中国古建筑柱架结构

根据建筑空间使用的不同，中国古代木结构建筑柱网有不同的布置方式，如“身内单槽，周匝无副阶”、“副阶周匝身内单槽”、“身内双槽周匝副阶”、“副阶周匝身内金箱斗底槽”等。按分槽柱网，结构柱架层简支搁置在柱顶石上。柱头与上面的栌斗的连接方式有两种：一是水平搁置，二是柱头留有镘头榫，同时斗底留有海眼。与这两种方法相对应，柱底与柱顶石的连接也是水平搁置或留有馒头榫嵌入柱顶石的海眼中。中国木构古建的空间稳定是依靠各个基本间架维系的。各柱按分槽位置布置，由阑额、由额、内额、地栿相搭构成空间稳定的框架间架。基本的结构间架称“间”。梁思成先生从建筑的角度，提出“间”是中国古建的小单位。 无论建筑平面如何变化，柱额层必须是一个独立的稳定的空间体系。简单的结构间架是在形成一个间架的四个立柱端头横向施额枋，纵向施随梁枋，通过榫卯固定，形成空间门式简支框架。梁架层的屋盖，加强柱额层的空间稳定。因此柱架的稳定不依赖基础对柱子的嵌固，柱因下端自由简支，上端嵌固，它们的“跟”不在基础，而在上方的额枋和屋盖，因此柱架像八仙桌。正是由于“间”的套用和扩展才形成丰富多变的平面布局。 大屋顶屋架的主要结构形式 木结构古建筑常会采用大屋顶屋架，如楼、廊、亭、榭等等， 超大的结构会用为钢木屋架，对于每一榻屋架，其作为主要承载结构可以看做梁杆组合结构，根据整个大屋顶屋盖的不同位置，其结构形式也有差别，调查已有建筑物的钢木析架结构形式，不同形状和尺寸的屋架共有7种，其中不同形状的钢木精架有以下七种，如下图所示，分别编号为一号至七号形状屋架。

木结构古建筑承重之木构架

古建筑的承重体系是由柱子和额枋通过榫卯连接而成的柱架系统以及由梁栿层层相叠而成的抬梁式梁架系统组成的，柱架中的柱子不但外观形式上做了形式优美的卷杀处理，而且还有生起和侧脚等特殊做法，这些做法具有的很强结构意义．在古建筑物的正立面上，每个开间的柱高并不相同，而是自当心间的平柱向两侧的角柱逐渐增高，这就是柱的“生起”．《法式》对用柱之制的描述：“凡用柱之制，……至角则随间数生起角柱．”又对生起的尺寸做了具体规定：“三间生起二寸，五间生起四寸，七间生起六寸，九间生起八寸，十一间生起一尺，十三间生起一尺二寸”．力测试角柱“生起”只在殿堂式建筑中使用，不但造就了这种形制地位高的古建筑从心间到尽间曲面上扬的优美的弧形立面效果，而且具有深刻的力学及结构意义．一方面，由于柱间高差的存在，使得连接两柱头的阑额略微倾斜，在竖向荷载作用下会产生轴向应力，所有阑额的轴向应力是沿杆件的、方向为指向心间的推力，起到了挤紧压实榫卯节点的作用，增强了榫卯连接节点的连接刚度，提高了整个柱架的抗侧移能力．另一方面，沿进深方向，同一列柱子的高度也不相同，山面中柱的高度要低于角柱．由于木构架在横向的抗侧刚度较弱，所以在遭遇地震时会产生较大的变形，位于柱头和额枋上的铺作层也会发生变形或滑动，稍微向内倾斜的铺作层也会产生指向柱架中部的分力，抵消了一部分水平地震作用，一定程度上限制了铺作层的位移，使其不会滑出柱架之外，进而避免了屋盖的落架．对于造柱之法，除了“生起”之外，还有“侧脚”的做法，即把建筑檐柱的柱底向外斜出，柱头就自然地向内倾斜，正面檐柱将柱底中心位置向外移出柱高的1／100，山面檐柱柱底中心线向外移出柱高的0。8／10，角柱则相应的向两个方向分别侧脚1／100和0。8／100．柱侧脚改变了立柱要垂直于地面传统理念，柱与柱之间不再是平行关系，而是呈一定的角度，使房屋的外轮廓略呈梯形．由水平构件连接而成的互相平行的柱子在水平荷载作用下侧移会变为平行四边形，是几何可变的．而侧脚之后柱与柱的延长线会相交于一点，形成“虚铰”，虽然没有改变柱架几何可变的特性，但是柱子倾斜所产生的水平力会压实挤密阑额与柱子的榫卯连接节点，如果说自然连接状态下榫卯节点的特性接近于铰接的话，那么压实后的节点所具有的抗弯能力会有明显的提高，构架趋于几何稳定，不再是纯粹的几何常变体系，两者之间的差别．侧脚后的建筑在承受水平力时要比矩形框架更加有利，在地震作用下柱架会产生侧移变形，但是由于侧脚的存在，变形会自动恢复，柱架成为了一个在水平荷载作用下的自动复位系统．