穿斗式古建筑的抗震性能問題研究

艾笑竹

【摘要】統通過翔實的歷史、考古資料， 和許多現存四川古建筑的地震經歷，闡述了古代川西木結構建筑防震思想的形成和抗震性能問題。許多齡逾千年、屢歷大震而仍然安全的大型古建筑中蘊涵的防震措施與我們現代隔震、減震、控震方法相吻合。尤其，諸如“ 夯實地基” “ 控制高寬比” “ 雙層‘圈梁” “ 柱側腳生起”“榫卯結構”簡潔有效的措施在川西木構建筑中的成功應用， 為我們今天解決隔震、控震結構問題開辟出可資借鑒的合理途徑。本文試就川西地區典型的穿斗式木結構建筑的抗震性能做一簡略分析，以供研究參考。

【關鍵詞】穿斗式;木結構建筑;抗震

地震時，由于地震波的作用產生地面運動，通過房屋基礎影響上部結構，使結構產生振動，房屋振動時產生的慣性力就是地震荷載。地震波可能使房屋產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，設計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

古代建筑從選址到開始建造要經歷漫長的時間，其中選擇合適的地點進行建造對建筑的抗震至關重要。在地震頻繁的四川地區，盡量選址在平原的川西地區，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。居民從性質規模形態與行政建置相互關系的角度來劃分，有三種居住選址基本形態。一是盆地內農業最為發達，人口最多，城鎮聚落大多集中在盆地內。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鄉場多，規模大。四是壩子、河谷地區有較多的城鎮鄉場分布。[1]

除此之外，四川建筑的選址還有其他的幾個原則：

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

碼頭原則：古代由于交通運輸不發達，大多數物資運輸都通過河道，而河流亦是生活必不可少的條件。

2、地基堅實而勻稱

無論是古建筑還是現代建筑，基礎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，或者是軟硬不均勻，那么遇到地震就會發生沉降現象，建筑自然也就會增加倒塌的危險。

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

3、梁架用材尺寸得當

穿斗式木構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”是木構建筑中的構件“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”?！稜I造法式》把材分為八個等級。[3]

4、柱網布置合理

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，構成內外兩圈柱子的配置方式。類似于現代框架梁柱結構中的柱，這樣建筑的立面就可以靈活布置。平面的面寬，進深，構架高。面闊與進深的比例及高于進深的比例均在4：3左右。這樣的平面布置與高度的比例是很穩定的，有利于抗側向水平推力。而在四川岷江沿岸這樣多地震地區，穿斗式木構建筑則在各貼柱頂之間加一道穿枋，檐柱間設地腳枋，來保證整體的穩定性。當地居民不用土墻作為建筑的圍護結構，而是編笆泥墻，也保證了地震時不造成更大傷害。

5、柱子側腳起穩定作用

柱子側腳是我國古代建筑工匠在長期的實踐過程中，創造的一種穩定木結構的方法，在宋代《營造法式》一書中，已被定為建筑結構的一種制度。這種方法就是將建筑物兩側的柱子柱腳向外側出，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，重心不易外出，比較穩定。

6、撐弓吊瓜起輔助作用

撐弓吊瓜是四川地區穿斗式木構建筑的建筑特點，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、吊瓜就形成了一個穩定的三角形結構，三個構件相互鎖住，為建筑結構的穩定又起到了重要作用。

7、榫卯嚴實結合緊而不固

四川地區的榫卯和其他地區的榫卯結構原理大致相同，但只是形制方面有些區別。例如：燕尾榫，饅頭榫。分類上也有有單卡和雙卡之分，結構中一般榫卯形式都是單卡，但是較為重要的節點和聯接薄弱的地方也或用雙卡來增加穩定性。榫和卯結合嚴實，緊密，但是由于榫卯結構的特點左右前后方向都不能拉扯開，只能從上方將榫卯分開。

8、木結構材料的抗震優勢

木材的另一個重要力學性能就是其順紋強度高于橫紋強度。在古建筑的木結構中，作為主要豎向受力構件的柱利用的是其順紋強度，而梁式構件因為利用的是其橫紋強度，從而導致其承載力低于柱構件，而這恰恰是當今抗震概念設計所提到的“強柱弱梁”思想的集中體現

木材的另一個重要力學性能就是其順紋強度高于橫紋強度。在古建筑的木結構中，作為主要豎向受力構件的柱利用的是其順紋強度，而梁式構件因為利用的是其橫紋強度，從而導致其承載力低于柱構件，而這恰恰是當今抗震概念設計所提到的“強柱弱梁”思想的集中體現。

參考文獻：

[1]李先逵.四川民居[M].北京：中國建筑工業出版社，2009.

[2]余志華，姚平錄.中國古代建筑技術史[M].北京：科學出版社，2000.

[3]劉敦楨.中國古代建筑史[M].北京：中國建筑工業出版社，1984.