木构架建筑体系分析论文

摘要：为了研究木结构古建筑带内部填充木框架的抗震性能和价值损伤规律，选取清式木结构古建筑中广泛应用的槛窗木构架为研究对象，制作了缩尺比例为1∶2的试验模型进行低周往复试验，分析了槛窗木构架的荷载位移滞回曲线、骨架曲线、刚度退化规律和耗能能力。下面是小编整理的《木构架建筑体系分析论文(精选3篇)》，仅供参考，大家一起来看看吧。

木构架建筑体系分析论文 篇1：

浅析“木”在中国古建筑中的应用与现代继承

【摘 要】“木”是中国古建筑最常用的建筑与装饰材料，它已成为中国古代建筑的标志性特点。从时代的变迁及多样性的使用，探讨“木”在中国古建筑中的使用历史，分析总结木的优越性、地域的差异性使用，应时代发展发现木在现代的继承使用。

【关键词】木；中国古代建筑；历史；优越性；现代继承

引言：

“木”是中国古建筑最常用的材料，它的出现不仅是撑起建筑的脊梁，更是撑起中国古建筑的灵魂。木材在建筑中的使用逐渐形成了独特的中国的建筑文化，虽然时代在不断变迁，但没有改变历代人们对“木”的钟爱，直至今日不仅是在中国，在世界其他的地区木在建筑内外的应用随处可见。

1“木”在中国古建筑中的使用历史

在世界的建筑历史中，人类历史出现过几种不同的建筑体系，虽然这些建筑体系不同，但是它们使用的主体机构与材料却是不尽相同，即石、土、木三种。以石为主的主要是古代的欧洲、埃及、美洲、伊斯兰建筑等等；以土为主主要是古代西亚地区建筑；然而木材作为建筑主体结构材料的地区是以中国为核心的古代东亚地区。

1.1中国古建筑与“木”的渊源

从人类文明开始，木材就成为人类生活不可缺少的资源。《说文》这样解释“木”：木，冒地而生。东方之行，从草，下象其根。从原始社会的建筑雏形到明清时期，时代的交替并没有让中国古建筑对木使用的始终如一，相反“木”成为一种标志出现在中国建筑历史上。

1.2从时代变迁认识

中国古建筑从原始社会的木结构的建筑雏形到明清时代的宫殿、园林经历了几千年的辉煌发展。按照中国古建筑发展的时间顺序来认识木与古代建筑的渊源大致可以分为：原始社会——夏商周——春秋战国——秦汉——魏晋南北朝——隋唐五代——宋元——明——清这几个阶段。也可以从木在历代建筑中使用的情况来认识“木”与古建筑的历史渊源：初步使用时期、趋于成熟时期、高潮时期、继承规范时期、高潮时期。

1.2.1初步使用时期

“木”在中国古建筑的初步使用时期包括原始社会、夏商周、春秋战国这几个时期（图1）。原始时期的人利用天然的洞穴作为气息之所，到了新石器时代，发展成为地面上的建筑，古代文献有“构木为巢，以避群害”之说，所以在当时已有对木的最初使用形制。到了随后的夏商周三代、春秋战国时期木结构和夯土技术已经初步形成模式。主要是宫殿为主，宫殿建在夯土台之上，木架的结构及其上面进行彩绘装饰。这些都标志着中国古代建筑已经具备了基本雏形，木材料已经以主要的材料形式出现在古代建筑之中了，这是“木”在中国古代建筑以后的历代发展的基础。

图1

1.2.2趋于成熟时期

这一时期包括秦汉及魏晋南北朝时期，其中对“木”使用技法和形式已经开始趋于成熟，斗拱开始在重要的建筑上普遍使用（图2）。当时出现很多著名的建筑，如阿房宫、秦始皇兵马俑等等。当时为了加强中央集权，秦始皇动用全国的人力、物力来修筑都城、宫殿、陵墓，然而建筑的结构主体的木结构已趋于成熟。例如秦始皇兵马俑陵墓的建造结构基本都是以木架支撑，现在那些木架结构还依稀可见。而到了魏晋南北朝时期，佛教的传入扩大了对“木”的使用范围，佛寺的大量建造再次巩固了“木”在中国建筑中的主导地位。

图2

1.2.3高潮时期

高潮时期包括隋唐五代。经过时代的变迁，人对于木在中国古代建筑的使用技巧已经成熟，继承了前代的成就，又融合新的外来影响（图3）。这一时期的建筑已经形成一个独立完整的建筑体系。而中国的古代建筑传播至朝鲜和日本，至今我们还可以在日本、朝鲜、韩国看到中式的建筑感觉。而这一时期对“木”的使用技术有了新的发展，木架结构已经能正确的运用其材料的性能而设计搭建。

图3

1.2.4继承规范时期

这一时期的建筑技术和对木材的使用都继承了前代的特点，但自北宋起就一变唐代的气势宏大的感觉，而是向细腻、前桥方面发展，对建筑的细部更加讲究。北宋颁布的《营造法式》就对建筑建造进行了一系列的规范。其中有关木材的使用规范有大量的陈述。

