穿斗式古建筑的抗震性能問題研究

文/艾笑竹 四川大學(xué)錦江學(xué)院 四川眉山 620860

地震時(shí)，由于地震波的作用產(chǎn)生地面運(yùn)動，通過房屋基礎(chǔ)影響上部結(jié)構(gòu)，使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生振動，房屋振動時(shí)產(chǎn)生的慣性力就是地震荷載。地震波可能使房屋產(chǎn)生垂直振動與水平振動，但一般對房屋的破壞主要是由水平振動引起，因此，設(shè)計(jì)中主要考慮水平地震力。穿斗式古建筑的抗震的原因主要從以下幾方面來考慮：

1、選址得當(dāng)

古代建筑從選址到開始建造要經(jīng)歷漫長的時(shí)間，其中選擇合適的地點(diǎn)進(jìn)行建造對建筑的抗震至關(guān)重要。在地震頻繁的四川地區(qū)，盡量選址在平原的川西地區(qū)，其次交通、河流和附近是否又建筑物也成古建筑選址的重要因素。居民從性質(zhì)規(guī)模形態(tài)與行政建置相互關(guān)系的角度來劃分，有三種居住選址基本形態(tài)。一是盆地內(nèi)農(nóng)業(yè)最為發(fā)達(dá)，人口最多，城鎮(zhèn)聚落大多集中在盆地內(nèi)。二是沿主要交通線，特別是古驛道、古棧道、古鹽道及茶馬古道等古商道分布較多。三是沿江河溪流分布的城鎮(zhèn)鄉(xiāng)場多，規(guī)模大。四是壩子、河谷地區(qū)有較多的城鎮(zhèn)鄉(xiāng)場分布。［1］

除此之外，四川建筑的選址還有其他的幾個(gè)原則：

要塞原則：在古代四川地區(qū)，雖然盆地四周地形險(xiǎn)峻，但是古人選址還是要考慮到軍事因素。

碼頭原則：古代由于交通運(yùn)輸不發(fā)達(dá)，大多數(shù)物資運(yùn)輸都通過河道，而河流亦是生活必不可少的條件。

2、地基堅(jiān)實(shí)而勻稱

無論是古建筑還是現(xiàn)代建筑，基礎(chǔ)工程都是抗震的重要條件，尤其是在四川這樣的多地震省份。如果地基不夯實(shí)，或者是軟硬不均勻，那么遇到地震就會發(fā)生沉降現(xiàn)象，建筑自然也就會增加倒塌的危險(xiǎn)。

圖1 三開間帶前廊穿斗式木構(gòu)建筑剖面圖（作者自繪）

古代建筑的地基基礎(chǔ)大致分為三類：夯土基礎(chǔ)，瓦渣基礎(chǔ)，灰土基礎(chǔ)，樁基礎(chǔ)。［2］而普通住宅由于要求沒有官式建筑那么高，所以只打淺基礎(chǔ)即可。

3、梁架用材尺寸得當(dāng)

穿斗式木構(gòu)建筑雖然不像北方古建筑那樣用材過大，但是原則上還是參照《營造法式》和《清式營造則例》官式建筑的用材尺寸。

“材”是木構(gòu)建筑中的構(gòu)件“栱”的斷面，它本身的高寬比為3：2，再將高分成15份，寬分成10份，其中一份成為分。材的高度《營造法式》稱為“廣”。《營造法式》把材分為八個(gè)等級。［3］

4、柱網(wǎng)布置合理

以最基本的三開間帶前廊的穿斗式古建筑為例，四排排架組成基本的配置方法，構(gòu)成內(nèi)外兩圈柱子的配置方式。類似于現(xiàn)代框架梁柱結(jié)構(gòu)中的柱，這樣建筑的立面就可以靈活布置。平面的面寬，進(jìn)深，構(gòu)架高。面闊與進(jìn)深的比例及高于進(jìn)深的比例均在4：3左右。這樣的平面布置與高度的比例是很穩(wěn)定的，有利于抗側(cè)向水平推力。而在四川岷江沿岸這樣多地震地區(qū)，穿斗式木構(gòu)建筑則在各貼柱頂之間加一道穿枋，檐柱間設(shè)地腳枋，來保證整體的穩(wěn)定性。當(dāng)?shù)鼐用癫挥猛翂ψ鳛榻ㄖ膰o(hù)結(jié)構(gòu)，而是編笆泥墻，也保證了地震時(shí)不造成更大傷害。

5、柱子側(cè)腳起穩(wěn)定作用

柱子側(cè)腳是我國古代建筑工匠在長期的實(shí)踐過程中，創(chuàng)造的一種穩(wěn)定木結(jié)構(gòu)的方法，在宋代《營造法式》一書中，已被定為建筑結(jié)構(gòu)的一種制度。這種方法就是將建筑物兩側(cè)的柱子柱腳向外側(cè)出，柱頭向里收，如果把柱頭上連接的枋子繪成圖，便成為一個(gè)平頂方形錐體。四川古建筑也借鑒這種做法，這樣在建筑物遇震時(shí)，重心不易外出，比較穩(wěn)定。

6、撐弓吊瓜起輔助作用

撐弓吊瓜是四川地區(qū)穿斗式木構(gòu)建筑的建筑特點(diǎn)，挑枋穿出檐柱和廊柱端頭由吊瓜穿入封住，撐弓一段插入廊柱，一段穿入挑枋和吊瓜，這樣，挑枋、撐弓、吊瓜就形成了一個(gè)穩(wěn)定的三角形結(jié)構(gòu)，三個(gè)構(gòu)件相互鎖住，為建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定又起到了重要作用。

圖2 廊穿斗式木構(gòu)建筑撐弓吊瓜及燕尾榫平面示意圖（作者自繪）

7、榫卯嚴(yán)實(shí)結(jié)合緊而不固

四川地區(qū)的榫卯和其他地區(qū)的榫卯結(jié)構(gòu)原理大致相同，但只是形制方面有些區(qū)別。例如：燕尾榫，饅頭榫。分類上也有有單卡和雙卡之分，結(jié)構(gòu)中一般榫卯形式都是單卡，但是較為重要的節(jié)點(diǎn)和聯(lián)接薄弱的地方也或用雙卡來增加穩(wěn)定性。榫和卯結(jié)合嚴(yán)實(shí)，緊密，但是由于榫卯結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)左右前后方向都不能拉扯開，只能從上方將榫卯分開。

8、木結(jié)構(gòu)材料的抗震優(yōu)勢

木材的另一個(gè)重要力學(xué)性能就是其順紋強(qiáng)度高于橫紋強(qiáng)度。在古建筑的木結(jié)構(gòu)中，作為主要豎向受力構(gòu)件的柱利用的是其順紋強(qiáng)度，而梁式構(gòu)件因?yàn)槔玫氖瞧錂M紋強(qiáng)度，從而導(dǎo)致其承載力低于柱構(gòu)件，而這恰恰是當(dāng)今抗震概念設(shè)計(jì)所提到的“強(qiáng)柱弱梁”思想的集中體現(xiàn)

木材的另一個(gè)重要力學(xué)性能就是其順紋強(qiáng)度高于橫紋強(qiáng)度。在古建筑的木結(jié)構(gòu)中，作為主要豎向受力構(gòu)件的柱利用的是其順紋強(qiáng)度，而梁式構(gòu)件因?yàn)槔玫氖瞧錂M紋強(qiáng)度，從而導(dǎo)致其承載力低于柱構(gòu)件，而這恰恰是當(dāng)今抗震概念設(shè)計(jì)所提到的“強(qiáng)柱弱梁”思想的集中體現(xiàn)。