浅析木构建筑发展及抗震原理

　　摘要：地震是一种突发式的自然现象，是地球上板块与板块之间相互挤压碰撞，板块边沿及板块内部产生错动和割裂，与洪水、飓风、瘟疫并称为影响人类的四大灾害。由于我国地处亚欧板块，位于世界两大地震带——环太平洋地震带和欧亚地震带之间，从古至今发生各种大大小小的地震，造成了大量的损失，所以抗震是从古至今永恒不变的话题。在科技不发达古代，古人靠经验和智慧创造出的木构建筑物也能在一定程度上抵抗地震的破坏。本文简析古建筑结构的发展及其抗震设计原理效果。

　　关键词：木构建筑;木构发展史;抗震设计

　　引言：世界上每年都发生上百万次地震，但是大部分地震我们是感受不到的，只有通过十分灵敏的仪器才能检测到，而部分地震发出的能量及伤害是巨大的，如何在地震来临时免受生命危险是亘古不变的研究课题。现代建筑的“小震不坏，中震可修，大震不倒”是一直追求的一个标准，此标准放在古代也同样适用。木构建筑作为我国古代建筑的主流，发展源头可以追溯到六千多年前的河姆渡干阑式木构建筑。干阑式木构已初具建筑雏形，遗址中发现带有榫卯结构的梁、柱、板、枋等，采用的榫卯结构为以后的木构发展提供了基础。许多木构建筑能在历史长河中保存下来，与其抗震能力有着密不可分的关系，本文对木构建筑的历史及抗震性能进行简析讨论。

　　木构建筑的发展历程

　　中国文化起源于黄河流域及长江流域，两河流域有着丰富的木材资源，为木构建筑的发展提供了天然优势。同时，我国是幅员辽阔的多民族国家，各方面差异较大，从而形成各具特色的建筑风格，加上古代的信息交流不发达，使得各个地方的建筑特色得以保留。例如适合南方炎热潮湿的架空干阑式建筑，北方游牧便于迁徙的轻木骨架覆以毛毡的毡包式居室，清真寺的晚顶，新疆的土墙平顶或拱顶。每个每个地方都有适合自己的独特特点，不具备普遍性，没有代表中国古代建筑的主流建筑风格。在距今约六、七千年前，出现了河姆渡的干阑式木构建筑，是我国目前已知最早采用榫卯技术的木构建筑实例，其构造已初具木构造建筑的雏形，也是中国木结构建筑的一个里程碑。随着青铜器铁质工具的出现，为木构的发展提供了有力的帮助，使木构建筑的技术和质量得到了质的飞跃。到南北朝末期，木构建筑的五种形式——庑殿、悬山、折线式歇山、攒尖、囤顶已初具雏形，随后秦汉的统一及魏晋南北朝与外域的文化交流，对木构建筑产生重大影响。

　　在之后几百年间，建筑的构造更趋成熟，施工工艺及管理也日益完善。到了唐朝，国家的繁荣鼎盛使得各个地区民族的文化得到融合统一，居住制度也更为完善。在木构建筑史上有几本广为人知的木构专著：《木经》、《营造法式》、《鲁班经》、《工程做法则例》，其中《木经》是我国第一部木结构建筑手册，《营造法式》则是中国古代最完整的建筑技术书籍，标志着中国古代建筑已经发展到了较高阶段。

　　木构建筑的抗震性能

　　中国木构建筑在经历几千年的历史变化及各种地质灾害中仍能屹立不倒，与其结构材料特性有着密不可分的关系。在自然灾害中，地震对建筑的破坏是影响最大的，地震时板块产生巨大的能量，处于地震活跃带上的建筑物必须有一定的抗震能力来减少损失。自有纪录以来，中国发生的8.0级以上大地震多达19次，小地震不计其数，木构建筑在经历大大小小地震后依然挺立，足以证明木构建筑的抗震能力。

