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穿斗式古建筑的抗震性能问题研究

艾笑竹

【摘要】统通过翔实的历史、考古资料， 和许多现存四川古建筑的地震经历，阐述了古代川西木结构建筑防震思想的形成和抗震性能问题。许多龄逾千年、屡历大震而仍然安全的大型古建筑中蕴涵的防震措施与我们现代隔震、减震、控震方法相吻合。尤其，诸如“ 夯实地基” “ 控制高宽比” “ 双层‘圈梁” “ 柱侧脚生起”“榫卯结构”简洁有效的措施在川西木构建筑中的成功应用， 为我们今天解决隔震、控震结构问题开辟出可资借鉴的合理途径。本文试就川西地区典型的穿斗式木结构建筑的抗震性能做一简略分析，以供研究参考。
【关键词】穿斗式;木结构建筑;抗震
地震时，由于地震波的作用产生地面运动，通过房屋基础影响上部结构，使结构产生振动，房屋振动时产生的惯性力就是地震荷载。地震波可能使房屋产生垂直振动与水平振动，但一般对房屋的破坏主要是由水平振动引起，因此，设计中主要考虑水平地震力。穿斗式古建筑的抗震的原因主要从以下几方面来考虑：
1、选址得当
古代建筑从选址到开始建造要经历漫长的时间，其中选择合适的地点进行建造对建筑的抗震至关重要。在地震频繁的四川地区，尽量选址在平原的川西地区，其次交通、河流和附近是否又建筑物也成古建筑选址的重要因素。居民从性质规模形态与行政建置相互关系的角度来划分，有三种居住选址基本形态。一是盆地内农业最为发达，人口最多，城镇聚落大多集中在盆地内。二是沿主要交通线，特别是古驿道、古栈道、古盐道及茶马古道等古商道分布较多。三是沿江河溪流分布的城镇乡场多，规模大。四是坝子、河谷地区有较多的城镇乡场分布。[1]
除此之外，四川建筑的选址还有其他的几个原则：
要塞原则：在古代四川地区，虽然盆地四周地形险峻，但是古人选址还是要考虑到军事因素。
码头原则：古代由于交通运输不发达，大多数物资运输都通过河道，而河流亦是生活必不可少的条件。
2、地基坚实而匀称
无论是古建筑还是现代建筑，基础工程都是抗震的重要条件，尤其是在四川这样的多地震省份。如果地基不夯实，或者是软硬不均匀，那么遇到地震就会发生沉降现象，建筑自然也就会增加倒塌的危险。
古代建筑的地基基础大致分为三类：夯土基础，瓦渣基础，灰土基础，桩基础。[2]而普通住宅由于要求没有官式建筑那么高，所以只打浅基础即可。
3、梁架用材尺寸得当
穿斗式木构建筑虽然不像北方古建筑那样用材过大，但是原则上还是参照《营造法式》和《清式营造则例》官式建筑的用材尺寸。
“材”是木构建筑中的构件“栱”的断面，它本身的高宽比为3：2，再将高分成15份，宽分成10份，其中一份成为分。材的高度《营造法式》称为“广”。《营造法式》把材分为八个等级。[3]
4、柱网布置合理
以最基本的三开间带前廊的穿斗式古建筑为例，四排排架组成基本的配置方法，构成内外两圈柱子的配置方式。类似于现代框架梁柱结构中的柱，这样建筑的立面就可以灵活布置。平面的面宽，进深，构架高。面阔与进深的比例及高于进深的比例均在4：3左右。这样的平面布置与高度的比例是很稳定的，有利于抗侧向水平推力。而在四川岷江沿岸这样多地震地区，穿斗式木构建筑则在各贴柱顶之间加一道穿枋，檐柱间设地脚枋，来保证整体的稳定性。当地居民不用土墙作为建筑的围护结构，而是编笆泥墙，也保证了地震时不造成更大伤害。
5、柱子侧脚起稳定作用
柱子侧脚是我国古代建筑工匠在长期的实践过程中，创造的一种稳定木结构的方法，在宋代《营造法式》一书中，已被定为建筑结构的一种制度。这种方法就是将建筑物兩侧的柱子柱脚向外侧出，柱头向里收，如果把柱头上连接的枋子绘成图，便成为一个平顶方形锥体。四川古建筑也借鉴这种做法，这样在建筑物遇震时，重心不易外出，比较稳定。
6、撑弓吊瓜起辅助作用
撑弓吊瓜是四川地区穿斗式木构建筑的建筑特点，挑枋穿出檐柱和廊柱端头由吊瓜穿入封住，撑弓一段插入廊柱，一段穿入挑枋和吊瓜，这样，挑枋、撑弓、吊瓜就形成了一个稳定的三角形结构，三个构件相互锁住，为建筑结构的稳定又起到了重要作用。
7、榫卯严实结合紧而不固
四川地区的榫卯和其他地区的榫卯结构原理大致相同，但只是形制方面有些区别。例如：燕尾榫，馒头榫。分类上也有有单卡和双卡之分，结构中一般榫卯形式都是单卡，但是较为重要的节点和联接薄弱的地方也或用双卡来增加稳定性。榫和卯结合严实，紧密，但是由于榫卯结构的特点左右前后方向都不能拉扯开，只能从上方将榫卯分开。
8、木结构材料的抗震优势
木材的另一个重要力学性能就是其顺纹强度高于横纹强度。在古建筑的木结构中，作为主要竖向受力构件的柱利用的是其顺纹强度，而梁式构件因为利用的是其横纹强度，从而导致其承载力低于柱构件，而这恰恰是当今抗震概念设计所提到的“强柱弱梁”思想的集中体现
木材的另一个重要力学性能就是其顺纹强度高于横纹强度。在古建筑的木结构中，作为主要竖向受力构件的柱利用的是其顺纹强度，而梁式构件因为利用的是其横纹强度，从而导致其承载力低于柱构件，而这恰恰是当今抗震概念设计所提到的“强柱弱梁”思想的集中体现。
参考文献：
[1]李先逵.四川民居[M].北京：中国建筑工业出版社，2009.
[2]余志华，姚平录.中国古代建筑技术史[M].北京：科学出版社，2000.
[3]刘敦桢.中国古代建筑史[M].北京：中国建筑工业出版社，1984.

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