古建筑木結構的結構性能研究綜述

摘要：現在人們越來越重視古建筑的建筑結構，同時開始針對古建筑的結構形式進行了大量研究和分析。本文針對古建筑木結構的營造特點進行了介紹，同時還論述了古建筑木結構的性能問題。

關鍵詞：中國古建筑；木結構；結構性能

木質結構在古建筑當中非常的常見，隨著歷史的不斷推進和變化，很多木質結構在經歷自然災害、戰火以及雷擊之后，仍然能夠很好的保存下來，這就是古建筑木結構良好性能的一種體現。本文針對古建筑木結構的的結構性能進行了研究，希望不僅可以對古建筑的維護具有一定的作用，同時還能夠對現代建筑結構提供一定的借鑒作用。

1.古建筑木結構的木材性能以及結構特點

1.1木材性能

優質木材在古建筑當中應用的比較多，其主要具有以下幾個方面的優點：①古建筑木材的韌性往往比較好，其需要對一定的沖擊和震動起到承擔作用；②古建筑木材通常具有較大的強度，而且具有多孔結構，這樣能夠使木材本身產生較好的保溫性能；③古建筑的木材可以在水環境或者干燥環境當中得到長期的保存，并且仍舊具備比較好的性能，很少會出現變形的情況；④古建筑木材一般具備加工方便以及操作方便的優勢，可以將很多種造型和結構制作出來，不僅非常堅固，同時還具有美觀的特點；⑤古建筑木材具有較為廣泛的木材資源，因此能夠實現大面積的利用，同時木材在解體之后還不會使環保以及生態環境受到影響。

1.2結構特點

木結構在古建筑當中應用的比較廣泛，這是由于木質結構的性能比較好，能夠對全部建筑結構的荷載起到有效的承載作用，而且其穩定性還能夠持續非常長的時間。古建筑具有比較復雜的式樣以及較多的種類，其中主要包括攢尖建筑、卷棚建筑、硬山建筑、歇山建筑以及龐殿建筑等各種類型。在設計布局方面古建筑具有層次分明以及均勻對稱的特點，并且往往會采用中心庭院、四周房屋的布局[1]。

2.古建筑木結構的結構性能

作為應用最為廣泛的古建筑結構，木質結構在現在受到了普遍的重視。而殿堂式的古

建筑木質結構可以被劃分為以下幾種形式，也就是鋪作層、柱架層以及臺基層等結構分層，下面本文針對個分層結構的特點以及力學性能進行分析和探討。

2.1臺基層的特點以及結構性能

相對于現代建筑結構而言，古代建筑木結構具有較多的不同之處，古建筑的主要木結構臺基層除了包括磉墩以及基礎石之外，同時還包括磉墩下面的人工夯土臺基礎。采用這種結構能夠使古建筑結構的美觀度得到充分的保證。一些古建筑結構往往采用人工夯土臺基制作基座，這樣就能夠有效的保證整個建筑結構的安全和穩定。整體結構上部區域會由于高臺基的設定從而將自身的動力特性改變掉，其指的是上部結構區域會由于該結構而產生不斷增加的位移加速度。大量的古建筑木結構研究證明，放大是高臺基的主要功能，其能夠對地面運動地下結構產生直接的影響，特別是處于頂部結構的鐘樓木結構，其能夠達到容許范圍的5-6倍的水平響應速度。因此古建筑結構振源以及隔振是在古建筑結構保護中必須要重視的兩個方面。一旦發生地震，肯定就會對建筑造成較大的影響，一旦結構當中存在著不穩定的因素，就會使建筑物的整體性能受到極大的破壞。然而古建筑木質結構當中存在的柱腳以及隔震體系等都會緩解建筑物受到的地震影響。經過大量的研究表明。如果在發生地震的情況下，就會有滑移的現象出現在建筑的柱腳中，首先這樣就能夠有效的降低振動的能量，最終可以在強震的作用下使振動對建筑物的影響降到最低；其次地震作用產生的能量還會在柱腳的滑移作用下向其他方位傳遞，這樣滑移就可以將阻尼提供出來，大幅度降低整體建筑結構的相對的速度、相對位移的峰值以及加速度，最終能夠使整體建筑的結構得到有效的保護[2]。

