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木結(jié)構(gòu)古建筑結(jié)構(gòu)特性分析

2018-02-16 10:30
江西建材 2018年3期
關(guān)鍵詞:斗拱木結(jié)構(gòu)古建筑

中國(guó)是一個(gè)人口繁多、資源豐富的大國(guó)家,也是一個(gè)由56個(gè)民族組成且具有悠久歷史文化的偉大國(guó)家。因?yàn)橹腥A民族之間的相互溝通、經(jīng)濟(jì)與文化交流等,讓我國(guó)越來越強(qiáng)大。在建筑上,我國(guó)建筑居多,且分布的范圍也十分的廣,數(shù)量也多,并且呈現(xiàn)了各式各樣民族的面貌。建筑作為人們的基本實(shí)踐活動(dòng)之一,是人類文明的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。早在原始社會(huì)末期木結(jié)構(gòu)建筑就已經(jīng)存在了,歷經(jīng)奴隸再到封建社會(huì)再由各民族的不斷努力與積累,讓中國(guó)形成了一個(gè)別具一格的建筑體系。隨著二千多年的封建社會(huì),讓我國(guó)的古建筑得到了前所未有的發(fā)展,也制造出了更多的神奇。雖說,大多數(shù)的建筑作品存在著一定的歷史局限,但是這一切的一切的都是我國(guó)古代人民的智慧結(jié)晶,也表明了我國(guó)古代在建筑技術(shù)與藝術(shù)方面的偉大成就,不但是中國(guó)古代文化更是世界人類建筑文化的稀有遺產(chǎn)。

1 木構(gòu)古建筑材料的特點(diǎn)

俗話說的好“經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ)決定了上層建筑?!蔽覈?guó)有著二千多年的封建社會(huì),但也正是因?yàn)槿绱耍覈?guó)古代在建筑時(shí)選擇了木材做為建筑材料的基礎(chǔ)保障。而且,木結(jié)構(gòu)建筑也是最能與經(jīng)濟(jì)相輔佐的,這也是為何在封建社會(huì)時(shí),木材會(huì)成為建筑發(fā)展的主流的一大原因。我們都知道,一個(gè)國(guó)家中最重要的是勞動(dòng)人民,而選擇木材料作為建筑材料的主要也是因?yàn)楹蛣趧?dòng)人民分不開,通常,農(nóng)民自己建造的住宅房子都是經(jīng)過長(zhǎng)時(shí)間準(zhǔn)備的,而所需的材料只需要農(nóng)民自己種植就可獲得。所以,對(duì)于農(nóng)民而言,只要花費(fèi)時(shí)間用心栽培就能收獲房子,無需依賴他人,這一點(diǎn)就給人們帶來了很大的便捷。在古代,應(yīng)用木材建筑有如下幾點(diǎn)優(yōu)勢(shì):①材料儲(chǔ)備容易;②建造容易且工期短;③拆遷改建容易;④易擴(kuò)建等。而這就是為何會(huì)選擇使用木材,畢竟木材是大自然的產(chǎn)物,也是最容易得到的一種材料。所以說,木結(jié)構(gòu)古建筑在當(dāng)時(shí)經(jīng)濟(jì)制度下最方便,也是最切實(shí)際的一種方法。

2 木材料的特性分析

2.1 木材的優(yōu)點(diǎn)

(1)經(jīng)久耐用性。在建筑中,木材是一種質(zhì)量輕耐壓能力強(qiáng)的材料,其密度與金屬、水泥相比都比較小。并且鋼鐵的重量強(qiáng)度都沒有木材的大。木結(jié)構(gòu)建筑韌性大,結(jié)構(gòu)輕,抗沉降,是一種穩(wěn)定耐久的材料。

(2)便捷性。木材與其他材料相比更容易加工,無需使用大型加工儀器技能就能對(duì)木材進(jìn)行加工。

(3)保溫性。木材是出色的絕熱材料之一,在同樣厚度的條件下,木材的隔熱值比標(biāo)準(zhǔn)的混凝土高16倍,比鋼材高400倍,所以木結(jié)構(gòu)建筑保溫性好。

2.2 木材的缺點(diǎn)

(1)膨脹伸縮嚴(yán)重。與其他材料相比,木材極易容易受到周邊環(huán)境的影響,從而發(fā)生嚴(yán)重的變形,影響古建筑的整體結(jié)構(gòu)。

(2)易被腐蝕。木材的主要成為是由有機(jī)高分子組成,特別容易受到昆蟲與真菌的腐蝕,而腐蝕對(duì)木材建筑來說,有著很大的破壞力。

(3)易燃燒。木材常用于燒火,所以它的燃燒點(diǎn)十分的低,一般在100~200攝氏度就會(huì)分解燃燒。

古代與現(xiàn)代無法相比,畢竟各有各的美與好,在古代并沒有現(xiàn)代的鋼筋水泥等材料,所以通常古建筑都是天然的木材建筑而成的。木材的性質(zhì)與其他材料不同,所以在承受力的特性上也會(huì)有著本質(zhì)上的區(qū)別。因此,木材建筑也具備它本身的價(jià)值,木材主要有由有機(jī)高分子組成,其中有碳約40%,氫約6%,氧約42.5%,剩下的是0.5%的氮與1%的礦物質(zhì)。這種比例的合成讓材料既具備彈性也有黏性??墒侨绻静拈L(zhǎng)時(shí)間受到壓力也會(huì)發(fā)生變化,使得所承受的力變小,所以時(shí)間長(zhǎng)了木材的變形也會(huì)不再增加??僧?dāng)木材的承受力超過某種極限,木材的變量就會(huì)與時(shí)間成正比,這種情況是直到木材斷了才會(huì)結(jié)束。所以,我們需要充分的考慮到木材的彈性與黏性,從而了解到木材變形的情況。