1.2.5二次高潮时期

到了元明清时期，木材对与建筑的使用出现的比较普遍与频繁。不仅仅出现在宫殿建筑上，这一时期兴建帝王苑囿与皇家园林，如园林中的木桥、廊柱等同时还有南方的各种民居，都是大量使用木材作为建筑的主要结构或是装饰材料。这充分的体现了木材在中国古代建筑歷史中占有无可替代的重要地位（图4）。

图4

1.3从使用多样性认识

在中国古代建筑历史中，木材以各种各种各样的形式状态出现在建筑内外，可见在古人的智慧下，木材的使用形式也是创新多样的，通过不断的创新应用才有保留至今的中国古建筑的主要形式。木材多样性创新使用大体包括木材使用多样性和地域多样性的使用两种。

1.3.1创新多样性的使用

木材在建筑中以多种形式的出现，包括宫殿、园林、民居及其他结构、装饰构件等。建筑的结构框架需要木才作为支撑，园林的建设同样离不开木材的使用，如木桥、亭子，连未经加工修饰的树木都可以作为园林中的一景；民居使用木材也较为普遍，特别是明清时期，江南民居都以木为主，无论是建筑的结构框架、家具还是细部装饰。古人通过对木材的创新性多样化使用发挥了木材的可适用性。

1.3.2地域多样性的使用

南北方对于木材也存在差别使用，根据地域环境不同，因地制宜，对木材进行加工使用。北方出现的例如内蒙古的蒙古包的搭建，蒙古包本身是由木架结构作为骨架支撑的，内部家具装饰都以木为主。北方还有北京的四合院、西藏的民居、庙宇等都可以看到木材在结构上和装饰上的大量使用。在南方，天气的潮湿，木材发挥其自身的优势和功能。如江南的民居建筑内部基本都是木架结构，从建筑的表皮到楼梯到细部的装饰都是以木材作为主要材料进行建造的，建造的形式与空间布局与北方的风格形成鲜明对比。同时福建、广西、云南等南方少数名族地区的建筑形式都是以木材为主。

2为什么中国古建筑以“木”为主？

与西方建筑相比中国古代建筑的最大特点就是以木材为主的木结构体系。中国古代建筑对“木”的情有独钟不仅仅是因为木自身的优越性，也是因为“木”蕴含了中国的传统文化和哲学思想。

2.1与西方相比

中国古代建筑为了表现恢宏气势，采用建筑的群体化，这与西方的以石材为主的建筑单体化形成鲜明的对比。从建筑的结构形式、表皮、细部装饰都存在着明显差别。中国建筑的框架以木结构为主，通过各个部件的穿插对接形成稳固的结构，在建筑的表皮也是砖与木的结合为多，在中国古建筑的细部装饰都是以木雕、彩绘的形式为多，其基本材料都是木材。然而西方的建筑特别是古代欧洲的建筑石材是作为建筑的主要材料和结构体系，各种古典柱式的出现，各种石材的雕刻装饰的运用，都和中国古建筑产生了明显的地域与国度之分。

2.2“木”的优越性

为什么“木”成为中国古代建筑的基本特征，首先是其相对与石材的优越性。包括木材自身优势和其组合后的结构优势。

2.2.1自身优势

中国古代建筑是以现世的人为本，因此需要快速营建而且还要满足世人的功能需求。木材自身具有的优势，是其作为建筑材料的首选。首先，木材相对于石材来说是体量轻盈。无论是采伐到运输方面还是搬运、施工方面，木材都是比较便利的。其次砍伐树木与开山取石、制坯烧砖比较要简单容易得多，同时可节约大量的人力、物力和时间，这就在建造过程中避免了很多问题，如因大规模、长时间的集中劳役耽误农民务农时间以及破坏生产等。这与西方大型石质建筑的建造比较起来要方便快捷的多。在细部的装饰上，木材较石材更加容易塑造加工，在古代建筑中可以发现很多利用木材的巧夺天工之作，如斗拱的装饰、各式各样的拱撑雕刻等等。

意大利弗洛伦萨主教堂在1296年动工，直到1470年才完成；梵蒂冈圣彼得大教堂从1506年至1626年，历时120年等等。这种现象表明，西方建筑的建造时间较长。然而在中国古代，汉代建造的长乐宫，它的规模将近当时长安城的四分之一，但它的建成才历时2年；明代北京紫禁城，72万平方米，大小房屋近万间，前后完成只用了13年，大部分的时间花在材料准备上，现场施工建造只用5年时间。所以在古代社会，要实现规模宏大、营建速度快，相对容易搬运、加工和采集的要求，木材就成为中国古代建筑的最佳选择。

2.2.2结构优势

木结构建筑体量轻盈，但它结构稳固结实。木建筑构架是由榫卯连接及斗拱层等方式密切相联的。这种结构方式不但稳固，而且可以有效的缓解地震带来的破坏力。如在山西应县有一座木塔，高67.3米，除塔底层是用砖砌墙与屋面的瓦外，其他全部由木材建筑而成，千年来这座塔经历多次大地震，但现在依然屹立在那，这也是至今我国境内留存下来的最古老、最高的一座木架结构的佛塔。这座佛塔的留存至今充分的显示了木结构的防震性能。