2.2柱架層的特點以及結構性能

作為古建筑中比較重要的結構，柱架層結構具有自身的特點。在柱架層結構當中不會選用鐵以及釘子，其在對柱梁生起、側腳和節點的雀替和柱架進行連接的時候采用榫卯，這樣就能夠將完美的古建筑結構打造出來。經過對生起以及側腳的大量研究，我們可以發現木質結構的位移在側腳和生起的作用下得到有效的降低，并且能夠使各種構件受力得以不斷的減少，最終使建筑物整體結構的抗震性能得到有效保證。同時檐柱的軸壓力響應峰值、加速度峰值、柱頭位移響應峰值都能夠通過側腳結構以及生起結構得到有效的降低，充分的保證了整體結構的穩定性。

相對于現代建筑結構的加腋梁而言，古建筑木結構當中的雀替具有相類似的作用，其不僅能夠保證立面的豐富性，同時梁端的抗彎能力以及抗剪能力也會由于雀替的存在而得以有效加強。除此之外，雀替還可以提升節點的強度以及剛度，使額枋的計算跨度得以減少的同時，還能夠減輕額枋的應力。

相對于現代建筑結構當中的節點而言，榫卯節點的特性具有較大的不同，其不僅能夠對一定的彎矩進行傳遞，同時轉動能力還比較強。半剛性榫卯節點在水平反復荷載的作用下就會有限位移動以及滑移的現象出現在榫與卯之間，這樣就會導致出現擠壓變形，并且產生比較顯著的滯回耗能減震作用。因為柱腳的存在，可以有效的降低基礎跟柱之間出現的約束性。采用這種結構形式能夠使整體結構受到的地震的影響得到有效降低，減輕地震過程中對古建筑結構延性的需求。與此同時，在其作用下，礎石的傾覆力矩的抗拉也會得到一定程度的降低，最終能夠使整體建筑結構具備較強的抗震性能[3]。

2.3屋蓋層與輔作層的結構性能

輔作層就是柱架層和梁架層之間的過渡段。輔作層主要有枋、昂、栱和枓幾部分，由交疊的橫木組成一個墊梁支座。輔作層的主要作用為支撐大屋頂、起到過渡空間和構造連接的作用。栱和枓可以向挑檐外伸出，避免雨水對柱身造成侵蝕。而且栱和枓的整體結構還具備了降低跨度、耗能減震和傳遞荷載的作用，能夠增加建筑的美觀性。在木結構的古建筑中，大屋蓋象征著森嚴的封建等級制度和政治制度，其形式的需要讓位于政治的需要。只有皇家建筑、寺廟建筑可以使用廡殿式屋蓋，次之則是歇山式屋蓋，此外還有一些其他形式的屋蓋，例如中間收束的攢尖式、懸山式硬山式卷棚等。

2.4古建筑木結構的整體抗震性能

立足于抗震的角度，與現代建筑結構當中的控震、減震以及隔震理念相結合，對古建筑進行研究，我們可以發現古建筑木結構的抗震性能往往比較高。有學者[4]實施了模擬地震振動臺試驗，定性分析了我國某一古建筑木結構的扭轉效應、動力特性以及破壞形態，發現其摩擦隔振性能以及耗能減震性能比較好，同時還將地震相響應規律和古建筑木結構自身的動力特性得了出來，這樣就提供了非常詳盡的資料，從而使修繕加固古建筑木結構的工作變得更加方便。

3.結語

建筑結構直接關系著建筑的質量、性能和美觀，我國的木結構古建筑具有獨特的性能和特點，性能優良、美觀性強。了解我國古建筑木結構的結構特點，對維護我國的古建筑有著重要的作用，對于現代建筑的結構也可以提供借鑒。

參考文獻：

[1] 趙鴻鐵，張錫成，薛建陽，隋，張風亮. 中國木結構古建筑的概念設計思想[J]. 西安建筑科技大學學報（自然科學版）. 20112（04）

[2] 陳志勇，祝恩淳，潘景龍. 復雜應力狀態下木材力學性能的數值模擬[J]. 計算力學學報. 2013（04）

[3] 徐明剛，邱洪興. 古建筑舊木材材料性能試驗研究[J]. 工程抗震與加固改造. 2012（04）

[4] 周乾，閆維明. 鐵件加固技術在古建筑木結構中應用研究[J]. 水利與建筑工程學報. 2012（01）