目前我國(guó)現(xiàn)有的木結(jié)構(gòu)建筑已經(jīng)使用的幾百年甚至幾千年歷史,且同時(shí)受到時(shí)間與環(huán)境的影響,使木結(jié)構(gòu)建筑或多或少存在著一些腐蝕現(xiàn)象,讓木材料的承受力變小,從而導(dǎo)致古建筑木結(jié)構(gòu)受到一定程度的破壞與承受力的強(qiáng)度減弱。因此,木材料的性能降低會(huì)影響木材料的使用壽命與強(qiáng)度。

為了了解木材的特性與古建筑木結(jié)構(gòu)變形的關(guān)系,我國(guó)著名科學(xué)家陳國(guó)盈分別在1977年與1982年的時(shí)候,利用我國(guó)古建筑維修時(shí)所換下的木材對(duì)其木結(jié)構(gòu)的受力進(jìn)行了分析。實(shí)驗(yàn)中主要測(cè)試橫紋與順紋的沖擊、拉彎。硬度、抗壓強(qiáng)度,從而了解到木結(jié)構(gòu)古建筑的材料不管年代,材料的變形情況基本相同。

由此可知,木材材料的不同性能也會(huì)有所不同。然而我國(guó)目前還未能研發(fā)出各種木材料使用后的力學(xué)變化規(guī)律。所以,我國(guó)日后的古建筑研究應(yīng)該針對(duì)各木材料的性能變化而研究。

3 古建筑木結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)特性

古代建筑通常都是以木構(gòu)架為主,這種木結(jié)構(gòu)在商、周時(shí)候就已出現(xiàn),而隨著時(shí)間的發(fā)展,漸漸形成了以抬梁、穿斗、井干為主的三種不同結(jié)構(gòu):①抬梁式。抬梁式是指在立柱上架梁,又在梁上抬梁的結(jié)構(gòu),其大多應(yīng)用在大型的建筑物中,比如宮殿、寺廟等等;②穿斗式。穿斗式是指用穿枋把一排排的柱子穿成排架,然后在用枋連接在一起,成為穿斗式,多數(shù)應(yīng)用與民間或小型的建筑內(nèi);③井干式。井干式是指用木材交叉堆積,其形成像井的建筑,而取其為名,這種結(jié)構(gòu)相比較簡(jiǎn)單所以使用的較為少。

木結(jié)構(gòu)建筑有很多的優(yōu)點(diǎn)。首先,木結(jié)構(gòu)正好將維護(hù)結(jié)構(gòu)與承重結(jié)構(gòu)分開了,使承重與圍護(hù)結(jié)構(gòu)分工明確,屋頂?shù)闹亓坑心緲?gòu)架承受,既能遮擋陽(yáng)光也能隔熱防寒。由于墻壁無需承受屋頂重量,所以這種結(jié)構(gòu)有很大的靈活性。其次,木結(jié)構(gòu)非常有利于防震、抗震,由于木材具有特殊的性質(zhì),所以在構(gòu)建時(shí),所用的斗拱有很大的伸縮空間,因此在一定程度上減少了地震造成的危害。

中國(guó)的古建筑多飾多樣,在漢代的時(shí)候就已有懸山、歇山、囤頂?shù)鹊刃问?,后來有出現(xiàn)了拱券頂、十字坡頂?shù)榷鄻邮?。在古代建筑中屋頂通常都是采用的較大的出檐,只是為了能夠更好的保護(hù)木構(gòu)架??墒浅鲩芤灿胁蛔阒?,出檐有礙于光線的照射,并且還會(huì)因?yàn)槲蓓斢晁牧飨缕茐呐_(tái)基,由此人們?yōu)榱私鉀Q這一問題,采用了屋面舉拆、屋角起翹等方法,從而讓屋頂看似更活潑輕盈些。

古建筑從結(jié)構(gòu)方面來看,其實(shí)與現(xiàn)代的框架結(jié)構(gòu)基本相同,而不同的在于節(jié)點(diǎn)構(gòu)造的不同。在古建筑中,斗拱是最復(fù)雜的節(jié)點(diǎn),斗拱擁有兩千多年的歷史,它主要應(yīng)用在大型的建筑物中,且主要承受屋面與上梁梁架的負(fù)荷,從而將負(fù)荷傳遞給柱子。在室內(nèi)應(yīng)用斗拱,是為了分散梁節(jié)點(diǎn)處剪力與縮短梁跨度的作用,所以斗拱雖說最復(fù)雜,但也最實(shí)用。

由此可知,不管是現(xiàn)代還是古代,木結(jié)構(gòu)古建筑都能為人們提供舒適、自然的住宅環(huán)境,并且木材還是可再生的綠色建筑材料,所以從節(jié)能環(huán)保角度出發(fā),木結(jié)構(gòu)建筑有著很多好處,不僅有利于環(huán)境保護(hù),同時(shí)還可以提高我國(guó)的經(jīng)濟(jì)水平,而從可持續(xù)發(fā)展的角度出發(fā),合理的運(yùn)用木材,能夠讓建筑行業(yè)走的更遠(yuǎn)、更高。

[1]謝啟芳,杜彬,錢春宇,等.古建筑木結(jié)構(gòu)燕尾榫節(jié)點(diǎn)彎矩-轉(zhuǎn)角模型研究[J].工程力學(xué),2016,33(8):39-44.

[2]張風(fēng)亮,朱武衛(wèi),薛建陽(yáng),等.碳纖維布加固木結(jié)構(gòu)古建筑彈塑性動(dòng)力時(shí)程分析[J].結(jié)構(gòu)工程師,2015,31(1):174-181.

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