2.3“木”的社会性

中国古建筑对“木”的钟爱，表面上看是技术与客观问题，但实际上是与中国民族的文化、思想、经济、信仰等密切相关的。古代欧洲的建筑历史中，最为辉煌的部分都是关于神建筑，即神庙和教堂。那些经典辉煌的建筑几乎都是奉献给众神或是上帝，它们具有鲜明的特点：一是追求建筑单体的体量和内部空间纵深，以显神的伟大；二是追求建筑的永恒，以满足人类对神的虔诚与尊重。基于这种情节，相对土、木来说，石材是最为坚固永耐用的，能够满足西方人对神的供奉和膜拜的要求。

与欧洲相比，中国建筑文化是把“人”放在第一位，强调现实人间的人伦秩序，宗教建筑固然重要，但中国的建筑大部分是为现世的人建造的。古代建筑的建造佛寺、道观的态度与对待建造世人的住宅是一样的，主要就是给神佛的雕像遮风避雨，建筑如果出现破坏，就会对建筑进行改建和翻修，而并没有像西方那样追求建筑的永恒。

古代建筑在设计和建造时主要考虑的是怎样去满足现世的“人”的要求。古人云“宫室之制，本以便生人”。老子云“万物负阴阳，冲气以为和”，中国人更注重的是舒适的栖息之所。为了满足这一点，建筑高度不用过高，规模不用太大，这样一来，采用木材建造是最佳选择，这样建筑与人体比例适宜，而且木材出自天然，居住和使用相对舒适。

3“木”在现代建筑的继承使用

木材无论对于过去、现代还是将来都是永恒的建筑材料。它能够成为中国古建筑的基本特征和基本建筑装饰材料，是经历过历代的变迁，是经过人们的选择和考验而得来的。在木材的自身的材料特点和它的可塑性都让它受到建筑设计师的青睐。当代，木材在建筑中的使用已经普遍存在，人们对木材的认识及对木结构的建筑技术、设计方法和技术规范等方面已经趋于成熟。

现代著名建筑大师赖特认为：木材是最具人情味的材料。当代建筑风格多为冰冷、无特色的国际风，无法体现建筑特色、地域文化等。在现代技术的推动和改变之下，打破对“木”的传统认识，重新对木材进行加工、改造、组合、再利用等等，小到室内的各种饰物，大到大型的公共建筑，木材的成功应用均有体现。通过对木材的认识和现代技术的结合，可以把木材在现代建筑中的应用分为使用的形式、与技术结合的应用、文化内涵展现三个方面。

木材在当代建筑以不同的形式出现，通过现在技术的再加工可以作为建筑的表皮、构件、装饰甚至可以作为整个建筑出现在人们眼前，这种出现是传统形式的打破与重生。如（图5）东京的一个咖啡屋，用木头垒叠而成，又似斗拱，由隈研吾与associates合作完成。此件作品把建筑融入环境，木材作为整个建筑的主要支撑和装饰，木材的重新组合搭建及本身的自然材质构成了舒适宜人的休闲空间。作品中还可以看到一些古代建筑的韻味，但却体现了木材新形式的应用，及与现代技术的结合工艺，同时构造出一种崇尚自然的人文气息。在西班牙的塞维利亚，有一座世界上最大的露天木质建筑物。建筑物的主要材料就是木材，木材经过加工，以木板环扣的方式编制组合构成一个类似云朵形状的壮观的露天公共建筑，以供人休闲、娱乐、参观等。木质的应用让人在其中可以自然舒适地休闲及参观，对木材的独特设计、应用、内部空间的设计以及与周围中世纪风格建筑的对比，这些都完美地结合在一起，又使人感受到建筑与城市的时代感。

图5 日本东京木头垒叠而成的咖啡屋和西班牙的塞维利亚露天木质建筑物

现代建筑对木材的重新利用使木材在建筑中的应用范围扩大，并且与时代文化和时代要求想结合。这也是对古代“木”在建筑中的应用与审美文化的升华。

4总结

从木架结构到细部的木材装饰，“木”已经成为中国建筑的一种的文化，它向世人展示了中国古代的建筑理念和社会文化取向。古代建筑对木材的实践和认识为现代建筑对于木材的使用奠定了良好的实践基础。吸收古代建筑对其应用的经验，结合现代的技术方法，在继承中发展对“木”的应用。

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作者：于莎莎

木构架建筑体系分析论文 篇2：

古建筑槛窗木构架抗震性能及损伤等级评价

摘 要：为了研究木结构古建筑带内部填充木框架的抗震性能和价值损伤规律，选取清式木结构古建筑中广泛应用的槛窗木构架为研究对象，制作了缩尺比例为1∶2的试验模型进行低周往复试验，分析了槛窗木构架的荷载位移滞回曲线、骨架曲线、刚度退化规律和耗能能力。试验结果表明：槛窗木构架滞回曲线有明显的“捏缩效应”，随着加载位移的增大和加载循环次数的增多，这种效应就越明显;试验过程中墙体首先发生破坏，而后随着加载的进行，墙体逐渐加剧破坏，木构件出现拔榫、棂条劈裂等破坏。墙体对木构架的刚度影响较大。结合槛窗木构架可能存在的价值点，提出基于价值的损伤评价指标，为古建筑的修复、加固和价值损伤评估提供参考。

