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中国古建筑木结构的艺术价值与结构力学分析 王丽娜 摘要：中国以木结构为主体的古建筑，在世界建筑之林中独树一帜，风格鲜明。它以木构为骨、砖石为体、结瓦为盖、油饰彩绘为衣，经历代能工巧匠精心设计，巧妙施工，潜心装饰，付诸心血和智慧建造而成，体现出东方古典建筑独有的艺术魅力和中国古建筑木结构的历史性、艺术性和科学性。 关键词：中国古建筑；木结构；力学性能；特点 中国古建筑以结构性能优越、形式优美而著称，是我国文化传承的重要部分。随着时间的不断推移，对古建筑的保护受到了越来越多的关注。从上世纪30年代开始，我国学者对古代建筑的研究一直未曾停止，结构研究是其中的重要分支。本文总结了近些年来我国在古建筑木结构方面的研究进展，希望能够为今后的研究奠定坚实的基础。 一、中国古建筑木结构的特点 1.中国古代木构架。中国古建筑以木构架作为房屋的屋架；承担屋盖的重量。墙壁是维护结构。木结构的主要形式有三种。①梁柱式：在房屋前后沿柱子架上横向的大梁，大梁上又重叠几道依次缩短的小梁，小梁下架瓜柱或驼峰，将小梁顶至一定的高度，形成三角形的屋架。在相邻的屋架之间架上檩，檩上架椽，形成屋面下凹的两坡屋顶骨架。②穿斗式：将每间进深方向上的各柱随屋顶坡度升高，直接承檩，与另用一组称为“穿”的木枋联系，构成两坡屋顶的骨架。其他的构件与柱梁式相同。③密梁平顶式：用纵向柱列承檩，檩间架水平的椽，构成平屋顶。 2.礼制制度贯穿于建筑当中。中国古建筑不止对于形式美的追求，而是更多地表达某种思想情感，伦理观念。自西周以来，在造房建筑时做出的礼制的约束很好地揭示了这一点。在单体建筑或大型建筑，乃至城市规划中，都贯穿中轴线，主要建筑都安排在中轴线上，中轴线左右建筑对称，左祖右社，前朝后寝，前为大朝即办公之处，后为居住要地，这样一来，对各个建筑产生了一套规定，时间久了，就成为后人必然遵守的一种礼制。 3.以大建筑群组出现，各单体房屋之间存在有机联系。中国古建筑多数以大建筑群组的形式出现，各单体房屋之间存在着有机联系。 4.向横平方向发展。中国建筑均以单层平房为基本点，楼房数量比较少，平房互相连接，布局多为横平方向发展，不重高层建筑。至佛教传入后，出现了楼阁佛塔，多层建筑才得以盛行。 5.重要建筑使用的斗拱。木结构的精髓在斗拱。它主要用来承托屋架大梁的支座，也可以用来承托多层结构的“平坐”。斗拱是中国早期木结构建筑特有的造型语言，它不仅支撑着梁枋和屋顶，也传达出优美的节奏。力量由最下面的斗拱逐层向上传递，布满檐下，形成特殊美感，与古希腊的柱式建筑有异曲同工之妙。西周时期在较大的木构架建筑中，在柱头梁或檩处垫上木块，檐柱柱身向外挑出悬臂梁，梁端用木块或木枋垫高，以承担挑出较大的屋檐传来的荷载。这种垫块、木枋和悬臂梁经过艺术加工，即成为中国古代建筑中最特殊的部分“斗”和“拱”的雏形。唐宋时期斗拱发展到了顶峰，从简单的垫托和挑檐构件，发展成为复合梁垫（斗拱）。斗拱历经开发整合、成熟定制、装饰化三大阶段的发展演化，不仅具有传递荷载、承托挑檐、减少剪力和地震力等结构功能，也更加具有形式美、结构美、风格美、色彩美等美学价值和装饰功能。然而斗拱在中国古代木构架中使用了两千多年，标志着木构架从简单到复杂的演变过程。 6.结构构件与装饰的统一。木构架建筑的各种构件往往应其形状、位置进行加工，使之起到装饰的效果，表现出建筑与结构的美的统一。