中國木構古建筑結構特性分析

摘要：中國數千年的歷史，孕育了博大精深的中國文化。中國建筑藝術是中國文化中非常重要的組成部分，其建筑結構和特性不但具有一定的獨特性，而且與現代力學和結構設計原理相符合。本文通過對中國木構古建筑結構特性進行深入分析，為后面對中國傳統古建筑采取合理的保護措施提供重要的資料依據。

關鍵詞：木構；古建筑；結構特性

在中國幾千年的歷史發展過程中，木構古建筑是非常璀璨的文化遺產。隨著時間推移，古建筑這一文化遺產會受到環境和人為的破壞，所以亟需采取科學合理的措施來保護這些歷史文物。因此，通過對木構古建筑的結構特性進行深入分析，便能夠讓人們對這一文化遺產有更加全面的認知，這樣才能夠讓木構古建筑這一重要的歷史文化遺產得到更好的延續和傳承。

一、木材的物理性質

通常木構件的質量較輕，但具有較強的抗壓性。將木構材料與其他材料相比較，木構材料更有利于加工和處理。但是，木構材料又具有一個非常明顯的缺陷，溫度和濕度對木構材料的影響較大，很容易讓木構材料出現彎曲和變形的問題，甚至在情況嚴重的時候出現膨脹伸縮的現象。同時，木構材料又很容易被腐蝕，易點燃。木材所具備的彈性和黏性都是直接由木材的物理性質決定，而在長時間受壓的情況下便很容易變形，而當壓力變小之后，木構材料的變形程度不會再繼續增加[1]。當對一些非常復雜的異性木材進行研究時，通過對比不同的抗拉和抗剪強度下所發生脆性破壞的臨界條件，以及在抗壓時所發生的塑形變形的臨界條件，建立數據化的木構件模型，能夠更加深入地對木構建筑結構的性能進行研究。

二、木構架的基本形式

在中國傳統的建筑中，木構架是主要的結構形式，這種結構形式的古建筑始終堅持均衡對稱的原則，由抬梁式、穿斗式（圖2）、干闌式共同組合而成。其中，在這種結構形式的木構古建筑中，橫梁、立柱和順檁是非常重要的構件，承重構件和圍護構件的功能非常明確。在“斗拱”和“榫卯”結構之間合理預留了伸縮范圍，并在布局上始終堅持對稱、規則的原則，強調質量與剛度變化的均勻性。同時，一些形狀規則的建筑在抗震上能夠始終保持一致性，讓剛度中心與質量中心始終保持一致性[2]。這樣當木構建筑的結構剛度沒有削弱薄弱層，這樣在扭轉的過程中則會導致變形集中的情況發生，便會出現在墻倒的情況下屋不塌的現象。一些庭院在布局的過程中整體采用了對稱的形式，沿著軸線進行對稱布局，從而讓主體建筑更好地凸顯出來。

（一）抬梁式

西周末年，抬梁式的雛形出現，這種構架形式主要沿著進深的方向在石礎上立柱，通過在柱上架梁，并使用橫向的方式，能將柱的上端更好地連接起來，讓最上層的梁保持立脊處于瓜柱的狀態。通過在相鄰兩道屋架之間及各層梁的外端進行架擦，讓兩層擦之間的架椽來承受屋面的重量，便能形成屋面呈下凹弧面的兩坡屋頂骨架。同時，通過采取橫向的福排架的形式連接，這樣便能夠讓房屋架構的強度和穩定性得到有效增強。這時兩個屋架間的室內空間便被稱為“間”，而一座建筑主要是由兩間及兩間以上共同組成的，如圖1所示。

（二）穿斗式

穿斗式在修建的過程中主要是以進深的方向進行立柱，而在設柱時的密度較高，所以這時應該盡量用豎向的木材來取代橫向的木梁。通常檁柱支撐體系具體涉及疏檁和密檁兩種，而疏檁的間距一般較高，檁子一般放置在落地柱上，且全靠檁柱來進行支撐，這時穿枋在這個時候則發揮著拉結聯系的作用，而不會受彎。密檁間距一般較小，其間距一般只有幾厘米寬，所以會出現一部分柱子落地，而另外一些柱子不會落地的現象[3]。一些不落地的柱子插在下層的穿枋上，其受力則不再完全由檁柱承受，所以部分穿枋承受瓜柱的荷載，便會起到拉結和受彎的雙重作用，整個結構的跨度較小。這樣通過修建穿斗式的木構建筑，整個房屋架構的穩定性較高，能夠更好地抵抗地震和暴風。但是，因柱間的跨度較小，所以并不適合應用于大型殿宇的修建，很難滿足大型殿宇的空間需求。例如建于明萬歷二十五年（1597年）的四川萬年臺，歇山頂、穿斗抬梁式結構。建筑整體做工精細，極富民族特色，整體建筑具有鮮明的民族特色和較高的建筑藝術價值。