关键词：古建筑;槛窗木构架;低周往复试验;损伤等级评价

基金项目：北京市自然科学基金市教委联合资助项目（KZ202010005012）;国家重点研发计划（2019YFC1520803）

作者简介：郇君虹（1989- ），女，博士，主要从事木结构抗震性能研究，E-mail：junhonghuan@stdu.edu.cn。

郭小东（通信作者），男，教授，博士生导师，E-mail：gxd@bjut.edu.cn。

木結构古建筑是中国的文化瑰宝，是历史文明的传承，具有不可再生性和不可替代性。然而，中国是一个地震多发的国家，许多古建筑在历次地震中均遭到了不同程度的损毁[1]。因此，研究木结构古建筑的抗震性能，并对其开展科学的修复及保护工作刻不容缓。学者们采用模型试验、有限元分析、理论推导等手段对木结构古建筑展开了一系列研究，涵盖了木结构古建筑的榫卯节点、斗栱节点、平面榫卯节点框架、空间木构架等方面。

在榫卯节点方面，吴洋等[2]对不同拔榫程度的燕尾榫节点框架进行试验研究，提出了静力作用下梁跨中荷载与挠度的变刚度线弹性力学模型。郭婷等[3]对西南传统民居穿斗式木结构穿销中节点进行单调加载试验，研究了两类节点的力学性能。郇君虹等[4]研究了扁钢加固半榫、透榫及燕尾榫的抗震性能，提出了一种新型的榫卯节点加固方式，以提高结构的抗震性能。在斗栱节点方面，Tsuwa等[5]制作了3种不同尺寸的斗栱模型，对其进行动力和静力加载试验，分析了斗栱的构件对整体结构力学性能的影响。Yeo等[6-9]对两种不同形式的斗栱进行振动台试验，研究了传统结构斗栱在不同竖向荷载作用下和集集地震波激励下的破坏模式。在平面榫卯节点框架方面，Atsuo等[10]通过拟静力试验和有限元模拟研究了日本传统结构带斗栱、梁和木质填充墙的平面框架的力学性能。DAyala等[11]建立了台湾地区传统寺庙3种不同框架的有限元模型，计算结果中，结构产生的应力及位移和相关震害资料显示的一致。

近年来，尽管针对木结构古建筑的抗震研究取得了一定的进展和成果，但针对带门、窗、墙体的木结构古建筑木构架的抗震性能方面的研究还存在不足。研究表明[12-13]，木构架内部的墙体门窗等会对木结构古建筑抗震性能产生较大的影响，且木结构古建筑的门、窗、墙体壁画等是古建筑文化价值的重要组成部分，研究其抗震性能和价值损伤十分必要和迫切。笔者以木结构古建筑中应用广泛的槛窗木构架为研究对象，以清《工程做法则例》[14]为依据，建立了缩尺比例为1∶2的模型，采用低周往复试验对其进行抗震性能研究。

1 试验概况

1.1 试验材料模型制作

以中国现存的清式古建筑中带雀替、隔扇、槛窗的木构架为原型，按照清《工程做法则例》[14]和《中国古建筑知识手册》[15]中的做法，制作了两榀缩尺比例为1∶2的木构架模型，两榀木构架的设计参数相同，编号分别为KC1和KC2。选用的木材为樟子松，未考虑材料老化的影响。试验模型和构件的尺寸如图1～图3及表1所示。槛窗木构架的构件之间连接根据传统清式建筑的做法，采用榫卯连接，具体构件和榫卯节点的尺寸如图4和图5所示。由于构件和墙体均为人工砌筑，并且需要提前预留安装空隙，因此存在一定的缝隙差异。经过测量，两榀木构架的缝隙差异在3～5 mm左右。两榀槛窗木构架的砖墙均由同一工人砌筑。

1.2 材性参数

根据相关试验标准[16-24]制作试块，对试验所用的木材、砌筑砂浆、砖砌体进行材性试验，获得相应参数，如表2、表3所示。

1.3 加载方案

在柱顶端放置柱帽，柱帽上放置分载梁。通过分载梁两端吊配重的方法施加经过屋面荷载折算的柱端荷载，共12 kN。加载装置如图6所示。为了防止试验过程中构件产生平面外倾斜，在试验构件后方搭建脚手架进行支撑。

通常木结构在承受较小荷载的时候就发生较大变形。因此，参考《建筑抗震试验规程》（JGJ/T 101—2015）中的建议，水平方向采用位移控制加载。加载初始值为±3 mm;加载位移在5～70 mm时，每级加载位移增加5 mm;加载位移在70～110 mm时，每级加载位移增加10 mm;加载位移大于110 mm时，每级加载位移增加20 mm，每级位移循环加载3次，直至加载到千斤顶最大量程150 mm为止。加载位移曲线如图7所示。

