点击这里给我发消息
 
 
木屋百科    
 

中国木结构建筑:从传统走向现代

作者: 来源: 日期:2016-8-29 15:42:38
 

木结构建筑

祝恩淳 潘景龙(哈尔滨工业大学土木工程学院木结构研究中心)  我国木结构建筑历史辉煌悠久,是中华文明的重要组成部分,且对日本、朝鲜等邻国产生过重要影响。新中国成立初期,木结构建筑曾在国民经济建设中发挥着重要作用。由于木材短缺,至20世纪70年代末,木结构建筑在中国的研究应用陷于停滞,时达20余年之久。90年代末期,我国引进北美轻型木结构,标志着木结构的研究与应用在我国逐步恢复。  本文主要介绍以下几个内容:?中国古代木结构的主要结构体系和节点连接特点;?通过实例展现中国古代木结构所取得的成就;?对新中国成立后中国木结构由兴盛到停滞再到复兴的历程进行回顾;④对中国木结构的现状进行陈述;⑤对中国木结构的进一步发展提出看法。 一、中国古代木结构  1.考古发现  分别代表长江流域文明和黄河流域文明的浙江余姚河姆渡遗址和西安半坡遗址表明,早在7000年前至5000年前,中国木结构建造技术就已达到了相当高的水平。  从河姆渡遗址晚期木柱残段及柱脚可以看出,木柱已用石斧等工具加工成矩形截面。由于此地水丰湿润,土质软弱,已采用木桩或木板作基础。不可否认,这就是现代桩基础和片筏基础的鼻祖。  关于河姆渡遗址榫卯连接的形式,从遗址残存木构件可以看出,榫卯连接在当时已相当完善。这类榫卯连接在随后的数千年岁月里沿用、演化,成为我国木结构连接的主要形式之一。  从西安半坡遗址的房屋木构架复原图可以看出,其木柱布置已略呈柱网,房屋已具“间”的雏形,中间一列四柱高出檐柱以承托脊檩,中国木结构典型的梁柱式构架初现于此。

2.中国古代木结构的结构体系  中国古代木结构在上述原始雏形的基础上不断演化改进,逐渐形成了梁柱式构架和穿斗式构架两类主要体系。  梁柱式构架: 柱网下以石础为基,上或以榫卯或以斗拱(大型重要建筑)承托横梁(古名额、枋),横梁上再立短柱,承托更上一层横梁,最上层横梁承托檩子。横梁跨度自下而上逐层减小,形成坡屋顶构架。  与西方木结构体系不同,中国古代木结构并不采用任何形式的桁架(屋架)。  穿斗式构架:流传于长江流域及其以南地区,主要用于民间住宅建筑。穿斗式构架的主要构件有柱、穿枋、斗枋、纤子和檩子。穿枋沿房屋横向穿过柱子形成木排架,斗枋像梁柱式构架中的额枋沿纵向穿过柱子,以固定排架,从而形成木框架。纤子搁置于斗枋之上,以便铺设楼板。檩子直接搁置在柱顶上,而不同于梁柱式构架搁置于梁头上。3.榫卯连接与斗拱连接  榫卯连接:自然界中树枝杈生于树干,树干、树枝有机地“连接”为整体,形成可以承重的结构。观察一含有木节的树干的纵剖面,会发现节孔恰似一卯眼,  枝根恰似一榫头插入节孔。这可谓一种天作之合的“榫卯”连接。效法自然,将  梁(枋、额)等水平构件端部切削成榫,在柱上凿孔为卯,梁柱便通过榫卯连  接为一体。这种连接浑然天成而历久不衰。  斗拱连接: 树干顶端向上向外生长枝杈以承托树冠,承重力与风力,可谓树  状结构。古代木结构中,在柱顶向上向外逐层叠放(弓形)水平构件,是谓拱;拱与拱之间设置方形木垫块,是谓斗;合称“斗拱”以承托横梁。斗拱增大了梁的支承长度,减小了梁的跨度,且便于形成屋面挑檐。斗拱连接恰似由树干顶端扩展的树冠,是效法自然的又一杰作。  榫卯与斗拱连接是一类半刚接半铰接的节点连接,各部件间具有摩擦、滑移的能力,节点具有耗能功效。加之木材本身的韧性较好,因此中国古代木结构具有良好的抗风、抗震能力,这是宋代以降我国众多古代木结构得以传世至今的原因之一。

