藏式古建筑木結(jié)構(gòu)基本力學性能作者:楊娜 當當 布達拉宮(錦陽軒主 攝) 01 建筑特征 藏式古建筑歷史源遠流長,在長期的建筑實踐中,藏族人民因地制宜,不斷吸取多民族文化,發(fā)明和積累了十分寶貴的建造技術(shù)和建筑經(jīng)驗,創(chuàng)造了獨具特色的藏式建筑風格,呈現(xiàn)出其獨特魅力。 自然地理環(huán)境對建筑類型及其表現(xiàn)形式起著決定性作用。西藏地處青藏高原,平均海拔在4000m以上,被稱為“世界屋脊”,是人類居住條件最嚴酷的區(qū)域之一[1]。藏族人民在漫長的營造實踐話動中,崇尚自然,適應(yīng)自然,在建筑選址與布局、建筑材料、結(jié)構(gòu)形式、建造技術(shù)等方面逐步形成了其獨有的特征和藝術(shù)風格,以與嚴酷的環(huán)境和諧共存。 藏族是一個全民篤信宗教的民族。隨著藏傳佛教的發(fā)展,藏傳佛教各種教派逐漸形成,建筑也隨之發(fā)生變化,開始向多樣化發(fā)展。無論是神靈所在的寺廟建筑、權(quán)貴所居的宮殿,還是大量社會民眾的居所,幾乎所有的建筑都具有或濃或淡的宗教色彩[2]。藏傳佛教思想對藏式建筑的空間組織形式與平面布局、建筑造型、裝飾藝術(shù)等方面產(chǎn)生了重要影響,進而形成了極具特色的藏式古建筑設(shè)計思想和營造理念。 藏式古建筑的建筑特征主要表現(xiàn)在堅固穩(wěn)定、形式多樣、裝飾華麗、色彩豐富、文化交融五個方面[3]。 收分墻體和柱網(wǎng)結(jié)構(gòu)是構(gòu)成藏式古建筑在視覺和構(gòu)造上堅固穩(wěn)定的基本因素[3]。由于居住在高海拔地區(qū),藏式古建筑普諞采用厚重的墻體,不但可以抵御寒風的侵襲,而且可保持室內(nèi)溫度的相對穩(wěn)定。墻體向上逐漸收分在實際功能上有穩(wěn)固堅實的作用,在視覺心理效應(yīng)上更有聳立向上而又穩(wěn)定的效果[4]。 墻體收分(色拉寺,錦陽軒主 攝) 藏式古建筑形式多樣、富于變化、內(nèi)容豐富。雖然藏式古建筑在結(jié)構(gòu)形式、門窗套型以及建筑材料的使用等方面具有共性,但不同地區(qū)和不同類型的建筑,又富有極其鮮明的個性。從空間上劃分,有依山而建、平川建筑、峽谷建筑等;從結(jié)構(gòu)形式劃分,有土木結(jié)構(gòu)、石木結(jié)構(gòu)等;從建筑類型劃分,有一層平房、多層樓房等;從屋面形式劃分,有平頂房屋、坡面房屋等。窗是建筑立面的主要部分,窗的大小和窗在墻面的位置,主要根據(jù)房間的功能而定。建筑立面上窗的大小和排列的高低所具有的不規(guī)則性和隨意性,突出體現(xiàn)了藏式古建筑形式多樣的特點[3]。 建筑開窗其一(喜德寺,錦陽軒主 攝) 建筑開窗其二(下密院,錦陽軒主 攝) 藏式古建筑裝飾藝術(shù)集宗教藝術(shù)、文化藝術(shù)和建筑藝術(shù)為一體,運用了平衡、對比、對稱、韻律、和諧和統(tǒng)一等構(gòu)圖規(guī)律和審美思想,藝術(shù)造詣深厚,工藝技術(shù)達到很高水平。藏式古建筑裝飾中使用的主要藝術(shù)形式和手法,有銅雕、泥塑、石刻、木雕、繪畫、布制材料縫剪等[3]。 藏式古建筑的色彩運用,手法大膽細膩,構(gòu)圖以大色塊為主,表現(xiàn)效果簡潔明快、通常運用白、黃、紅、黑四種單一顏色。藏式古建筑外墻的色彩,例如,民居、莊園、宮殿以白色為主,寺廟以黃色和紅色為主,而民居、莊園、宮殿、寺院的窗戶一般都使用黑色窗套[3]。 