在千斤顶顶端设置力传感器和位移计，用来测量加载过程中木构架的受力和千斤顶推出位移。采用位移计2和位移计3测量枋端的脱榫量。试验现场布置图如图8所示。

2 试验现象分析

KC1和KC2的试验现象基本相同。试验加载初期，控制位移较小，木构架没有明显变化。当加载位移增加到10 mm时，木构架发出木材挤压的“吱吱”声，墙体边缘部位沿灰缝产生裂缝。随着加载位移的增大，裂缝逐渐发展，加载位移为35 mm时，在边缘部位形成贯通裂缝，而后由边缘部位向中部发展。加载位移为50 mm时，在墙体中部形成人字形贯通裂缝，窗扇的榫卯节点产生轻微拔榫。随着加载位移的增加，墙体裂缝不断发展，窗扇的榫卯节点拔榫逐渐增加，加载结束时;榫卯节点的最大拔榫量达到3 mm，约为榫头长度的1/10，仔边、棂条劈裂。加载结束后，结构的破坏形式如图9所示。

3 试验结果分析

3.1 荷载位移滞回曲线

图10为KC1和KC2的荷载位移滞回曲线，可以看出：

1）两榀槛窗木构架的荷载位移曲线形状及变化趋势基本一致，槛窗木构架的滞回曲线均呈“Z”字形。

2）滞回曲线的中部扁平，有明显的“捏缩效应”。也就是说，在一定的加载位移范围内，加载位移不断增加，而结构的受力增加速率相对缓慢，造成滞回曲线中部呈捏拢状。这是由于槛窗木框架构件之间存在缝隙，加载初期构件之间产生滑移造成的，随着加载位移的增大，构件之间相互挤紧，结构受力不断增加。

3）随着加载位移和荷载循环的次数增加，这种“捏缩效应”逐渐显著。这是由于反复加载后，一方面墙体破坏，降低结构刚度;另一方面，构件产生了塑性变形，加大了构件之间的空隙，致使加载初期构件之间的滑移加剧。

3.2 荷载位移骨架曲线

荷载位移骨架曲线是试验槛窗木构架的荷载位移滞回曲线峰值点的连线。试验中每一级加载位移循环3次。KC1和KC2的荷载位移骨架曲线如图11所示，可以看出：

1）每级加载位移下，第2、3次循环的荷载小于第1次循环的荷载，说明累积循环加载会造成结构力学性能退化。力学性能退化的原因包括墙体裂缝的开展、木构件榫卯节点的松动、木材的塑性变形、墙体倒塌等。

2）当加载位移为35 mm以下时，两榀木构架的曲线基本呈直线，此时槛窗木构架的木构件部分还未出现明显破坏，而墙体也未形成贯通裂缝，可以认为该阶段为轻微损伤的弹性阶段。

3）当加载位移在30～65 mm时，骨架曲线的斜率变小。这是因为随着加载的进行，墙体形成多条贯通裂缝，力学性能退化，可以认为该阶段为墙体破坏的塑性阶段。

4）当加载位移大于65 mm时，两榀槛窗木构架的骨架曲线再次呈直线状态，刚度有所增加。这是因为随着加载次数的增多和增大，墙体损伤累积，裂缝充分发展，砖块掉落，墙体酥碱，墙体和木柱之间空隙增大，缺乏有效连接，基本不再受力。此时的荷载主要由木构件承担，该阶段木构架进入了新的塑性阶段。

3.3 耗能分析

通常情况下，采用能量耗散系数he来衡量结构的耗能能力。一般来说，能量耗散系数越大，结构的耗能能力就越强。KC1和KC2的能量耗散系数如图12所示。

從图12中可以看出，随着加载位移的增大和循环次数的增加，槛窗木构架的耗能能力逐渐降低。在加载位移为30 mm前，墙体裂缝从边缘部位开始发展，加载位移为35 mm时，出现第一条竖向贯通裂缝，在该区间段内试件的耗能能力下降较快，此后下降速率变小。说明在槛窗木构架墙体竖向贯通裂缝出现以前，裂缝的发展对结构的耗能能力产生影响较大。

3.4 刚度退化分析

随着位移荷载的增大和加载循环次数的增加，结构的刚度会出现降低的现象，称为刚度退化。一般采用第1次加载循环中的割线刚度Ki来衡量。计算所得的KC1和KC2刚度退化曲线如图13所示。

从图13中可以看出，两榀槛窗木构架的刚度退化具有一致性的规律，即随着加载位移的增大，刚度逐渐减小，最后趋于直线状态。在加载位移为35 mm前，刚度退化较快，之后刚度退化趋于平缓。说明墙体对结构的刚度影响较大。

