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摘要：通过观察研究古建木结构在地震灾害中的破坏形式，基于对古建木结构的研究和对现代国外木结构建筑建设现状的调查，结合我国实际情况，建议从防灾减灾方面出发，在广大边远、贫困，设计及施工水平落后的地区应积极推广现代木结构房屋的建造，使地震灾害的伤亡数量及财产损失降低到最少。本文根据现场调查结果以及相关调研资料，对我国古建筑木结构在地震中的震害进行分析思考，旨在能为目前建筑结构设计，特别是人烟稀少的边远地区农村居民住宅设计提供帮助。
关键词：古建筑，木结构，抗震机理，地震破坏
习近平主席到河北唐山市进行调研考察时强调：“同自然灾害抗争是人类生存发展的永恒课题。”同时还指出：“我国是世界上自然灾害最为严重的国家之一，灾害种类多，分布地域广，发生频率高，造成损失重，这是一个基本国情。”“当前和今后一个时期，要推进重大防灾减灾工程建设、提高城市建筑和基础设施抗灾能力，提高农村住房设防水平和抗灾能力。”
作为一名建筑设计工作者，习主席的指示引起了我的思考。我想起在汶川地震后不久，我到蜀中地区参加地质灾害考察的情况。在经过了地震之后，大片城区被掩埋、房屋大面积坍塌，然而有些古建却较完好地保存了下来。当我看到这个可谓是古建筑防震的奇迹时，我不禁在心中向自己提出了一个值得思考的问题：“是什么样的建筑结构使得如此年代久远的古代建筑能够在地震中幸存下来呢？”，“这些古建抗震机理对我们今天建筑设计工作带来什么样的启发呢？”。
1.古建木结构简介
1.1古建筑的类型
我国的古建筑根据建筑的性质与用途进行分类，可以分为城池、宫廷、园林、陵墓、庙宇、佛教建筑（寺院、佛塔）、道教建筑、喇嘛教建筑、伊斯兰教建筑、民居等。对其中的单体建筑主要可以分为殿堂、楼阁、亭、门、桥等。而按承重结构的材质来划分主要有木结构建筑、砖砌体结构建筑、石砌体结构建筑等。其中以木结构建筑居多，有殿堂、楼阁、亭、门、桥等各种形式。虽然单体建筑如殿堂、楼阁、亭之间在形制、体型、规模上会有一定的区别，随不同朝代的更替也在不断发展变化，但单体建筑的结构特性主要与承重结构所用材质有关，如木结构建筑以木构架为其主要结构方式，砖石砌体结构建筑以砖石为主要承重材料。
1.2古代木构建筑结构简介
梁思成先生在对我国古建多年研究后在《中国建筑史》中对古建木构做出了以下概括总结：
以木料为主要构件，构成构架，承担荷载。
构架为“梁柱式”。在台基上筑础，立平之后立四根柱，上施梁枋构成一间。梁上叠梁，逐级升高构成举架。在横梁和立柱层之间过渡处施横材方木相互垒叠，前后伸出做“斗栱”。
古建木构在漫长的历史发展中形成了丰富多彩各具特色的结构体系，各历史时期都有不同特征，不同地域结构形式也有差别，结构类型主要有梁架式、穿斗式及井干式三种。
1.3古代大木作结构抗震机理研究的意义
建筑技术是衡量一个国家科学技术发展的标志之一。中国古代木构建筑是我国古代劳动人民的杰作，它有着完美的体系，独特的风格，集科学艺术与一身，具有重要的研究价值，尤其是她的卓越的抗震性能，日渐引起全世界科研工作者的瞩目。
中国古建筑具有良好的抗震性能。我国现存的许多著名建筑大都经历过地震的考验。翻阅《中国地震年表》历代大地震中正式的大型木构建筑抗震性能最好震害最少，震害记录中常常是“墙倒屋不塌”或“柱脚小侧移而整体结构无恙”。
2.古建木结构抗震机理
2 1木结构古建筑的震害形式
古建筑的震害主要表现为屋顶溜瓦、屋脊受损、饰物掉落、屋架损毁、榫卯拔出、木柱滑移、墙体开裂、墙倒架立、构架倾斜和整体垮塌等。
屋顶滞瓦和饰物掉落是木结构古建筑发生最多的破坏形式，瓦和饰物与建筑的连接性较差，在地震的剧烈晃动下，很容易发生破坏，不过这种破坏经过简单的修缮即可恢复原状。
