摘要：中国古建筑是中华文明智慧的结晶，是中华文化的瑰宝。土木工程防灾专业主要从地震以及火灾的角度探讨灾害对于建筑物的危害性以及防灾的基本要求。本文将从土木工程防灾的角度去分析中国古建筑，解读中国古建筑设计的原理，即主要从抗震以及防火的角度去解读中国古建筑的设计思路和具体做法，并对此做出简短的总结和点评。
关键词：古建筑；防灾；工程抗震；建筑防火
前言
五千年的中华文化灿烂辉煌，而中国古建筑也以其独特性和优越性在中华文化的宝殿中占有十分重要的一席之地。中国古建筑不仅造型独特优雅大气，更在功能性和实用性上有着很高的造诣。本文将从防灾的角度对中国古建筑进行剖析，探究其内部奥秘。灾害的种类有很多，例如台风、泥石流、暴雨、洪涝和干旱等等。土木工程研究中，对于建筑物而言，地震和火灾的危害性较大。因此，本文将从古建筑抗震以及抵抗火灾的角度展开分析。
一、古建筑的抗震设计
地震常常以其难以预测以及危害极大的性质对人民的生命以及财产产生巨大的威胁，其中由于建筑物的变形、倒塌而导致的生命死亡以及受伤也在伤亡人数中占据着很大的比例。而我国处于太平洋地震带上，是世界上发生地震次数较多的国家之一。
中国古建筑几百年经历风风雨雨，有部分古建筑物甚至已历经了几百次的大小地震，但依然没有倾斜、倒塌，甚至是可以保持基本的建筑结构完整，这说明中国古建筑由于其独特的建筑构造，具备良好的抗震性能。尤其是2008年的汶川大地震，在强烈的地震力以及余震作用下，现代的房屋几乎都出现了倒塌倾斜现象，但当地的古建筑却较为完好地挺过了地震力作用，在此对比之下，人们对于古建筑的抗震性能更为关注。
中国古建筑抗震性能优良，主要由以下几个方面的构造原因：
1.大多采用木结构
木结构相比于当今建筑中常用的钢筋混凝土结构以及钢结构来说，可以算是一种相对柔性的材料。混凝土以及钢筋材料的刚度大，但是延性不好。木材为长周期的柔性材料，由于其特殊的特性，具有钢材和混凝土不可比拟的柔性特征，加之木材较为优越的弹性，使得大多采用木结构的古建筑拥有较为优良的抗震性能。
木结构特殊的一点特征就是：同一种木构件，同一块木构件都同时存在两种不同大小的强度指标，即顺纹强度和横纹强度。顺纹强度高于横纹强度，在构件设计和制作过程中巧妙地利用这两种强度，可以在一定程度上起到抗震作用。例如：位于建筑物中承担较多重量的构件，都会利用木材的顺纹强度；而建筑物中相比较而言，不需要承担太多荷载的构件则可以利用木材的横纹强度，而这一设计理念，将建筑的抗震性能得到提高。例如古建筑中的柱，常常利用木材的顺纹强度，而梁作为应力的传递构件，不像柱需要承担非常大的应力，则会在设计和建造中采用木材的横纹强度，如此一来，则好比现代设计中要求的“强柱弱梁”，即提高了建筑物的抗震性能。
2.大多采用对称的建筑布局
中国古建筑，绝大部分都采用对称的建筑布局，并且大部分都可以非常明确地找到该建筑的横轴线和纵轴线。这说明，中国古建筑的建筑布局是十分讲究对称的，这不仅在视觉上拥有建筑美感，看起来宏伟壮观，在抗震方面上也是非常有利的。
纵观世界建筑史，很多建筑，都是由于建筑布局不合理，尤其是建筑结构不对称导致在地震来临时产生许多的地震应力不平衡且难以消散，而导致的建筑结构受到严重损伤，甚至是坍塌。而在同样的地震力作用下，布局较为对称的建筑往往由于其地震应力分布较为均衡，其应力消散也较为均衡，同等地震情况下就会产生较小的损坏。
对称的建筑体系，可以在各个方向减轻地震所产生的扭转效应，因而减小地震情况下产生的应力集中，并在各个节点上发生较为均衡的应力消散，不容易在一个或几个特定的应力集中节点上产生非常严重的破坏。加之中国古建筑物多为低矮单层建筑结构形式，这样的对称布局，可以基本做到“大震不倒”，保证人员安全撤离，并有利于震后修复重建。
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3.独特的榫卯连接
榫卯连接是中国古代人民优秀智慧的结晶，是中国独创的木构件连接方式。榫卯连接有多种不同的形式，“榫”即指凸出部分，“卯”即指凹进部分。由于木材受潮会膨胀，而干燥条件下，其体积又会收缩 ，因此，每一处榫卯连接都不是刚性的，它是可以有一定移动扭转余地的一种柔性连接。而榫卯连接处又利用了木材表面的摩擦力，使其在受力时可以经受住一定的应力，并产生相应的柔性扭动回应，但依然保持两个木质构件的紧密连接而不至于产生“拔榫”这一丧失承载力与连接的性质。因此，榫卯是抗震性能十分优良的连接构件。