4 槛窗木构架损伤等级分析

4.1 墙体裂缝长度发展规律分析

试验和震害资料[1]表明，对于槛窗木构架来说，墙体部分首先且更容易遭到损害，也就意味着在墙体上附带的文物价值部分更容易损伤。为了充分反映墙体上可能会附带的文物的损伤情况，综合试验现象和历史震害资料，选取墙体裂缝作为槛窗木构架的价值损伤指标，对槛窗木构架的墙体裂缝长度进行了分析，图14为槛窗木构架墙体裂缝长度随加载位移的变化情况。为了便于统计规律，将裂缝长度进行归一化，记作

式中：lf为槛墙的总裂缝长度;lz为槛墙的周长。对加载位移进行归一化。

归一化中采用65 mm位移为槛窗木构架墙体裂缝充分发展，边缘砖块第1次掉落时的加载位移。对根据试验所得的裂缝长度随加载位移变化规律曲线进行拟合，拟合公式如式（3）所示，拟合曲线如图15所示。

4.2 槛窗木构架整体损伤评价

目前，中国还没有专门针对木结构古建筑、槛窗木构架等文化遗产建筑组成部分而设定的损伤评价指标体系和评价标准。建立评价指标时先从墙体可能会附带的文物价值出发，一般来说，墙体主要的附属文物表现形式为雕刻和壁画。基于此，结合槛窗的试验现象及结构的破坏过程，提出槛窗木构架基于价值的损伤等级评价指标，如表4所示。

5 结论

通过对槛窗木构架进行试验研究和分析，得到以下结论：

1）加载过程中，槛窗木构架的墙体首先发生破坏，墙体贯通裂缝充分发展后，窗扇开始出现轻微拔榫，随着加载的进行，拔榫不断加剧。最终的破坏形式为墙体倒塌，榫卯节点拔榫变形，棂条开裂。

2）槛窗木构架滞回曲线呈Z型，有明显的“捏缩效应”。随着加载位移的增大和循环次数的增加，这种效应越明显。

3）在墙体贯通裂缝出现之前，槛窗木构架的刚度较大，且刚度退化速度较快，后期刚度退化速度较为平稳。构件和榫卯节点之间的紧密程度、墙体的砌筑水平、墙体和木框架之间的间隙都会影响结构的刚度耗能能力。构件之间越紧密，刚度越大，耗能能力越强。

4）采用三段式曲线对槛窗木构架墙体裂缝进行规律分析，在考虑槛窗木构架可能附带的文物及其价值的基础上建议了基于价值的损伤等级评价指标，为文物的保护和研究提供参考依据。

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（编辑 胡玲）

作者：郇君虹 郭小东 马东辉 管忠正

木构架建筑体系分析论文 篇3：

浅谈当前木构空间结构创新

摘要：本文从建筑表现的视角切入对木构建筑的研究，探讨材料与形式之间的逻辑关系。引发对基于木材材料特定属性的建筑形式与建筑表现的思考，并主要就当代木构空间结构创新进行了分析。

关键词：空间；结构；创新

文献标识码：A

1、结构表现的空间追求

1.1　结构与建筑

结构，作为“支持及承担外力作用的部分”，一方面，结构体系为空间需求提供了物质载体和技术支持；另一方面，结构体系也树立了建筑形象的原始轮廓。结构既在一定程度上是实现建筑造型的技术约束，其自身的不断拓展又给予了建筑造型自由的认知领域和表达空间。结构除了支撑体系的功能，也包含了建造本身的行为方式，这涉及到广阔的技术因数，如技术手段、构造组织、建造逻辑，表达层次等。因此结构不仅是空间实现的手段，也应是建筑设计所包含的过程和最终目标的重要组成。在建筑理论领域，结构造型设计早已突破纯粹的技术范畴，而开始向建筑空间论发展，技术所拥有的理性和秩序形成了新的美学观念，受到建筑界广泛瞩目。

结构具有以下几个特点：

A结构是建筑上产生形态与空间的首要且惟一的工具。由于具备此功能，结构是塑造人类物质环境的基本手段。

B结构依据的原则受自然科学法则所影响，所以，在实现建筑设计的各种约束中，结构是绝对的准则。

C结构在它与建筑形态的关系中，仍拥有无限地进行阐释的余地。结构能完全隐藏于建筑形态之内，亦能变成建筑形态本身。

D结构体现了设计者使形态、材料及力量一体化的创造性意图，于是，结构为塑造与体现建筑物而提供美学及创造性的手段。

1.2　结构表现及其空间意义

1.2.1　结构表现

在建筑设计中，结构的能动作用有着几种不同的升华境界：强制结构、忠于结构、表现结构和结构表现。以结构构思为基础的建筑设计方法，远不满足于把结构作为配合实现建筑造型设想的辅助手段；也不满足于忠实地反映结构：甚至也不满足于表现结构；而是着眼于建筑艺术性和结构有效性的完美结合一即结构表现。结构表现的具体含义是：结构在建筑设计中的作用不再仅限于构成建筑物的骨架和支撑建筑物的力学范畴，而成为构成建筑形式的主要元素，表达建筑思想的主要手段。