（三）井干式

井干式這種木構建筑興起于商朝之前，其在修建的過程中主要是采用原木或者是裁切后的橫斷面木料，再通過層層壘疊，保證轉角處的木料端口能夠更好地咬合在一起，這樣便形成了房屋的四壁。同時，房屋左右兩側壁上的立矮柱與承脊檁聯合在一起便形成了房屋的維護壁體，而這種結構可直接在地面上進行修建，也可以像穿斗式一樣建立在干闌式的木構架上[4]。

三、中國木構古建筑的結構特點

（一）結構體系分工明確

通過將木構古建筑與當前的框架建筑結構進行比較，兩者之間存在一定的相似性，但不同點在于節點的構造不盡相同。抬梁式木結構是中國木構古建筑的一種重要形式，其抬梁式木結構在設計的過程中應該明確承重與圍護功能，而這種建筑形式的四周墻壁則只能夠起到圍護作用，并不需要承受荷載。因此，柱網結構更容易形成正方形或者是矩形，增大整個建筑的空間，且呈現靈活多變的特點。

（二）減震性能良好

一般木材具有良好的彈性和黏性，所以在木構古建筑中的榫和卯因使用木材制作，其在具備彈性和黏性的前提下也很容易出現變形。但是，這種結構的古建筑具有較強的抗震性。

四、中國木構古建筑的重要節點受力分析

（一）斗拱

斗拱是中國木構古建筑中連接屋蓋和柱架的重要構件，其主要作用于承接上部的荷載，是一個非常重要的節點。斗拱的計量主要由材份制和斗口制組合而成。通常斗拱與斗拱之間的不同之處在于以下幾個方面：一是使用不同的高寬比進行劃分；二是用“斗口”來劃分不同的模數。因此，通過比較宋朝和清朝兩代的斗拱，便可以發現一般宋朝的斗拱截面的高和寬較清朝的大，所以作為主要受彎的斗拱而言，宋朝斗拱在制作的過程中有利于節省材料，從而大幅度提升木質材料的利用效率。例如清朝故宮建筑中的斗拱作為鋪作層中非常關鍵的一個節點，其鋪作層起著較強的受力作用，如圖3所示。

（二）梁柱節點和柱腳節點

在中國木構古建筑的柱架層兩個非常關鍵的節點就是梁柱節點和柱腳節點。其中，梁柱節點主要是以榫卯的形式將梁柱連接起來，所以根據榫的不同形式，又可以劃分為燕尾榫和直榫；通過根據榫是否將卯的構建穿透，又具體劃分為半榫和透榫。當前比較典型的半剛性節點主要分為梁柱節點和柱腳節點。因此，在開展實驗的過程中，可以清晰地發現木結構建筑在被破壞的時候，其抗彎的性能呈現明顯下降的趨勢。這時便可采用非線性分析的方式來確定節點的轉角和彎矩關系，準確計算出切點的剛度。

（三）地基與基礎

通過以扁卵石來擴大立柱基礎，采取淺埋木立柱的方式，保證單個立柱依靠上部與梁等構件來形成穩定的空間結構。其中，清朝的《工程做法則例》在規定埋頭深的時候主要是以檁的數量為依據，而在確定礎石深度和臺基高度、窮土厚度的時候應該以荷載條件為標準。其中，由柱頂石、階條石、角柱石、須彌座、踏垛石共同組合而成。其中，臺基又分為普通臺基、須彌座臺基、帶勾欄臺基和復合型臺基，所以須彌座臺基一般被應用于大式建筑上。然后，再根據不同臺基使用不同的石材構件，將踏垛石安裝在臺基的中間，再在臺基的四角之處安裝石材或者是磚包砌，而埋頭石、角柱石是安置斷面的主要石材。階條石、壓面石、牙欄石等則主要是被應用于臺邊的安置。

（四）側腳與升起

在安裝中國木構古建筑的外檐柱時，側腳是非常重要的組成部分。通常柱腳應該向外側偏移，而柱頂則主要是向內側偏移，前后外沿柱的傾斜柱高標準為千分之一，而兩山向內傾斜千分之八，這樣角柱內的兩個方向都有一定的傾斜，從而讓建筑的穩定性得到有效增強。升起則是柱子由明間向兩側逐步升高，而中心的兩個柱子不升起，這樣便能讓建筑檐口和屋脊形成上揚的曲線，顯著提升建筑的美觀性。

五、結論

總之，中國木構古建筑是中國傳統文化中非常重要的組成部分。通過對中國木構古建筑的結構特性進行深入分析，對后面保護木構古建筑和傳承古建筑文化具有重要的意義，能讓我國的古建筑得到更好的保護。

作者簡介

王彩紅，女，漢族，甘肅秦安人，助理館員，本科，研究方向為文物研究管理。

參考文獻

[1]顏宇鴻.福建永安傳統木構古建筑探究[J].江西建材，2021（7）：112-113.

[2]繆麗利.木構古建筑的白蟻防治措施淺析[J].建材與裝飾，2018（17）：126-127.

[3]張雪.木構古建筑柱架層的加固抗震保護試驗研究[J].科技通報，2018（2）：192-195，201.

[4]鞏艷.木構古建筑殘損節點加固[J].智能城市，2016（11）：42-43.