【摘 要】我国的古建筑具有极高的文物、历史和艺术价值，是中华民族乃至世界建筑艺术的瑰宝。本文将对中国古建筑抗震性能进行详细的分析，希望文章对我们现代建筑的抗震设计有一个很好的借鉴。
【关键词】中国；古建筑；抗震性能
1 前言
中国古建筑种类繁多，丰富多采，根据各类古建筑的自身特点，研究其抗震能力，提出科学有效的抗震对策，做好古建筑的维护和抗震加固工作，避免或减轻其地震破坏，具有十分重要的意义。
2 中国古建筑概述
中国古建筑是由中华民族祖先所创造发明，因其建筑形式优美及结构性能优越而影响并传播至日、韩和越南等临近国家，是中华乃至世界文明的重要组成部分，也是人类宝贵的文化遗产。中国古建筑得以延续千年，主要由于其合理的结构特性:柱架层为主要承重结构，柱与柱础为浮摆式平面接触，梁与柱之间通过榫卯连接，屋顶结构与柱架层之间为铺作(斗栱)层。其中数量最多且最具特色的当属古木结构。随着时间的延续，对这些价值连城的历史文物的保护日益迫切。
3 古建筑物震害等级划分
古建筑物有多种结构类型，根据其震害特点，针对木结构和石结构两种结构类型，给出不同的震害等级下结构破坏的主要特征及其相应的震害指数区间，见表1。
4 传统木构架的结构特点及抗震性能
4.1台基与柱础
《梦溪笔谈》中曾记载:“凡屋有三分，自梁以上为上分，地以上为中分，阶为下分。”下分也就是我们常说的台基。台基主要包括台明和埋深，地面之上柱脚以下砖石包砌的可见部分称为台明，不可见的地下部分称为埋深。基础部分多以夯土和碎石隔层筑打而成，具有柔性隔震作用。在台基内按柱子的位置用砖石砌嗓墩，嗓墩上放柱顶石，柱顶石上立柱。嗓墩与嗓墩之间砌成与嗓墩同高的拦土墙作条型基础，拦土墙将台基内分为若干方格，提高了台基的水平抗力。填土中掺入碎砖瓦、石灰、烧土碎块等，分层夯成。四周用条石、片石或砖层砌成台帮，可为台基提供良好的侧限约束，保证了台基的整体性，不仅可以分散基底压力，而且具有较好的整体性和刚性。由于台基与自然地基刚度差别很大，地震时台基首先起到隔震作用，使一些高频震动峰值被过滤掉。另外，砌筑用条石、块石之间柔性叠砌，容许滑动和摩擦，地震时形成“隔震”和消能基础，可以衰减部分地震加速度峰值。
将加工后顶面光滑的础石，按柱网布置，嵌固在经过处理的台基中;并通过“定平”保证础石顶水平。使檐柱、内柱等木柱直接搁置在水平柱础上;若柱与柱础间有柱顶石，则直接搁置在柱顶石上，柱顶石的表面也是水平、光滑的。木柱与柱础、柱顶石之间是断离的，并不嵌固。柱础、柱顶石顶面的横截面尺寸大于柱的横截面尺寸，柱的周边在柱础、柱顶顶面上留有一定的余地。地震时，上部木构架可以发生适当的水平位移，但不会倾覆，起到滑移隔震的效果，显示了我国古建筑独特的“以柔克刚”的抗震思想。
4.2斗拱
斗拱(宋称铺作)位于柱与梁之间，起着承上启下、传递荷载的作用。斗是斗形木垫块，拱是弓形的短木。拱架在斗上，向外挑出，拱端之上再安斗，这样逐层纵横交错叠加，形成上大下小的托架。斗拱在中国古建筑中起着十分重要的作用，首先，它向外出挑，把最外层的桁檀挑出一定距离，使建筑物出檐更加深远，造形更加优美、壮观。其次，它构造精巧，造形美观，是很好的装饰性构件。但斗拱又有一个很重要的性能——抗震性能。斗拱之间各构件的连接是互不粘连的，各朵斗拱将平行与檐柱的正心枋、拽枋等纵向连串起来，加强了斗拱层的整体性，成为屋架的弹性可错移的叠层圈梁。斗拱横向作为梁架的支座，承担着支承上部结构、构造连接、空间过渡的功能。斗拱在出现层间滑移之前具有侧移变形质，它也是抗侧力构件，具有抗侧移刚度。斗拱通过以柱中心两侧对称外伸的小梁逐层层叠和展开。将上部荷重集中到柱中心，尽量使柱承受轴心压力，以减小偏心弯矩，可以最大限度地发挥木柱的承载能力。