白色墻體鑲嵌紅、黃、黑等色塊(羅布林卡,錦陽軒主 攝) 黃色墻體(色拉寺,錦陽軒主 攝) 紅色墻體(小昭寺,錦陽軒主 攝) 紅、白、黃、黑的色彩搭配(大昭寺,錦陽軒主 攝) 西藏地處中原、印度兩大文化區(qū)之間,古時候又受西亞以及阿拉伯文化的影響,因此客觀上藏文化是交融文化,作為反映藏族文化的重要載體建筑藝術(shù)也不例外。在傳統(tǒng)藏式建筑細部,木構(gòu)件的裝飾色彩、樣式、圖案繪制、雕琢等方面吸收外來文化,并與本土文化結(jié)合,創(chuàng)造出獨具特色的藏文化特征[3]。 02 結(jié)構(gòu)特征 藏式古建筑按其用材來劃分,主要有土木、石木、土石木混合結(jié)構(gòu),木制柱網(wǎng)結(jié)構(gòu)形式是其最大特色。“結(jié)構(gòu)體系大多為外剛內(nèi)柔,即外部多采用石墻或夯土等承重墻,內(nèi)部采用木梁柱構(gòu)架的混合結(jié)構(gòu)形式。每個單體建筑即為一個獨立的結(jié)構(gòu)單元,這些結(jié)構(gòu)單元的平面大多是矩形或方形。平面內(nèi)部按井字形(或近似井字形)布置若干上下貫通的墻體。在四周墻體內(nèi)的空間,用梁柱組成縱向排架,梁上鋪密椽,若需加大內(nèi)部空間,則由數(shù)列縱排架組成。上下層建筑的梁柱排架,上下對齊在一條垂直線上,上下層一般不使用通柱'[3]。 藏式古建筑的主要結(jié)構(gòu)形式有“墻體承重結(jié)構(gòu)”和“墻柱混合承重結(jié)構(gòu)”兩種[3]。墻體承重結(jié)構(gòu),是用通長的木梁和木檁條架設(shè)樓層和屋面,每層屋面的荷載通過木梁、木檁傳到墻上;墻柱混合承重結(jié)構(gòu),即外墻或內(nèi)部承重墻和內(nèi)部柱子同時承重,大梁橫向鋪設(shè),外縱墻及內(nèi)柱承受大梁傳下的荷載,檁條縱向鋪設(shè),外橫墻和大梁承受密鋪椽子傳下的荷載。 典型藏式古建筑結(jié)構(gòu) 結(jié)構(gòu)體系示意圖[8] 上圖是一典型的墻柱混合承重結(jié)構(gòu),這種木結(jié)構(gòu)的荷載傳遞路線是木梁承受密鋪木椽傳下的荷載,依次經(jīng)弓木、墊木和櫨斗再傳遞給木柱。 基礎(chǔ) 藏式古建筑要做基礎(chǔ),但在山頂山坡的建筑多不開鑿基槽,僅在基礎(chǔ)部位清除浮土浮石直到堅實的山石,鑿平基底即可砌石。在依山而建的古建筑中,為使結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)堅固,同時增加建筑底層面積,先在山坡地基上縱橫起墻,上架梁木構(gòu)成小房,俗稱“地壟”,如整個布達拉宮就是建立在層層疊疊、數(shù)量莫測的地壟墻上的。依山建筑的設(shè)計中把地壟墻作為建筑物基礎(chǔ)和抬高整體建筑的主要措施之一。如果采用整體墻抬高上層房屋的基礎(chǔ),不僅耗費巨大的勞動力和大量石頭等建筑材料,而且由于整個墻體的自重和下滑的推力,很可能會導致整個建筑向下滑移、開裂,甚至出現(xiàn)倒塌。依山而建的西藏傳統(tǒng)建筑地壟墻形式,可以起擋土墻的作用;它既是建筑物的基礎(chǔ),同時也是整體抬高建筑的主要形式。 在河谷平原地區(qū),基槽的寬度要略大于墻體,深度視土質(zhì)情況而定,但最淺也應(yīng)有三、五石塊深,以保證基礎(chǔ)的埋置深度,增加基礎(chǔ)的穩(wěn)定性[5]。 布達拉宮白宮北側(cè)地壟墻剖面圖[3] 墻體 墻體是藏式古建筑的主要部分。建筑物上部墻體主要有收分墻、邊瑪墻。 