屋檐的飞椽的端部，逐渐地变细，以增强翼角翠飞的效果，屋顶的瓦件也是兼实用与美观于一身。屋脊上的欧吻、兽头及瓦兽等都经过古代的工匠之手艺术化处理变得美观而独特。力士、鸟兽雕像惟妙惟肖，生动地说明构件的力学功用。须猕座侧面和四角扛重物的力神，桥头的卧牛、脊端的鸱尾都是匠心所在，同时又有直观的力学喻义。 二、古木建筑的木材力学性能 上古时期我国森林资源丰富，木材便于就地取材和加工，而当时处于石器和青铜器时代，石材的开采加工困难，因此我们原始和奴隶社会的祖先选用木材作为房屋建造的主要材料.经长期实践，人们认识到木结构各种优点的同时，还累积了大量行之有效的木结构营造技术及经验.然而，与其他建筑材料相似，作为使用了上百年后的材料，木材也有一些问题正在或有待研究。 1.腐朽、虫蛀和老化等环境因素引起的木材材性劣化。承重木构件在数百年甚至上千年使用过程中，遭受不同程度的真菌腐朽、虫蛀以及老化等环境因素引起的材性劣化作用，其材性有何变化，是从事古建工作者至为关心的问题。 2.木材的各向异性。木材是复杂的各向异性材料.为实现木结构精细化有限元模拟，建立了能反映木材正交各向异性弹性、抗拉和抗压强度不等、抗拉或抗剪时发生脆性破坏而受压时发生塑性变形、且在横纹承压下发生二次应变硬化等特性的本构模型，通过编制用户子程序实现木材本构模型在ABAQUS的嵌入，并应用到对应县木塔典型节点（斗栱、梁柱节点和柱脚节点）的受力性能有限元分析中。 3.蠕变、载荷持续作用和损伤累积。木材是黏弹性材料，在载荷作用下其变形将随时间增长而增大（即蠕变）；在长期载荷作用下的木材的强度随作用时间延长而降低（即载荷持续作用）；同时，由于环境温度、湿度的变化而导致木材的损伤累积，如蠕变变形增长等.由弹簧和黏性元件组成的Maxwell模型和Voigt模型为木材蠕变研究常用的力学理论模型，Madison曲线为表征木材载荷持续作用的试验曲线，而开裂黏弹性模型（damage viscoelastic material，DVM）等则是用来描述木材累积损伤的本构模型. 三、古建筑木构架受力性能的研究 通过对我国古建筑结构形式的总结归纳，可以将其分为抬梁式、密梁平顶式、井干式以及穿斗式四种。其中抬梁式的代表有宋朝的殿堂建筑，穿斗式结构的建筑广泛分布于我国长江流域和东南、西南地区，井干式结构建筑多见于东北林区和西南山区。密梁平顶式结构建筑主要分布在青海、西藏等地区。 1.古建筑结构概念体系分析。从工程力学的角度出发，对古建筑木结构中的“侧脚”以及“生起”的结构作用进行了研究，发现侧脚可以使柱架的阑额和普拍枋在竖直方向荷载下产生轴压力，进而使梁柱节点相互紧密结合，获得较强的抗弯性能。同时，在水平方向荷载的作用下，对柱架的传力路径进行了优化，极大的削减了柱架承受的不利内力。此外，侧脚还能够发挥出强化柱架抗倾覆性能的作用。而生起和侧脚发挥的作用较为类似，一方面对柱架水平方向上荷载的传力路径进行了优化，降低了柱架侧移及其引起的重力二阶效应。另一方面则降低了柱架的倾覆力矩，提升了其抗倾覆性能。由此可见，侧脚和生起在古建筑木结构中主要发挥着稳固的作用。此外从柱网布置、木构件柔韧性、重屋顶、侧脚以及生 本文来源：https://www.dywdw.cn/ea92c8084b2fb4daa58da0116c175f0e7cd119a2.html
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2023-04-28