斗拱水平抗侧移力主要由摩擦力来提供。在水平荷载作用下，斗拱变形包括剪切变形、转动和斗拱层间滑移。转动约束和变形，由榫卯提供;剪切约束和变形，由斗拱提供。单向水平荷载作用之初，首先在斗与拱之间发生挤压变形，但不会太大。随着荷载增大，剪切变形主要为斗及拱的剪切变形。如果继续加载，可以因斗与拱脱开或拱卯局部撕裂而破坏。当单向加载至一定幅值，再反向加载，则斗拱将首先复位，再反向变形，如是反复。同时斗拱的层间摩擦滑移具有很好的减震耗能能力。在出现层间滑移之前，斗拱具有良好的转动能力。斗拱的层间滑移会消耗地震能量，利用支座转动本身也可以转化和消耗水平地震作用所输入的能量。斗拱的转动会引起梁架及大屋盖的竖向变位甚至振动，斗拱构造巧妙地将上部荷载的动能转化为重力势能，进而通过结构构件弹性变形积储，最终通过各接触面间摩擦消耗掉。
4.3梁、柱、额枋、雀替
古建筑木构架中，对于大式建筑来说，通常都在柱的上端横向施额枋、垫板及普拍仿，纵向施梁及随梁枋。这些构件通过榫卯使梁、枋变成了排架，将柱架体系变成了门式钢架。雀替置于额枋下与柱相交处，作用是加强柱与梁接点的剪力，因为楼或屋面的重量都通过木梁传到柱上，在这接点处木梁就受到最大的剪力，加上这个结构附件就大大增加了额枋的抗弯刚度，分担了木梁的剪力。平板枋(宋称普拍枋)是平置于阑额之上，用于承托斗栱的构件，它有利于增强柱额节点刚度，且分担一部分平身科荷重造成的弯矩，象圈梁一样将结构连接起来，有利于结构的抗震。榫卯连接的抗弯刚度与节点构件的变形有关，不是一般意义的刚节点，而是半刚节点。[2]柱架的材料及连接特性决定了木构架的特征周期长，结构的自振周期与场地的卓越周期相差较远，地震反力小等特点。
4.4侧脚及生起
为了使建筑有较好的稳定性，宋《营造法式》规定外檐柱在前、后檐均向内倾斜柱高的10/1000，在两山向内倾斜8/1000，而角柱在两个方向都有倾斜的做法。“每屋正面，随柱之长，每长一尺即侧脚一分，若侧面每长一分则侧脚八厘。”侧脚在制造时使柱按正“八”字形预先倾斜，上部荷重会使柱头间保持自动向内挤紧，在额枋中产生轴向压力和额枋端头集中弯矩，这会使额枋榫卯从一开始就具有抗张拉刚度。在遭受持时较短的扰动后即便有少量的榫头拔出，等外载消除后，向内倾斜的柱头压重也会自动将卯口推回，恢复挤紧。侧脚使结构产生的恢复力总是指向结构的平衡位置(即结构在地震前的静止位置)，方向总是和柱架振动侧移方向相反，使输入结构的能量首先必须克服重力沿额枋纵轴倾斜方向分力做功，在地震中将具有显著的减震耗能效果。这说明《营造法式》中的“侧脚”技术不但是防止节点脱样而设的，并且具有减震功效。生起就是使檐柱由当心间向两侧依次增加柱高。柱的侧脚对榫卯的抗震有利，自重作用下它提供了节点初始弯矩。侧脚和生起使柱架层形成闭合的木结构系统，采用这种构造方式使斗拱层和屋盖层的梁架放置在凹面上而不易偏心，处于向内微倾的挤压状态，梁柱的榫卯节点也自然锁紧，增加整个木构架的内聚力和稳定性。
5 结束语
综上所述，中国古代建筑遗产极为丰富，以木结构为主体的建筑，在几千年的历史发展中，其结构的抗地震稳定性和完整性都得到了很好的验证。
参考文献
[1]赵均海.中国古代建筑结构特性研究[M].武汉:武汉工业大学出版社，2014:3-5.
[2]高大峰.中国古代木构建筑抗震机理及抗震加固效果的试验研究[J].世界地震工程2013，19(2):1-10.
论文作者:沈强
论文发表刊物:《低碳地产》2016年7月第14期
论文发表时间:2016/11/2
标签：斗拱论文; 台基论文; 结构论文; 额枋论文; 柱础论文; 古建筑论文; 刚度论文; 《低碳地产》2016年7月第14期论文;