收分墻作為結(jié)構(gòu)的承重墻,其特點是建筑外墻均有收分,內(nèi)壁不收分;內(nèi)墻不收分,但上一層的墻體可比下層薄一些,做法是兩面向內(nèi)收,橫截面為梯形。從結(jié)構(gòu)需要上看,在當時的條件下,要提高墻體的承載能力,只有加大墻體的厚度。采取隨著墻體增高而收分的做法,一方面是滿足墻體自身穩(wěn)定的需要,另一方面是尋求整體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定。采用“收分”這種處理辦法,可以減輕墻體上部的重量,使整個建筑的重心下降,增加建筑物的穩(wěn)定性,提高抗震能力[3, 5]。承重墻體均采用塊石、片石、碎石和砂泥土砌筑,墻體外表塊石大小較均勻,塊石之間砌縫較大,砌縫中采用片石、碎石和砂泥.上填筑,此種砌筑方式使墻體在平面內(nèi)具有合適的剛度和柔性,在一定程度上可以緩解應(yīng)力集中[6]。 收分墻和邊瑪墻[3] 墻體和屋頂構(gòu)造示意圖[8] 布達拉宮墻體剖面[9] 邊瑪墻一般不作承重墻,沒有收分[3],是用曬干后的檉柳樹枝捆扎后堆砌而成的,既有很好的裝飾效果,又減輕了墻體荷載,有助于提高結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。 邊瑪墻局部(小昭寺,錦陽軒主攝) 邊瑪墻細部(色拉寺杰扎倉,錦陽軒主攝) 木結(jié)構(gòu) 藏式古建筑中,不論石木結(jié)構(gòu)還是土木結(jié)構(gòu),都有木結(jié)構(gòu)。梁柱組成排架,縱向排列,一根柱子的房間是一柱二梁,如下圖所示,此為一柱式木構(gòu)架,其余則為多柱式木結(jié)構(gòu)。兩根柱子的房間是二柱三梁,若梁柱排架是橫向排列,則是二柱四梁,用縱架可省去一根梁,在缺乏木材的青藏高原,用縱架是有道理的。 一柱式結(jié)構(gòu)平面圖 木構(gòu)架除柱、梁之外,還有櫨斗、墊木、弓木、椽子等,其中墊木與弓木一起組成雀替。梁柱組合不用榫卯,僅是上下搭接,內(nèi)部用暗銷,在柱頭加櫨斗、墊木、弓木等構(gòu)件以增大梁柱之間的接觸面,梁上施椽,梁、椽的另一端搭在墻上,形成室內(nèi)梁柱和四周墻體共同承重的土(石)木混合結(jié)構(gòu)。柱身下端設(shè)柱礎(chǔ),置于樓板內(nèi),這在結(jié)構(gòu)上屬于柔性連接,抗震性能好[3]。 木構(gòu)架構(gòu)造形式 1. 梁架 藏式古建筑的梁置于雀替之上,梁的長度一般為2m左右,梁的高度為0.2~0.3m,寬度為0.12~0.2m。梁與梁之間采用燕尾榫連接,在柱頂是斷開的。梁架一般沿縱向,梁上疊放一層椽木,椽木上鋪設(shè)木板或石板、樹枝;另一種方法是在梁上疊放數(shù)層梁枋木和出挑的小椽頭,以增大密椽的支撐長度,同時也是不增加梁、柱高度而增加了殿堂凈空高度的措施,此方法一般用于寺院、殿堂等級別較高的建筑,在民居中較少使用[3]。 2. 柱式 藏式古建筑的柱式山柱礎(chǔ)、柱身、櫨斗及雀替構(gòu)成,承重的同時也具有一定的裝飾作用。柱礎(chǔ)材料為石,早期的建筑柱礎(chǔ)是露出地面的,大約元代以后,柱礎(chǔ)石已埋人地下。 柱礎(chǔ) 柱礎(chǔ)(大昭寺,錦陽軒主 攝) 柱礎(chǔ)兩例(卓瑪拉康[9]) 藏式古建筑中的柱與其他中國古建筑中柱的作用一致,都是豎向承重構(gòu)件。由于西藏地區(qū)木材比較缺乏,加之運輸困難,木料都被截成2~3m的短料。 柱斷面有圓形、方向、小八角形、多折角形及束柱等,柱身均有收分。