侯艷芳

[摘要]中國古建筑是我國文化遺產(chǎn)的重要組成部分，不僅具有較高的歷史文化價值，其木結(jié)構(gòu)力學(xué)性能對于我國建筑行業(yè)的發(fā)展也具有一定的參考價值。本文將從木材力學(xué)性能以及木架構(gòu)整體受力性能兩個方面對近年來我國學(xué)者對古代木結(jié)構(gòu)建筑的研究進(jìn)展進(jìn)行闡述。

[關(guān)鍵詞]中國古建筑；木結(jié)構(gòu)；力學(xué)性能

文章編號：2095 - 4085（2018）07 - 0042 - 02

中國古建筑以結(jié)構(gòu)性能優(yōu)越、形式優(yōu)美而著稱，是我國文化傳承的重要部分。隨著時間的不斷推移，對古建筑的保護(hù)受到了越來越多的關(guān)注。從上世紀(jì)30年代開始，我國學(xué)者對古代建筑的研究一直未曾停止，結(jié)構(gòu)研究是其中的重要分支。本文總結(jié)了近些年來我國在古建筑木結(jié)構(gòu)方面的研究進(jìn)展，希望能夠為今后的研究奠定堅實(shí)的基礎(chǔ)。

1 中國古建筑的木材力學(xué)性能研究

我國以木材打造建筑的歷史可以追溯到石器和青銅器時代，經(jīng)過長久的實(shí)踐探索，先人們總結(jié)出了一套完善的木結(jié)構(gòu)營造技術(shù)體系。以木材為結(jié)構(gòu)的建筑，木材自然是需要著重研究的一點(diǎn)。

1.1 環(huán)境因素造成的木材材性劣化

很多古建筑的木構(gòu)件在千百年的歷程中，因蟲蛀、老化或是真菌腐朽等原因出現(xiàn)了不同程度的材性劣化現(xiàn)象，但其材性是如何變化的是一個值得深究的課題。我國學(xué)者在這方面的研究不在少數(shù)，如《古建筑木結(jié)構(gòu)維護(hù)和加固規(guī)范》編制組的曹旗、王曉歡以及陳國營等通過對易昌陵碑樓、故宮武英殿、北岳廟大殿等多個古建筑木材的材性進(jìn)行了對比分析，發(fā)現(xiàn)長期使用后的木材，是由于發(fā)生了物理作用和化學(xué)反應(yīng)才會出現(xiàn)各項力學(xué)性能指標(biāo)的降低，且木材種類對這一趨勢有著一定的影響。

此外，為了消除古建筑舊木材缺乏和新舊木材不一致對材性試驗結(jié)果的干擾，徐明剛等人探索出了接種腐朽菌加快木材腐朽的試驗方法，最終獲得了不同腐朽等級木材的物理力學(xué)性質(zhì)及其衰減變化規(guī)律。

1.2 蠕變、荷載持續(xù)作用對木材造成的損傷累積研究

木材是一種黏彈性較強(qiáng)的材料，在荷載作用的長期影響下其變形程度會持續(xù)增加，且其強(qiáng)度也會隨著時間的推移不斷降低。在此過程中，外部溫度、濕度等環(huán)境因素則會加快這一趨勢的發(fā)展，造成木材的損傷累積。截止到目前為止，和上述內(nèi)容有關(guān)的研究進(jìn)展如下：利用彈簧和黏性元件組成的Max-well模型和Voigt模型是木材蠕變研究中應(yīng)用較為普遍的力學(xué)理論模型，Madsion曲線為表征木材荷載持續(xù)作用的實(shí)驗曲線。此外，李瑜、王雪亮等人首先采用Gerhards累積損傷模型對木構(gòu)件的剩余強(qiáng)度和壽命進(jìn)行研究。而關(guān)于古建筑蠕變和荷載持續(xù)作用的研究仍舊處于空白狀態(tài)。

2 古建筑木構(gòu)架受力性能的研究

通過對我國古建筑結(jié)構(gòu)形式的總結(jié)歸納，可以將其分為抬梁式、密梁平頂式、井干式以及穿斗式四種。其中抬梁式的代表有宋朝的殿堂建筑，穿斗式結(jié)構(gòu)的建筑廣泛分布于我國長江流域和東南、西南地區(qū)，井干式結(jié)構(gòu)建筑多見于東北林區(qū)和西南山區(qū)。密梁平頂式結(jié)構(gòu)建筑主要分布在青海、西藏等地區(qū)。

2.1 古建筑結(jié)構(gòu)概念體系分析

我國陳志勇從工程力學(xué)的角度出發(fā)，對古建筑木結(jié)構(gòu)中的“側(cè)腳”以及“生起”的結(jié)構(gòu)作用進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)側(cè)腳可以使柱架的闌額和普拍枋在豎直方向荷載下產(chǎn)生軸壓力，進(jìn)而使梁柱節(jié)點(diǎn)相互緊密結(jié)合，獲得較強(qiáng)的抗彎性能。同時，在水平方向荷載的作用下，對柱架的傳力路徑進(jìn)行了優(yōu)化，極大的削減了柱架承受的不利內(nèi)力。此外，側(cè)腳還能夠發(fā)揮出強(qiáng)化柱架抗傾覆性能的作用。而生起和側(cè)腳發(fā)揮的作用較為類似，一方面對柱架水平方向上荷載的傳力路徑進(jìn)行了優(yōu)化，降低了柱架側(cè)移及其引起的重力二階效應(yīng)。另一方面則降低了柱架的傾覆力矩，提升了其抗傾覆性能。由此可見，側(cè)腳和生起在古建筑木結(jié)構(gòu)中主要發(fā)揮著穩(wěn)固的作用。

此外，張鵬程等、陳華等、古今元等從柱網(wǎng)布置、木構(gòu)件柔韌性、重屋頂、側(cè)腳以及生起等方面切入，對古建筑的抗震體系進(jìn)行了研究。吳玉敏等對金廂斗底槽殿堂式建筑進(jìn)行了研究，重點(diǎn)分析了其“高位不倒翁”以及“柔頸”現(xiàn)象，將二者歸納為古建筑具備高強(qiáng)抗震性能的主要因素。

2.2結(jié)構(gòu)動力特性

對古建筑而言，結(jié)構(gòu)動力特性直接體現(xiàn)了其木結(jié)構(gòu)的振型、頻率以及阻尼等特性，是木結(jié)構(gòu)抵御動荷載性能研究過程中不可缺少的一項特性。如我國李鐵英、車愛蘭等利用環(huán)境振動試驗對應(yīng)縣木塔在小振動水平下的頻率、振型以及阻尼等進(jìn)行了測試。試驗表明古建筑木結(jié)構(gòu)的自身頻率全部低于1.SHz，不會和地震發(fā)生共振，這說明古建筑具有良好的抗震性能。

3 結(jié)語

綜上所述，本文簡要闡述了近些年我國古建筑木結(jié)構(gòu)受力性能以及木材力學(xué)性能方面的研究。對研究成果進(jìn)行了總結(jié)，并指出了研究的薄弱點(diǎn)，希望能夠為后續(xù)研究提供一定的方向，促進(jìn)我國古建筑的良好保護(hù)。

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