浅谈中国古建筑木结构的结构特性

王鹏 孟昭博 刘东

摘 要：木结构建筑是中国古建筑中最具特色的结构形式，研究其结构特性对现阶段的古建筑化遗产保护与恢复具有重要意义。通过对古建筑木结构的建筑形式的分析，重点讲述台基、榫卯连接、柱架的生起和侧脚、梁端的雀替和斗拱铺作层等营造技术，以及木结构优良的抗震性能。为古建筑木结构结构性能的更深一步研究及古建筑是保护和修复提供参考。

关键词：古建筑；木结构建筑；结构特性；抗震性能

1 引言

中国古建筑是我国传统文化必不可少的组成部分，在世界建筑史上独树一帜，是城市历史文明的见证，是人类物质文明和精神文明的结晶，具有重要的历史价值和科学价值。在五

千年的历史长河中中国创造出璀璨的具有中国特色的建筑文化，培养了像鲁班、李诫、梁思成、刘敦桢等著名的建筑大师，建造了许许多多的木结构古建筑，例如山西应县木塔、台山佛光寺大殿、明十三陵、故宫等存世至今的木结构古建筑，其中故宫是世界上现存规模最大的木结构古代宫殿建筑群。保护好这些古文化遗产，保证其结构具有可靠的承载能力和变形能力，使之能长久的保存，是当代建筑工作者义不容辞的责任和义务。

2 古建筑木结构的结构特征

中国古代木构架有抬梁式、穿斗式和井干式三种不同的结构方式。抬梁式使用范围最广，在三者中居于首位；穿斗式次之，中国南方普遍采用；井干式需要大量木材，因此受到限制，使用较少。抬梁式结构体系，对中国古代木结构建筑的发展起着决定性的作用，也为现代建筑的发展提供了借鉴。因此，以抬梁式结构体系为研究对象对木结构建筑进行研究和探索，具有典型性和代表性[1]。中国古典建筑的外观特征极为明显，都具有台基、屋身和屋顶3部

分，形成了与欧美建筑外观迥然不同的典型的"三段式"的独特风格。

2.1台基

台基是木结构建筑的重要组成部分。台基是高出地面的建筑物底座，又称为座基。其主要作用为防潮、防腐，承托建筑物，增强单体建筑物的高大雄伟。可分为普通台基和须弥座两类。一般房屋用单层台基，隆重的殿堂用两层或三层。大小建筑都有台基，特别是大型木结构建筑。如果崇楼华宇屋顶很大而台基很小，必然显得头重脚轻，很不相称。高台建筑经历了一个从盛行到高峰再到衰落的过程，特别是到了唐代，低平的台阶反而成为时尚，低矮的石砌平台，给人以亲切朴实之感。但宋以后，建筑上追求华丽的风气日趋浓厚，台阶也成为美化的对象。匠师们从佛主跌坐的莲台得到灵感，在宫殿、庙宇等重要建筑的台基部分，创造了一种雕刻华丽、用料考究的高级石台基，并命名为"须弥座"。此种作法一直延续到明清时期，并成为整个古典建筑的典型特征之一。

2.2屋身

中国古建筑以木结构为主，中国古建筑木结构是以木构架为骨干，即使有墙，也仅仅是起到隔断、划分空间的作用，还有门窗仅做围护，并不承担屋顶的重量，屋顶的重量的主要是由柱子承担。墙体一般墙脚宽、墙顶窄，称为收分；柱子一般向房屋的中心倾斜，称为侧脚。收分和侧脚使得建筑物的底部大、上部小，从而令整个建筑物更为稳定、牢固。中国古建筑有"墙倒屋不塌"的特点。柱子中段还有门窗，一般多为六扇或八扇，古建筑木结构的门窗既有采光通风和联系交通的功能，也有一定的装饰效果。中国古典建筑的室内，往往不用封闭的隔墙，而用半透空隔扇或全通透的罩作为分隔，甚至有些客厅、书房用博古架作划分空间的手段，点缀些盆景古玩，使空间倍增典雅之情[2]。

2.3 屋顶

中国木结构古建筑的造型优美，尤以屋顶造型最为突出，主要有庑殿、歇山、悬山、硬山、攒尖、卷棚等形式。古建筑大屋盖是封建政治制度和等级制度的象征和体现，庑殿顶等级最高，这类屋顶只有皇家或寺庙建筑才可以使用，歇山顶次之。在构造上，屋面一般不做成直线而是做成优美的曲线，并且屋角翘起，给人以柔和、稳重的感觉。中国古典建筑屋顶在转角处的起翘（向上翘）和出翘（水平方向凸出），这更是西方屋顶所没有的，它不仅有利于排水，还同时具有"视觉矫正"作用（克服人们产生屋角下缀的错觉），使房屋显得稳定轻快[2]。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。

古建筑木结构一般为大屋顶，重量较大。厚重屋盖固然可增加地震时的惯性力，但另一方面也提高了屋盖的刚度，约束了下部柱架结构，从而加强了房屋构架的整体性及稳定性，否则下部框架将形成不稳定结构，这对房屋抗震是有利的。古建木结构有自身的特点，在承受压力之前，其构架有一定的几何可变性，只有在承受一定的压力之后，各构件之间的连接才能趋于密合，构架才能具备一定的抵抗侧向荷载与侧向变形的能力。这样大重量、大刚度的屋顶为木构件之间的连接提供足够的摩擦力和阻力，加强了梁柱结构之间的整体性和稳定性[3]。