结构表现是在建筑设计中以结构构思为基础的设计方法，它着眼于建筑艺术性和结构有效性的完美结合，是结构在建筑设计中能动作用的最高境界。它逾越了反映结构的直白乏味，也突破了表现结构所带有的形式主义的意味。结构表现的运用是以深刻认识结构的力学规律为前提的，充分开发结构体系的有效性为基础，深刻挖掘建筑造型的艺术性则是升华，建筑内在的结构逻辑性赋予了建筑形象深厚的内涵美，创造出建筑与结构浑然一体的逻辑性的和谐之美。

木结构设计的发展不拘泥于建造效率和手段的变化，而更关注由此所引发的木结构表现的思考。把结构构思作为一种设计方法，理解结构表现的意义，研究结构构思的观念、方法和规律，具有相当的现实意义。结构表现的意义在于把结构作为一种建筑自觉表现的源动力。对此，奈尔维曾说过：“建筑师是masterbuilder，他可以在结构语言中为自己的艺术表现找到必须的词汇，正像掌握了某种语言的人可以用它来写诗一样。”

1.2.2　结构表现的空间意义

结构表现的艺术不仅要求结构经济有效，而且还要符合建筑形式美的原则。结构和视觉表现是追求结构艺术极为关键的两个因素，平衡和协调两者的联系是结构构思。结构构思一方面根据空间需求的总体目标，提供力学高效能的结构方案，另一方面综合考虑结构体系的外在表现与建筑学和美学方面的平衡，从而达到整个建筑的协调，设计意向的清晰。结构表现的真正含义就在于此。在建筑结构构思中，利用设计技巧和方法，使结构形式既能显示其最优化的原理、又能平衡各结构材料应力的分配，达到建筑形式和功能在美学与力学的统一，是建筑师们共同追求的目标和方向。

路易斯·康强调了解材料特性，充分发挥其自然属性和力学性能，应是建筑师力学意识的基本组成部分。由于材料性能的差异，不同的材料适用于不同的结构体系与形式。

胶合木技术及计算机辅助设计的应用，解决了一些由木材料建造的大跨度结构和超大空间结构等长期困扰建筑界的结构问题，建筑师们拥有了更广阔的创作空间。技术对建筑的贡献是革命性的，它对于技术意识和经济效率追求的同时，也在发展着自己的美学意识。在复合结构方面，单纯的结构性方案是远远不够的，建筑师还要通过调整各部分的比例，充分发挥材料的承载能力，使结构成为一个完整的有机体。

2、大跨度木结构建筑作品解析

在建筑结构发展史中，无论在哪个阶段，最优秀的大跨度建筑往往是那个时代最先进结构技术的集中代表之一。大跨度的出现和发展给建筑界带来令人震惊的力量美和结构表现力，为此本文将着重探讨结构构思中这种极具代表性的类型——大跨度建筑中木结构的创新运用。

现代木结构大跨度建筑的出现是近几十年的事情，结合钢材的现代钢木复合结构因其灵活的可组性，运用在大型公共建筑中的结构形态丰富多样。在一些体育馆、展览等大型的建筑中，钢木复合结构不仅仅立足于结构的承载机理，以多样结构形态的探讨丰富着建筑的空间表现，而且对于极限跨度的挑战也是一直不曾减弱过。

本文所列举的大跨度木结构建筑都具有明显的结构艺术特征，结构的形式已经不再局限于对钢结构形式的简单模仿，而是充分发挥木材在抗弯抗压以及材料可塑性上的优势，并结合相应的施工手法创作出全新的大跨度木结构体系。这些个性的结构不仅来自技术概念的积累，也是工程师创造力与想象力的直接演化。

2.1　张力作用木结构

悬挂结构

由于木材自身抗拉性较好，通过钢节点的连结可以形成抗拉强度较好的结构构件。悬挂结构在外力作用变化的情况下，木材可以适应一定的结构形变，使内部应力分配更加合理。

M之波——长野市奥林匹克比赛馆

长野冬奥会比赛馆的“木造半刚性悬挂式屋顶”是采用当时世界上史无前例的结构用太尺寸层板胶合木来建造的。在造型上，比赛馆完全摆脱了以往常见的圆弯式屋顶，代之以峰峰相连，一字排开的悬挂式屋顶。在空间上，建筑师采用了信州落叶松木制作的结构用大尺寸层板胶合木，并以很大的垂度密排起来，构成动感十足的悬挂式屋顶，展现给人们一个别开生面的内部空间。

