中国古建筑对于现代结构抗震设计的启发
【摘要】：现代结构设计中，结构抗震是设计中要非常注重的一个方面。

而在中国古建筑中，结构抗震更是被古代设计师体现的淋漓尽致，这其中能给现代结构设计很好的启发。

本文介绍了中国古建筑的特点，浅要分析了古建筑抗震思想和内容和在现代结构设计的应用。

【关键词】：中国古建筑；现代结构设计；结构抗震
中图分类号：tb482.2 文献标识码：a 文章编号：
一、中国古建筑的特点
建筑之史，产生于实际需要，受制于自然物理，非着意创制形式，更无所谓派别。

其结构之系统，乃形式之派别，乃其材料环境所形成。

古代原始建筑，莫不各自在其环境中产生。

中国建筑为一独立的结构系统，历史悠长，散布区域辽阔。

虽然在政治、思想等方面中国虽与其他各族接触，但建筑的基本结构及布置原则上，却一贯以其独特纯粹的木结构系统为显著特征。

之所以形成显著的建筑特征，有两个因素:有属于实物结构技术上之取法乃发展者，有缘于环境思想之趋向者。

属于中国建筑结构取法方面的主要特征，主要有以木料为主要构材，历用构架制之结构原则，以斗拱为结构的关键，并作为度量单位及外部轮廓特异等。

二、中国古建筑抗震思想与现代抗震设计的对比分析
中国古代一贯崇尚木结构。

虽然早在战国时期就解决了砖石起拱发券的技术问题，且木构建筑屡遭火灾，木结构的耐久性也较差，
但中国古代却没有发展耐久坚固的砖石结构，木结构一直占主导地位。

从表面看是一种民族文化风格，其实，其根本的技术原因之一是出于抗震的要求。

中国古建筑的最大特点就是采用木结构体系，其优点之一是具有良好的抗震性能。

这种体系的特点是用木料制成房屋的构架，先从地面立起木柱，在柱子上架设横向的梁枋，再在这些梁枋上铺设屋顶。

所有房屋顶部的重量都由梁枋传到柱子，经柱子传到地面，而柱子之间的墙壁，不论他们是用土、用砖、用石或其他材料筑，都只起到隔断的作用而不承受房屋的重量。

当遇到地震，房屋受到突然的猛烈冲击时，由于木结构各构件之间都由榫卯联接，富有韧性，不致发生断裂，于是产生了墙倒屋不塌的现象。

中国古建筑在建造时更多的是依靠工匠的经验而缺少精确的计算，其抗震思想与现代建筑抗震的现代结构设计思想实际上是相通的，可以说现代结构设计中的一些思想是古建筑抗震思想的继承和发扬。

现就古建筑抗震思想和现代结构设计中类似或相近的几点做法进行浅析。

建筑的布置
现代现代结构设计认为建筑的平、立面布置应规则、对称、简单。

建筑的质量分布和刚度变化宜均匀；楼层不宜错层。

尤其应尽量避免平面和立面都采用复杂形状，这对抗风、抗震都不利，特别是对抗震结构更为不利。

简单结构的抗震性能比复杂结构好，简单结构及其构造容易设计，施工方便且经济。

关于对称，在形状之外还要考虑刚度及质量分布情况，刚度和质量分布合理，可以减小质心和
刚心之间的偏心。

偏心大的结构扭转效应大，会加大层间位移导致应力集中，加剧震害。

中国古建筑的木结构体特点是建筑个体的平面多为简单的矩形，单纯而规整，形体也不高大。

古代建筑以间为单位，建筑开间呈对称展开，以中部明间为本，依次展开为三、五、七、九以至十一开间，形成等差级数，使得建筑在平面上质量分布和刚度变化均匀，房屋结构稳定，建筑对称合理。