柱徑與柱高之比為1:6~1:12.5[3]。 各種柱斷面 方柱(大昭寺,錦陽軒主攝) 十二楞柱(大昭寺,錦陽軒主攝) 十六楞柱(小昭寺,錦陽軒主攝) 二十楞柱(色拉寺阿巴扎倉,錦陽軒主攝) 3. 梁柱連接 藏式古建筑木構(gòu)架的構(gòu)件間連接較少采用復雜的榫卯,更多的是直接層層疊壓,并輔以暗銷定位,這樣的處理方式是同藏式古建筑結(jié)構(gòu)組成特點相適應(yīng)的。 藏式古建筑梁柱連接采用了雀替構(gòu)造,截面和長度尺寸均較大。雀替不只起到裝飾作用,同時也有助于提高梁柱連接承載力和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。由于構(gòu)件種類不多,藏式古建筑梁柱連接的組成和構(gòu)造方式基本相同,差異僅僅表現(xiàn)在雀替的樣式和尺寸上。對于絕大多數(shù)藏式古建筑而言,可以根據(jù)雀替形式的差異將之分為兩種類型。其中,連接類型一采用暗銷連接梁柱間垂直疊壓的構(gòu)件,梁間采用榫卯連接,這類連接在藏式古建筑中較為普遍,大多數(shù)的房間和回廊都會用到;而連接類型二僅用在極少數(shù)大型殿堂中,與第一類的區(qū)別在于用一排斗過渡來取代原來的暗銷。 藏式建筑梁柱連接[7] 木構(gòu)架節(jié)點示意圖[8] 樓蓋 藏式古建筑樓蓋并非純粹的木質(zhì)結(jié)構(gòu),按現(xiàn)代屋面分類方式,大體可以分為承重層、保護層、找平層和面層。一般在椽上密鋪直徑6~8cm的圓木、半圓木(曲而向下)或木板作承重層,也稱為占棍。民間建筑財力有限,僅用直徑不規(guī)則的枝條或大塊劈柴,有的地區(qū)用荊條或竹條。占棍上鋪一層直徑小于10cm的卵石或碎石作為保護層,作用是通風透氣,不致使承重層的木料糟朽。在卵石層上鋪約厚的黏上墊層,找平并悶水夯筑平整。待墊層稍十,上鋪一層厚約15cm的阿嘎土作為面層。為了提高耐磨強度,有的在阿嘎土內(nèi)摻人一定比例的小石粒,將面層悶透水,夯筑平整結(jié)實,再灑水拍打使出漿,抹平壓光;對于等級高的建筑,待面層干后,表面需磨光,并澆榆樹皮液、青油等,以提高面層的防水、防裂性能及光潔度。 樓面構(gòu)造圖[5] 在做樓層地面時,做完黏土墊層以后,即在下層柱頂?shù)奈恢?,將部分黏土挖去,露出卵石層,在柱位放石塊作為樓層的柱礎(chǔ)。這時即開始砌筑樓層的墻體、立柱、安梁、布椽,往上做承重層、卵石層、墊土層等。樓層的阿嘎土層,一般是做完頂層的阿嘎土面層,即封頂斷水以后才做或室內(nèi)裝修完成以后才進行。 底層地面做法是先找平夯實,即可做阿嘎土面層。在一些人流量大、活動頻繁的場所不用土面層,而用石面層[5]。 藏式古建筑的樓蓋系統(tǒng)主要由椽子、占棍及樓面組成。其中,樓面包括卵石、碎石層、黏土層及阿嘎土層,故其密度較大,自重荷載較大。同時,由于椽子與梁連接較為緊密,故在梁發(fā)生轉(zhuǎn)動時,樓蓋系統(tǒng)能起到一定的約束作用。 厚重的樓蓋系統(tǒng)使得藏式傳統(tǒng)建筑有著較大的豎向剛度,同時樓蓋系統(tǒng)保護層(卵石、碎石)之間材料存在的很大空隙使得樓蓋系統(tǒng)具有較強的耗能、減震作用,對樓蓋系統(tǒng)進行動力參數(shù)識別分析具有重要意義。 參考文獻 [1] 李馳.西藏建筑的前世今生一一拉薩地區(qū)建筑地域性研究. 天津:天津大學碩士學位論文,2010. 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