 4.中国古代木结构范例  (1)应县佛宫寺释迦塔——我国现存最古老、最高的木结构  位于山西应县城内西北佛宫寺内,俗称应县木塔。木塔建于辽清宁二年(公元1056年),金明昌六年(公元1195年)增修完毕,是我国现存最高、最古老的一座木构塔式建筑,也是唯一一座木结构楼阁式塔。塔建造在4米高的台基上,塔高67.31米,底层直径30.27米,呈平面八角形。第一层立面重檐,以上各层均为单檐,共五层六檐,各层间夹设暗层,实为九层。因底层为重檐并有回廊,故塔的外观为六层屋檐。塔身采用内外两环的柱网布置,内环柱以内为内槽,在明层内形成高敞空间供奉佛像,外槽则提供人流活动空间。暗层为容纳平座结构和各层屋檐提供空间,同时亦为承托其上明层的平台。平台式轻型木框架有类于此。  木塔所有各层间的上下柱是不连续的,此亦类于平台式轻型木框架。上层柱的柱脚插入下层柱柱头的斗拱中,但外檐柱与其下方平座层柱共轴线,而比下层外檐柱内移半个柱径。这种构造方式称为“叉柱造”,是唐、辽时期木构建筑的传统做法。与之对应的是“永定柱造”,即柱子由地面立起直通二层平座层,类似于连续墙骨木框架。现存永定柱造的唯一实例是河北正定隆兴寺慈氏阁。  木塔采用当时质量较高的华北落叶松修建,历经近千年,今天,部分构件已发生残损,材性退化,如普拍枋压裂、阑额压弯等。如何采取维修加固措施,保证木塔屹立不倒,是摆在人们面前的紧迫课题。  (2)宁波保国寺大殿——最早采用拼合构件的实物木结构  保国寺大殿面阔、进深各三间,是典型的厅堂式建筑,是现知最早采用拼合构件的实物建筑。拼合构件的记载最早见于宋代。公元1100年完成的宋代《营造法式》即对拼合柱作了描述,而最早的实例即保国寺大殿,其外围12根柱子为整根木料砍制成的“瓜棱柱”,殿内4根柱则为拼合柱。其中3根是用4条圆木相拼,接缝处贴以“瓜棱”,实由8根木料拼成;另一根中心为整根圆木,周围贴以8条“瓜棱”,实由9根木料拼成。  采用拼合构件是为了节约木材,做到小材大用。早在宋代,我国即已面临木材短缺的问题,否则就没有必要制作拼合构件了。实际上,到明清时期,华北地区木材资源行将采伐殆尽,拼合构件在这一时期已大量、普遍地采用。即便是北京故宫太和殿和天坛祈年殿这样重要的大型建筑,其直径达1.06米的绘金龙柱子,就是由多块木料拼合而成。另外,拼合构件的产生与发展也是劳动人民智慧的体现。现代木结构组合构件包括胶合木等一类工程木构件,盖可从中国古代木结构中溯其本源。  (3)明长陵棱恩殿——现存规模最大、殿柱最巨之木结构  明长陵棱恩殿是明成祖朱棣(1360~1424年)墓,于1415年建成,面阔九间(通阔66.56米),进深五间(通深29.12米),与北京故宫太和殿面积大致相等,同为国内最大之木构建筑。棱恩殿是典型的梁柱式结构,柱子全部用整根的金丝楠木制作,殿中央四根柱子直径达1.17米,高13米。其柱材质量之高,尺寸之巨,施工质量之精,虽太和殿不能过之,为现存古代木结构建筑中绝无仅有。  (4)悬空寺与真武阁——构思最巧妙、大胆之木结构  悬空寺建于山西浑源翠屏山北麓离地几十米的悬崖上,初建于金代(1176年),现存建筑多系明清时期重建。其在结构设计方案上的大胆独特之处是,在绝壁上凿洞,插入木梁成悬臂梁,再在悬臂梁上铺设楼板,设置立柱和梁架,建成一组空中楼阁。在有的部位还从绝壁上升起立柱对悬臂梁加以承托。相传建于唐代的河北涉县娲皇宫,也是一座位于悬崖峭壁上的寺庙,与悬空寺有异曲同工之妙。  真武阁建于明万历元年(1573年),面阔三间,长13.8米,进深三间,宽11.2米,高13.2米。其结构方案的独特之处是,中央四根金柱虽上托楼盖和屋盖,而其下端却悬空离地寸许。其中的奥妙之一是将斗拱的拱杆延长穿过檐柱再插入中央金柱,拱以檐柱为支点,外承屋檐荷载、内承金柱。由于支点两侧长度不同,根据杠杆原理,很小的屋檐荷载即可抵消很大的金柱压力;其另一特点是用横梁穿过中央金柱,横梁两端支承在檐柱上,即通过檐柱抬立金柱。