3 木结构古建筑的结构特征

中国古建筑结构的平面布置采用对称形式，这种布置方式使得结构的质量中心与刚度中心重合，可以避免水平荷载作用下产生扭转等不利内力[4]。古建筑木结构是以柱、枋、梁、檩、椽等构件组成的木构架为骨架，以其它材料为围护物的建筑。木构架是在屋基上立柱，柱上架梁，梁的两端承檩，檩上排列椽子，柱间用枋连系的结构。椽上再铺望板与瓦片，形成屋面。整个屋顶重量都有木构架承担，墙只是起到遮蔽和隔断的空间的作用。这种结构形式使得建筑具有极大的灵活性。

3.1斗拱

斗拱有叫铺作，斗拱是中国古代建筑独特的构件。方形木块叫斗，弓形短木叫拱，斜置长木叫昂，总称斗拱。一般置于柱头和额枋（又称阑头，俗称看枋，位于两檐柱之间，用于承托斗拱）、屋面之间，用来支撑荷载梁架、挑出屋檐，兼具装饰作用。由斗形木块、弓形短木、斜置长木组成，纵横交错层叠，逐层向外挑出，形成立大下小的托座。斗拱在整体结构中具有承托挑檐、避免雨水侵蝕柱身、传递荷载、耗能减震、减少跨度、和装饰的作用。

3.2 柱架层

对于柱架部分，梁柱节点采用榫卯连接、柱架采用侧脚和生起、雀替等特殊做法使得古建筑木结构与现代建筑迥然不同。梁柱除了要承担整个建筑物的的重量外，还具有雕梁画柱的作用。梁与柱之间的连接采用榫卯连接，柱与台基之间大多采用平摆浮搁的连接方式。当地震时，在水平反复地震作用下，半刚性榫卯节点可以产生榫与卯之间的滑移和限位转动，这使得节点产生一定的挤压变形而具有滞回耗能的减震作用；柱脚的平摆浮搁放松了柱与基础之间的相互约束，在水平倾覆力矩的作用下，允许柱架与基石交界处发生一定程度的抬升，地震作用下柱架的反复抬升与回位，導致柱架的摇摆，形成摇摆及自复位结构[5]，这样既降低了地震作用下柱架本身的延性需求，减少地震破坏，也减小了基石在倾覆力矩作用下的抗拉需求，进一步达到减震效果[6]。

3.3 雀替

雀替是中国古建筑的特色构件之一。宋代称角替，清代称为雀替，又称为插角或托木。位于房屋外檐柱与梁枋相交处的构件，自柱内伸出，承托梁枋两头，能起到减小梁枋跨度和梁柱相接处减力的作用，还能防止立柱与横梁垂直相交的倾斜变形。额枋下的雀替相当于现代建筑结构的加腋梁，雀替的使用加强了梁端的抗弯、抗剪性能，同时也丰富了立面，具有一定的装饰作用。雀替提高了节点的刚度和强度，减小了计算跨度，从而达到了减小额枋的应力的效果。

3.4 侧脚和生起

侧脚是立柱之前将柱底面做成微小斜度的斜面，立柱后可令柱首微收向内，柱脚微出向外。宋《营造法式》规定：外檐柱在前后檐方向上向内倾斜柱高的千分之十，在两山方向上向内倾斜柱高的千分之八，而角柱则同时向两个方向向建筑内部倾斜。"侧脚"技术不仅是为防止节点脱榫而设的，并且具有减震功效。

生起就是使檐柱由心间向两翼间依次增高柱长。生起使屋顶结构处于上凹的"皿"中，这将降低结构的重心，从而提高结构的抗震能力。

侧脚和生起可以明显减小檐柱的倾覆力矩，具有限制木构架位移、优化各构件受力，提高结构抗震能力和增加结构稳定性[7]。

4 结语

中国古建筑木结构以木构架为骨架，梁柱承重，墙、门窗为维护结构，不承担屋顶的重量。而榫卯结构、斗拱、雀替等特色构件，是中国古建筑木结构的典型的结构特征。研究古建筑木结构特性，可以更好地为保护和维修古建筑文物古迹提供可靠的依据。

参考文献

[1] 罗靓，刘本玉，牛钲昊.木结构建筑的结构体系及其抗震性能研究[J].工业建筑， 2010（40）：121-127.

[2] 徐其文，汤小平，索安勇.中国古典建筑木结构特性的分析研究[J].淮海工学院学报， 2002，11（4）：64-67.

[3] 赵 萌，李朝欣，张靖雪. 中国古建筑木结构的艺术价值与结构力学分析[J]. 艺术理论， 2009：210-211.

[4] 张鹏程，赵鸿铁，薛建阳.中国古建筑的防震思想[J].世界地震工程， 2001，17（4）：1-6.

[5] 周颖，吕西林.摇摆结构及自复位结构研究综述[J].建筑结构学报， 2011，32（9）：1-10.

[6] 赵鸿铁，张风亮，薛建阳，谢启芳，张锡成，马辉.古建筑木结构的结构性能研究综述[J].建筑结构学报， 2012，33（8）：1-10.

[7] 姚佩歆.木结构古建筑特殊构件雀替、生起和侧脚的受力分析[D].西安：西安建筑科技大学， 2011：43-45.