2.2　推力作用木结构

线性拱结构

将悬索形态反转即得到均布荷载下只传递轴向应力的拱结构形态。拱在外力的作用下应力分布均匀，能充分利用材料强度。同时，又以截面内轴向压力的竖向分力来平衡结构的整

体剪力，使结构内部剪应力极小。因此，拱结构十分适用抗压材料构建大跨结构。木材优良的抗压特性十分适用于拱结构。

智利博德加斯葡萄酒厂

这座富于美感和表现力的建筑是对于木材应用的一次华丽表现。外部蜿蜒曲折的胶合层木柱子支撑着外挑的屋顶，材料是智利主要的种植树木——辐射松。屋顶联接了西南到东北走向的两座建筑，结构的规模和形式都化繁为简，一对对层压木曲梁逐渐变小消失于一点。挑出的屋顶自建筑联合体的中线向上逐渐起坡，在它的下边有一个可以看得到的栅格木结构(图1)。这些栅格在建筑中间的开口处紧密地连接在一起用以满足更大跨度的需要。从它的每个长边看去，这个联合的建筑主要是由外挑的屋顶和胶合层压木制梁构成。这一由屋顶保护下的非凡结构只能从另外的端部才能看到。每个建筑都由两个筒形拱的形式组成，并从一边延伸到另一边，全部的木材都由相对较小的木构件包裹。

网格结构

推力网格结构通过将线性拱交叉，改善了线性拱结构易平面失稳的结构缺陷，并且在结构交叉部位，由于木结点设计与施工的简便性，使该结构应用十分广泛。

瓦隆大区水利林业发展局

该设计综合运用了高新技术和传统的材料与技术。出于当代对使用传统弯木材和刨花料的情有独钟，选择了双层线性双曲拱结构(图2)，这也为频繁地重复使用外形上完全相同的材料(由工业烘干、蒸煮弯扭的木材)提供了方便，有利于降低建筑施工和装潢成本。

这种结构由一系列不断发岔的双层拱构成两层横向拱和两层纵向拱。所有横向拱都有着相同的半径，而纵向拱的汽径则按照它们在屋顶上位置的不同而变化，纵向拱和横向拱之间成直角相交。双层拱由纵向布置的屋脊加固，下接建筑的基脚，与独立部分的混凝土地基相交会。每扇拱与地面保持垂直，随着拱势趋于水平而变得越来越宽，并渐次分岔为两个、三个和四个部分。木材的截面一般呈方形，用蒸汽压弯到一定的曲度。为了防腐，采用昆虫杀虫剂和杀真菌剂进行了浸泡处理，其表面硅胶粘结了反光的、柔和的玻璃瓦。在圆屋顶之下是沿纵向延伸至全长比屋顶稍小的混凝土结构楼房。这种结构使建筑的中央部分更显突出，同时起着辅助支撑双层拱的作用。

2.3　树形支撑空间结构

树形结构的基木原理是把各分散的荷载集中起来，通过枝权传到支撑点上，这个支撑点通过反作用力来提供整体的平衡，所有构件只受轴向压力。但通常情况下建筑荷载是复杂的非单一的，必须考虑构件中的弯曲应力，特别是在节点上。作为支撑结构的树形结构具有如下构造和受力特点：

A结构有规律地分叉，从一点或几点向空间伸展，形状恰似树枝。

B构件轴向受力为主，具有良好的空间受力性能。节点多采用铸钢节点，具有较高的强度。

C枝权顶端与屋面结构连接，构成整体受力，屋面为各枝权提供稳定支撑。

D屋盖多采用轻型屋面体系。

西伯利厄斯会堂

芬兰的西伯利厄斯会堂为树形支撑空间结构形式的典型代表。会堂的设计宗旨即为建筑寻求一种木材使用的新途径，借以宣扬芬兰主要的自然资源。设计小组通过将这一综合体分解简化为各不相同的几部分，创造了业主要求的多功能建筑。该综合体的主体空间是一个可容纳1100人的音乐厅兼会堂。作为一种木构技术的优势展示，该建筑呈现了从粗糙的工业预制构件到质地精美表皮的各类建构技术。被建筑师形容为“森林大厅”的公共门厅，是整个综合体的中心所在，它将老式建筑与新式的音乐厅联系了起来。九根厚重的柱子是成片的云杉木用胶粘合而成的，它们撑起了一大片复杂的空间构架，也就是“树叶”，搁置其上的则是轻质的屋面材料层。带点原生的粗糙感的庞大弓形木构架支撑起了整片玻璃幕墙，并同湖泊建立起了视觉上的联系。构架由于所用木材的方形断面的厚重尺度感，使会堂充满了一种粗犷朴实的农夫气息。

在当代建筑设计中，我们常常看到一个普遍的现象：追求至轻量、通透的空间设计。建筑在极力消退自身的素材感和存在感，追求“非物质化”，然而唯有木构建筑却在逆这种潮流而动，大胆地展示自身的素材感。木质材料密切着人与自然和建筑的关系。新的结构技术在不断发展，本文对木构建筑的结构与空间表现讨论更多的目的是为了展示给建筑师们一个全新的木结构概念，引导建筑师回归原始质朴材料的设计原点，开始重新思考自然材料和建筑设计的关系。

3、结束语

现代复合木结构建筑设计的前沿作品，或者是通过材料加工取得进步的方式，或是通过建筑结构的优化组合，或是引入计算机技术，采用特殊的施工技术使得各种新型结构得以实现，它们更多地强调表现结构的逻辑性，创造性和追求细节的完美表达。建筑技术的变化正把这种结构表现与节点造型表现朝着建筑师乐于采用的、且前景日益广泛的方向推进。

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作者：彭鹏