榫卯拔出是木结构古建筑特有的破坏形式之一。榫卯是极为精巧的发明，它的特点就是不需要任何粘合剂或者钉子等连接装置，它是利用木材之间的间隙和凹凸不同之处进行连接的。这种连接方式从表面上来看不是相当的牢固，会给使用者一种松动，缝隙之间不紧密结合的感觉，然而正是这种看上去“不牢固感”，使得许多古建筑在像地震这种重大灾害中性存了下来。木柱滑移是木结构古建筑另一种特有的破坏形式。由于木结构古建筑的柱脚与础石的联系为“平摆浮搁”，即柱子直接按放在础石上，没有任何连接使得在地震力作用下，上部结构与基础自然断开。
2.2古建木结构抗震机理
古建筑木结构通常发生的是以上各种形式的破坏，出现整体倒塌的情况较少。因为木结构古建筑的榫卯连接形式允许梁柱之间产生一定的变形，形成一个半刚性的节点。在地震作用下通过榫卯之间的挤压变形吸收一定的地震能量，减小结构的地震响应，达到“以柔克刚”的效果。古建筑木结构主体与地基的连接方式是柱脚与础石的联系为“平摆浮搁”。当上部结构的水平地震剪力超过柱脚与础石问的最大摩擦力时，上部结构将发生滑动，从而减小地震能量的输入。除具有前面所述的滑移隔震、榫卯消能的抗震机理外，对于一些较重要的建筑来说，在构架和屋盖之间还有铺作层（斗栱层），具有减震的作用，从而使古建木结构成为一个集隔震、减震、消能为一体的抗震性能良好的建筑。
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古建筑木结构是采用木构架承重，墙体仅为围护结构。梁柱之间的半刚性连接，地震发生时，构架的变形将对墙体产生挤压，轻则墙体开裂，重则墙体倒塌，从而出现“墙倒屋不塌”的现象。当构架的变形较大而不可恢复时，构架将倾斜，但此时的榫、卯节点还具有一定的刚度，构架不会倒塌。
2.3木材在抗震中的作用
木材作为一种结构材料，它的抗震性能明显优于其他材料。木材天然具备的柔韧性也使其能有效地承受地震力。木材轻质高强，因而地面加速度在木建筑物上产生的能量没有其他建筑物大，木结构建筑物在地震中产生的惯性力较低，因而遭受的破坏也较小。
木框架系统的另一个额外优势是其柔韧性优于其他系统，可以吸收并消散能量，且因木结构的箱式结构将力均分，自身结构轻，又有很强的弹性回复性，对于瞬间冲击荷载和周期性疲劳破坏有很强的低抗能力，所以在大地震中吸收的地震力小，在基础发生位移时可由自身的弹性复位而不至于发生倒塌。
3.古建木结构给我们的启发
新中国成立以来特别是改革开放以来，党和政府确立了以防为主、防抗救相结合的工作方针，国家综合防灾减灾救灾能力得到全面提升。但在近年的历次大地震中，由于大范围房屋坍塌造成的人民生命财产安全的巨大损失还是触目惊心的，特别是在广大的农村边远地区，由于房屋抗震设计不规范甚至是没有抗震设计造成的人员伤亡更是令人痛心。然而那些历经无数次大震依然矗立的古建给了我们很多启发。
3.1推广使用木结构建筑
木结构建筑最突出的特点是具有良好的抗震性能。在使用和维护得当的前提下，木结构具有良好的耐久性能，如现存世界上最高的木结构古建筑佛宫寺释迦塔（应县木塔）已历经近千年风雨依然屹立与中华大地。由于木结构房屋结构稳定性高、取材方便、施工方便，在我国有着悠久的历史特别是有精湛的传统工艺，因此，从防灾减灾方面出发，应积极推广现代木结构房屋的建造。
据加拿大木业协会与哈尔滨工业大学建筑节能技术研究所对一栋轻型木结构住宅进行为期12周的建筑节能及空调供热系统跟踪检测显示，轻型木结构住宅实测采暖耗热量比砖混复合保温结构住宅节省4l.99％，采暖季耗煤量节省45.4%。因此，在农村人口不太密集，建筑设计施工能力来有限的地区可以推广使用经过改进的、性能更优越的木结构建筑。
