掉的情況下， 房屋仍然未塌，說明墻對柱的捧舉作用此外，維護(hù) 墻在水平力作用下，對柱傾斜變形起到極大的限制 作用這從另一個角度詮釋著：一個從結(jié)構(gòu)力學(xué)上 分析的可變結(jié)構(gòu)，何以能夠抵抗地震反復(fù)的水平 作用 4)中國的大型古建筑(例如木塔)，構(gòu)件眾多， 所形成的高次超靜定結(jié)構(gòu)，保證了在局

15、部構(gòu)件失效 情況下，通過內(nèi)力重分配，仍可有效地保證結(jié)構(gòu)的整 體穩(wěn)定，正是基于這種復(fù)雜的超靜定空間結(jié)構(gòu)力的 調(diào)整能力，才使我們不可思議地對這些早被宣布為 危險結(jié)構(gòu)的塔、橋、房屋至今仍屹立不倒這就需要 我們擴大視角，從空問概念出發(fā)去探討復(fù)雜木結(jié)構(gòu) 的結(jié)構(gòu)特性 5)關(guān)于中國大式建筑中的斗拱，過去多從法式 方面進(jìn)行研究盡管斗拱的功能已由隋唐的受力功 能逐步向明清的裝飾功能轉(zhuǎn)化但它在房屋中的抗 震功能始終是有效的中國傳統(tǒng)建筑的屋頂巨大而 沉重，正是因為屋頂下周圈的斗拱在地震中的彈簧 和吸能作用，有效地減輕了房屋在地震波的垂直作 用和水平作用下的屋頂慣性力 6)近年來城市地下交通發(fā)展迅速，地鐵、城鐵 對地

16、面木結(jié)構(gòu)古建筑長期微震動的影響后果的研究 尚屬空白建設(shè)建立長期觀測體系，以為該項研究 提供科學(xué)數(shù)據(jù) 7)中國傳統(tǒng)木結(jié)構(gòu)，其用材屬于天然生成，近 年來修繕用材樹種稀缺，極少儲備，現(xiàn)砍現(xiàn)用，無法 控制含水量建議國家開發(fā)修繕用木材的專用林 區(qū)，豐富用材品種，擴大自然干燥優(yōu)秀用材的儲備 量，為今后維護(hù)木結(jié)構(gòu)房屋提供合格的資源 正是以上諸多次要而隱性的問題，沒有被納人 中國木結(jié)構(gòu)古建筑的破壞機理中去，致使長期以來 人們對舉架的受力特性，缺乏深入的了解，一些極重 要的抗力潛能多被研究者予以忽略這就是為什么 看似構(gòu)造上薄弱的舉架，卻能抵抗地震作用及地基 下沉而不壞的內(nèi)因 參考文獻(xiàn)： 1 楊文論徽州古建筑裝飾

17、藝術(shù)的人文精神J江南大 學(xué)學(xué)報：人文社會科學(xué)版，2010(2)：126 2 徐明剛，邱洪興古建筑木結(jié)構(gòu)老化問題研究新思路 J工程抗震與加固改造，2009(2)：96 3 王云升，劉潔慧，高美娟淺談古建筑木結(jié)構(gòu)材性及結(jié) 構(gòu)特性J科技創(chuàng)新導(dǎo)報，2010(14)：51 4 趙萌，李朝欣，張靖雪中國古建筑木結(jié)構(gòu)的藝術(shù)價值 與結(jié)構(gòu)力學(xué)分析J美術(shù)大觀，2009(5)：210 5 袁東，王曉歡，費本華，等中國發(fā)展現(xiàn)代木結(jié)構(gòu)建筑 現(xiàn)狀與優(yōu)勢J林業(yè)經(jīng)濟(jì)，2011(10)：61 6 方東平，俞茂鉉，宮本裕，等木結(jié)構(gòu)古建筑結(jié)構(gòu)特性 的計算研究J工程力學(xué)，2001(1)：138 7 胡衛(wèi)兵，韓廣森，于海平古建筑榫卯節(jié)點剛度分析 J四川建筑科學(xué)研究，2011(6)：45 8 陳國瑩古建筑舊木材材質(zhì)變化及影響建筑形變的研 究J古建園林技術(shù)，2003(3)：49 9 趙鴻鐵，張錫成，薛建陽，等中國木結(jié)構(gòu)古建筑的概 念設(shè)計思想J西安建筑科技大學(xué)學(xué)報：自然科學(xué) 版，201l(4)：459 責(zé)任編輯：牛志霖