于是建筑的刚度中心同质量中心重合居中。

建筑在平面上展开时高度扩展不大，单层最为普遍，高度有限，减小了房屋的高宽比，通过控制房屋的高宽比保证了房屋的总体稳定，防止结构倾覆。

房屋的平面柱网较为规则且多沿中轴对称，抗侧力构件一般呈正交布置。

这些合理的建筑布局，对房屋抗震是十分有利的，也符合现代设计中选择对抗震有利的建筑平、立面的要求。

2、选择延性好的结构体系和材料
早在战国时期，中国工匠就解决了砖石结构建筑的技术问题。

虽然木构建筑屡遭火灾，而且耐久性也较差。

但中国古代还是没有发展坚固耐久的砖石建筑，木结构仍一直占主导地位。

其根本原因之一是出于抗震的考虑。

木结构属于柔性结构，其抗震优势表现在材轻质匀，具有耐拉，耐弯和富有弹性的特点。

在水平地震作用下可以产生较大的侧向变形而不致断裂破坏。

木构件在节点部位通常采用榫卯连接
研究发现，榫卯所形成的柔性连接有很强的弹性抗转角能力，能
承担很大的水平地震作用。

木构件在地震中的变形耗散了大量地震能。

此外又有较强的恢复变形能力，使木框架不仅具有良好的延性，而且具有良好的整体性。

古建筑的主体多以木构件构成纵、横向框架体系，墙体只起到隔断的作用而不承受房屋的重量。

在水平地震作用下，这种双向框架能有效地将地震作用传递给基础。

由于木框架是超静定结构体系，在地震中即使局部受损，也不致造成房屋整体倒塌，产生墙倒屋不塌的效果。

在古建筑中广泛采用的斗拱做法中，梁架构件的斗拱连接，使构件之间形成弹性节点，在地震中，斗拱的转动会引起梁架的竖向振动，将上部结构产生的动能转化为重力势能，既承受较大的变形，耗散地震能量，又能保证连接的有效性，大大减轻了房屋的震害。

对比砖石结构与木结构，两者刚度和自重方面的差异是巨大的。

砖石结构由于材料的脆性性质，其抗拉、抗剪和抗弯强度很低，但刚度较大。

地震剪力的分配是按刚度的大小来进行的，刚度越大，所分配的地震剪力也越大。

由于地震的往复作用，加之木框架对墙体的约束较弱，墙体刚度较大，变形能力较差，更容易产生交叉裂缝而开裂倒塌。

现代建筑中强调延性结构，增加结构的延性以在地震中获得较大的变形耗能。

如框架结构，为使其具有必要的承载能力，又具有良好的变形能力和耗能能力，应选择合理的屈服机制。

框架结构中，保证框架结构有一定的延性就必须保证梁、柱、节点等构件均具有足够的变形能力。

混凝土构件从材料上看是脆性的，或者说变形能
力很小，因此在框架结构中重视塑性铰设计，每一个塑性铰的塑性转动都要吸收和耗散一部分地震能量。

强柱弱梁、强剪弱弯的设计原则就是因为混凝土结构由于材料的原因不可能取得类似木结构的延性，以塑性铰的出现来改善结构的延性，并保证结构不至形成破坏机构所采取的措施。

从增加结构延性意义，两者的目的是一致的。

4、主体与基础断离
从汉代开始，柱础大多变为平顶面明础，标志着古人木构建筑技术已经相当成熟，一方面表明上部木构主体己经具有了良好的整体性和空问稳定性；另一方面表明柱根搁置在平面明础上已成为本结构建筑的一项重要技术要领即主体与基础自然断离。

早期建筑的柱是直接埋在地下，为了防潮，在柱底加石，隔断了地湿上渗，也减少了柱对台基的压强。

随技术的发展，柱底被抬离地面，但在柱子与地面之间仍有一块垫石(础石)。

础石表面被削平并打磨得非常光滑，当地震发生时，一方面由于础石顶面光滑，摩擦系数很小，上部结构整体可以在水平地震作用发生微小的水平滑移，削减了地震反应，起到滑移隔震效果。

另一方面，由于础石的高径比很小，加只房屋的高宽比也不大，水平惯性力产生的倾覆力矩会被房屋自重产生的力矩平衡掉，柱脚可能产生水平滑移，但房屋不会倾覆。

这种柱脚小滑移的作法在古建筑中很常见。

在现代抗震设计中隔震消能的研究就有类似的例子。

隔震消能的一般做法是在基础与主体之间设柔性隔震层，加设消能支撑。

加强对地基及基础的处理，如加
强地下室侧向约束增加隔震装置等措施，以减少地震能量的输入，削减地震反应。

与古建筑做法有异曲同工之处。

结束语
从建筑的平面、立面布置到墙倒屋不塌、柱脚小滑移等古建筑的抗震思想，历经几千年，仍然在现代结构设计中发挥着重要的作用。

中国古建筑的设计思想，不单单体现了古代社会的礼制、习俗、文化和环境因素，同时也蕴涵着丰富的技术信息。

而现代结构设计中对古建筑的完美融合还有很多方面值得深入探讨。

参考文献
【1】楼庆西.中国古建筑二十讲[m].北京.2005
【2】张鹏程.中国古建筑的抗震思想[j].世界地震工程.2010 【3】李胜春.建筑工程抗震的现代结构设计[j].山西建筑.2006。