3.2推广使用隔震减震技术
古建筑之所以具有良好的抗震性能，是因为木结构古建筑具有多层隔震、处处减震等消能减震机理，借鉴这种消能减震机理，将其应用于其它结构，将会大大提高其它结构的抗震性能，其实际效果已经被大量的强震观测结果所证实，特别适合于高烈度区的建筑。
3.3现代木结构的主要特点
现代木结构是单纯由木材或主要由木材承受荷载的结构，通过各种金属连接件或榫卯手段进行连接和固定。这种结构因为是由天然材料所组成，受着材料本身条件的限制，因而多用在民用和中小型工业厂房的建设中。
3.1.1结构稳定性强
木材相对其它材料有极强的韧性，加上面板结构体系，使其对于冲击荷载及周期性疲劳破坏有很强的抵抗力，具有最佳的抗震性，木结构在各种极端的复合条件下，均表现出优异的稳定性和结构的完整性，如日本和北美，在易于受到飓风影响的热带地区以及受到破坏性地震袭击的地区，表现尤为突出。
3.1.2节能环保
建筑物的能源效益是由构成该建筑物的结构体系和材料的保温特性决定的。较先进的木结构墙体和屋架体系由木质规格材、木基结构覆面板和保温棉等组成，测试结果表明，150mm厚的木结构墙体，其保温能力相当于610mm厚的砖墙，木结构建筑相对混凝土结构，可节能50%～70%。木材是唯一可再生的主要建筑材料，在能耗、温室气体、空气和水污染以及生态资源开采方面，木结构的环保性远优于砖混结构和钢结构，是公认的绿色建筑。
3.1.3舒适度高
木结构建筑产生大量的负离子，提高了建筑的舒适度、观赏性和健康指数，加上木结构优异的保温特性，人们可以享受到木结构住宅的冬暖夏凉，充分满足人类渴望“返璞归真”的愿望。
3.4国外木结构建筑现状
木结构在全球林业资源发达，并提倡建筑环保的地区已相当盛行，发展也相当成熟，在美国、加拿大北美地区，新建设的90%以上都采用木结构；作为地震多发国家的日本，历史上历次的地震灾害对建筑物的损害都是巨大的，对此，采取的对策是大规模使用木结构住宅，合理避震，木结构住宅比例也达到50% 以上；而在气候寒冷，林业资源丰富的北欧，木结构房屋也是主要的建筑形式。木结构建筑已被证明是节能减排、可持续发展的绿色建筑，在全世界范围内已得到了普遍认可和大力推广。
新西兰在结构抗震工程领域一直处于全球领先地位，“结构隔震技术”在新西兰已经有超过一百年的研究历史。新西兰属于多震国家，1848年发生在马尔堡的大地震导致惠灵顿的砖砌建筑损失惨重，在地震中即使外墙倒塌，整栋木结构的房子也不会坍塌，因此可以将人员伤亡控制在尽量少的范围内。
4.结语
建筑设计人员亲身感受地震和地质灾害给四川人民生命财产及当地宝贵历史文物带来巨大的灾难和损失，每一位工程人员都应该深思，总结灾害带来的教训和启示，根据对四川汶川等地震灾区木结构古建筑的震害情况考察及国外多震国家现行的房屋建造结构形式相关资料调研，我认为古建木结构由于采用了榫卯连接、柱子"平摆浮搁"于础石上以及斗拱等特殊的连接方式等技术，使得大部分木结构古建筑只发生溜瓦、饰物掉落等轻微破坏或"墙倒屋不塌"的中等破坏。木结构房屋结构稳定性高、取材方便、施工方便，在我国有着悠久的历史特别是有精湛的传统工艺，因此，从防灾减灾方面出发，在广大边远、贫困，设计及施工水平落后的地区应积极推广现代木结构房屋的建造，使地震灾害的伤亡数量及财产损失降低到最少，对今后工程建设抗震设计工作具有重要的意义。
论文作者:冯雪梅1,陈韵竹2,张鏖3,田川平4
论文发表刊物:《基层建设》2017年第22期
论文发表时间:2017/11/20
标签：木结构论文; 建筑论文; 结构论文; 古建筑论文; 构架论文; 震中论文; 机理论文; 《基层建设》2017年第22期论文;