二、新中国成立后的木结构及发展现状  1.新中国成立后的木结构  建国初期百废待兴,而钢材、水泥短缺,大多数民用建筑和部分工业建筑都采用了砖木结构形式(砖承重墙、木屋盖)。据1958年统计,这类房屋占总建筑的比例约为46%。20世纪五六十年代所建的这类木屋盖,有的至今还在使用。在这一时期,木结构虽基本上被限制在木屋盖应用范围内,但仍处于兴旺时期,木结构仍可与混凝土结构、砌体结构和钢结构并称四大结构,在国民经济建设中发挥着重要作用。还有一特点是现场制作木构件。  与此同时,各高校、科研院所有众多人员从事木结构的教学、科研工作,规范编制、科研、教学的内容也基本以砖木结构为中心。20世纪70年代后,木结构在中国基本被停用,木结构工作者纷纷转行,高校木结构课程也逐渐停设,中国木结构被迫处于停滞状态,长达20余年之久。2.世界木结构的发展  世界木结构发展应用呈现两个特点。一是木结构产品生产标准化和规格化,以提高生产效率。轻型木结构即体现了这一特点。轻型木结构所用规格材和木基结构板都是标准化和规格化的工业产品,可以大批量生产,价格低廉;所用钉连接是木结构中最简捷的连接方式,施工效率高。轻型木结构在北美、北欧地区得到广泛应用,占这些地区住宅建筑的90%。二是人工改良的木材即工程木发展及其结构应用。胶合木等工程木产品代表这一发展趋势,适合于建造大型复杂木结构。  日本秋田县大馆市体育馆建筑外观呈半个巨卵形状,长向跨度达178米,短向跨度为157米,两个方向均采用胶合木拱交叉布置,系跨度最大的木结构。美国华盛顿塔科马穹顶、北密西根大学体育馆超级穹顶均系采用胶合木建造的球面网壳结构,跨度均超过160米,分列跨度第二、第三大的木结构穹顶。





 
 
麦而林首页  |  麦而林介绍  |  麦而林新闻  |  麦而林能力  |  麦而林工程  |  联系麦而林
上海麦而林木结构设计工程有限公司 上海麦而林建筑工程有限公司 上海天创建筑工程发展有限公司
Copyright 2000-2017 www.mcl-china.com 麦而林木结构设计 上海麦而林木结构设计工程有限公司 All Rithts Reserved 沪ICP备17056143号-1
办公地址:上海市中山西路1800号3楼E1座 工厂地址:上海市青浦区白鹤镇白石公路1222号 电话:021-54111167 传真:021-64401418
百度地图google地图