　　1、基础

　　基础作为支撑整个建筑的部分，承受的地震荷载最大。中国古代木构建筑基础处理方式主要有两种形式，换土法和密实加固法。换土法首先检测建筑位置土壤性能，如若不适合承载建筑物则采用换土法，一般土层相对软弱或是构造较为复杂可采用此方法。先挖去不合要求的部分，换成低压缩性散体材料后进行夯实，夯实后的土层具有良好的稳定性和承载能力。密实加固法主要使用打桩技术对土层加固，主要使用在粉砂层，使土层形成一个有承载力的持力层。

　　2、台基

　　木构建筑中的台基类似现代混凝土建筑中的筏式基础，构造为立柱与基础之间放置柱脚石，不仅可以防潮避水，还可以起到调度空间、扩大体量、稳固基础的作用，同时还可以是等级制度的体现。由于台基在结构中承担的是支撑作用，与立柱及基础都不是固定关系，受到震动时建筑柱子可以小幅度进行移动，所以可以在很大程度上减少地震波对建筑物的影响。

　　3、结构体系

　　中国木结构建筑采用构架制的结构原理，在汉代就形成了以抬梁式和穿斗式为代表两种结构体系，同时这也是中国木构建筑的特点，对后续的建筑发展起重要作用。斗拱这两种结构体系主要优点是能够使柱子与屋架间承接过渡，使建筑物上部荷载能及时传递到柱子上，再通过柱子传递到地基上，在地震来临时能够很好进行荷载传递，同时也能减少剪切力对建筑物的损害，从而降低对建筑的影响。

　　4、建筑材料

　　组成木构建筑主要材料是木材，木材的质量决定了建筑的质量。木构建筑拥有良好的抗震能力，与木材本身的材料属性有直接联系。木材具有良好的可塑性和弹性，古代木构建筑使用木材大多为天然木材，一般选用松木和杉木，相对现代的钢筋混凝土有更好的柔韧性，在高级的木构建筑中，例如宫廷建筑中，多数使用成材年份长、韧性更高的金丝楠木作为主要木材，天然优势使木材在地震来临时可以承受更大的变形。

　　5、建筑布局

　　在中国木构建筑布局上，会在最大程度上保证其对称性。主要或重要建筑放置在中轴线上，次要建筑分布在其两侧，不仅是等级制度的体现，更是能起到一定的抗震效果。对称结构与现代抗震设计要求中结构质量与刚度的中心一致相似，同时大部分建筑选用低矮、宽阔的稳定结构，在地震发生时可以保证建筑能够更好地平衡震冲击力。

　　6、斗拱

　　在中国木构建筑结构中，有一种特殊的结构——斗拱，位于梁与柱之间，作为承上启下的构件，力传递的中介，上下荷载的传递都需要通过它，犹如在梁柱中间放置一道弹簧层，起到了平衡的作用。斗拱由小木料，即斗和拱榫接一起，它们能够调整倾斜角、平衡弯矩，在受到地震震动时，斗拱通过榫卯之间的摩擦错位来起到能量消耗的作用。榫卯结构是抗震的关键，与现代框架结构有异曲同工之妙。经过相关实验得出结论，古建筑木构架具有明显的捏拢特性和较好的变形能力，在榫头完全拔出之前，构架等效粘滞阻尼系数随着构架侧移增大而增大从而趋于稳定。

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　　结束语

　　中国地大物博历史悠久，古代木结构不仅拥有极其珍贵的历史价值,艺术价值,还具有科学价值。传统木构建筑是中国独具特色的独立系统，对周边国家乃至亚洲都产生的深远的影响。这种结构系统，无论如何发展，始终保持着统一的结构原则，能够经受住大大小小地震的考验，很多已有上千年历史的木结构古建筑仍能保持完好，充分表明了这种结构体系良好的结构性能与抗震能力，同时也说明了其存在的结构合理性和研究价值。我国的木构建筑抗震设计原理值得我们去学习，并运用到现代建筑当中，研究出抗震效果更好的建筑来减少人们的生命和财产损失。

　　参考文献：

　　1、潘古西，中国建筑史【M】，第六版，中国建筑工业出版社，2009.8。

　　2、梁思成，梁思成全集【M】，第六卷，北京，中国建筑工业出版社，2001.

　　3、周乾、闫维明、张博，中国古代木构建筑抗震机理及抗震加固效果的实验研究【R】，北京工业大学，2010。

　　作者：郑品捷

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