现浇混凝土节点和钢构件的螺栓连接节点都是刚性节点。在地震力作用下，各个节点承受着极大的应力集中，混凝土以及螺栓节点由于其刚性，无法将地震的能量耗散掉，从而因此节点的开裂，导致建筑构件的严重损伤。榫卯节点构件在受到强大的地震力作用下，榫卯节点通过其一定范围内的移动扭转等等变形，将地震能量极大程度地耗散掉，从而产生减震的作用。并且中国古建筑大多采用木结构，木结构的连接处绝大部分都采取了榫卯连接方式。这就使得整个建筑在地震力的作用下，各个榫卯节点都参与到了地震能量耗散的工作中，对建筑物产生极大的延性保护。这就好比我们现代的较为高大建筑物中安装的减震器，现代建筑物中的减震器是在特定的位置安装而成，而且数量是很有限的。而古建筑物中的榫卯连接则好比在建筑物的整体各个部位都安放了减震器，各个部位很多个减震器同时在地震作用中产生效力。
最具代表性的构件是斗拱。斗拱是位于古建筑屋架以下，柱以上的一种有中间过渡作用的构件。斗拱起到传递荷载和连接作用，其上各个部件均采用榫卯连接。古建筑中屋顶较大，且采用的材料较多，在整体中所占的自重比重较大。较重的屋顶通过采用榫卯连接的斗拱与下部的柱相连接，一定程度上对下部结构提供约束，使其更具有整体性；另一方面，在地震力作用下，刚度较大的屋架将分配到更大的地震力，而斗拱的设计很有效地起到了减震吸能的作用，抵消了由于屋架厚重巨大而易倾覆或是毁坏的发生性。
4.侧脚的设计
侧脚是指中国古建筑物最外围的柱子并不是按照竖直向下的方向直立放置，而是柱子下侧按照一定的比例稍稍向建筑物外移动，竹子的顶部按照一定的比例稍稍向建筑物内的方向偏移。如此一来，建筑物就不再称为是一个柱体的整体，而是一个椎体的整体。在地震力的作用下，不论是那一方向的应力集中，都可以使每一个柱子分担不同的弯矩作用，而其榫卯结构又进行耗能减震，加强了建筑物的抗震性能。
二、古建筑的防火设计
由于我国古建筑多为木结构，而木材又是易燃物质，因此，古建筑在设计和建造时，充分考虑了防火方面。主要由以下几个方面组成：
1.采用防火构件
木材易燃，且一经燃烧，发展到火势凶猛之时就很难快速扑灭了。而大部分都是未经处理的木构件将会对生命财产产生极大的威胁。因此，古代人民将主要由铁粉末经高温灼烧处理而形成的红色涂料涂刷在木构件表面，尤其是柱子。这就是我们常常在图画资料中看到宫殿中的红色的柱子，一方面是美观大气的视觉效果，更深层次上也是对于防火的要求。
另一方面，随着烧结砖的出现，人们开始将耐火不燃的烧结砖应用在建筑墙的填充上。建筑室内的防火墙在明代成为保护重要易燃资料的一个重要途径。为防止一个建筑物起火而导致周边的建筑物接连被点燃的火灾发生，南方部分地区会在两个建筑物之间建造很高的室外隔火墙。
2.设立救火设备
很多著名古建筑的门前，都会放一到二口大水缸，足以装得下上吨的水，被称为“太平缸”。这些水缸在夏天装水，冬天装沙土，装得满满当当，就是以防建筑物起火，便于就近获取灭火材料实行扑救。“太平缸”就好比一个个的灭火器，作为被动防火灭火措施被设立。
三、总结
我国古建筑从防灾的角度去分析，抗震性能优越，可以为现在的房屋设计与改进带来极大的借鉴价值，而防火性能稍弱，主要是因为其多采用易燃的木材作为基本的建筑材料。
今人对于古建筑的保护，首先在修缮方面，应维持甚至是增强其抗震性能，保护这一文化瑰宝。在防火方面，应多加注意，多用当今先进的技术手段对古建筑进行维护，增强其防火性能，并应严格控制容易起火的各个方面，例如烟头、电线短路等等。
参考文献
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论文作者:姜佩弦,周占学,李玥,郝琪
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2018年第9期
论文发表时间:2018/8/27
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