回型歇山穿斗式鼓楼构造特征及平面框架静力分析

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　　摘  要：该文分析了回型歇山穿斗式侗族鼓楼在平面柱网、大木作体系和构造做法上的特征。基于模数化设计方案，选取1个3层回型歇山穿斗式鼓楼建立平面框架模型，完成竖向荷载下静力计算。根据平面框架内力图讨论了该类结构的内力分布和受力特征。
　　关键词：侗族;鼓楼;回型;歇山;静力分析
　　中图分类号：TU366.2       文献标志码：A
　　0 引言
　　侗民族主要分布在我国黔、桂、湘三省结合部。侗族人民善于建筑，侗族木构建筑营造技艺已经列入第一批国家级非物质文化遗产名录，鼓楼是侗族建筑中的符号样本也被视为侗族木构建筑的集大成者。
　　目前，现有研究者对侗族鼓楼的研究主要集中在以下3个方面。1） 文化符号方面。任爽等[1]认为村寨是侗文化的根基、鼓楼是侗族的族徽，鼓楼兼具社会功能和文化内涵;吴红宇[2]认为鼓楼是侗族村寨的中心，鼓楼在侗族人心中是寨胆，是族徽。分析了鼓楼对于侗族人民生产生活的意义，探讨了鼓楼的文化内涵和功能属性。2） 营造技艺和建筑美学方面。蔡凌和邓毅[3]基于大木作结构体系和屋面作法，从结构技术类型角度研究了侗族鼓楼分类方法;阐述了抬梁穿斗混合式鼓樓和穿斗式鼓楼的结构特征;归纳总结了鼓楼结构技术类型演变与文化传播方式;吴琳[4]通过实地调查和核实，阐述了侗族鼓楼宝顶斗拱营造法式和构造方法，并总结了各类代表性鼓楼斗拱构造设计方法;闫帮仁等[5]认为侗族鼓楼除了满足日常生活需要，也满足了族人对艺术形象和美的需要，认为鼓楼有建筑对称与均衡之美、比例与协调之美、主从结构之美，还分别从上述3个层面进行了针对性描述。3）数理逻辑方面。张和平和罗永超[6-7]从研究和挖掘少数民族数学文化方面探索了以鼓楼为载体的侗族数学文化以及各数学概念在侗族生活中的应用，重点讨论了侗族鼓楼结构构造中体现出的数学思想，提出了少数民族数学文化挖掘的新思路。
　　尽管研究者对于侗族鼓楼进行了大量研究，但是鲜有文献针对鼓楼的结构力学性能展开分析和研究。该文以回型歇山穿斗式侗族鼓楼为研究对象，分析其在平面柱网、大木作体系和构造做法上的特征;选取1个 3层回型歇山穿斗式鼓楼建立平面框架模型，完成竖向荷载下的静力计算，讨论鼓楼结构的内力分布和受力特征。
　　1 回型歇山穿斗式鼓楼构造特征
　　在现有鼓楼分类方法中，较具有代表性的是蔡凌[8]根据大木作结构体系和屋面构造做法的角度，将鼓楼分为抬梁穿斗混合式与穿斗式两大类。“中心柱型”鼓楼平面为正多边形，依据其中心柱贯穿情况又分为“回”型鼓楼（图1（a）～图1（b））及独柱鼓楼（图1（b）～图1（f）），其中回型鼓楼下部中心无柱仅在结构中上部位有雷公柱（源于汉族建筑，是处于攒尖建筑顶部的悬空柱，是古代建筑主要的避雷装置），使得中心空间被扩大，原来被中心柱所占据的地方能够安置火塘，鼓楼内部空间的向心性大大加强。因此，回型鼓楼得到大力发展，尤其是在1949年以后。
　　回型歇山穿斗式鼓楼（如图2所示）的底部平面为四边形，中部升起歇山屋顶，相较于平行式鼓楼（如图3所示），其外部造型更加厚重，多层屋面与歇山屋顶从村寨中的众多民居中脱颖而出，更具标识性。图4为一栋3层（2层屋面+1层歇山）回型歇山穿斗式鼓楼内部仰视图，如图所示，竖向构件包括落地柱和瓜柱，水平构件包括出水枋（连接内外落地柱的正交方向“主梁”）、角挑枋（连接内外落地柱的斜向“主梁”）、围枋（“次梁”）、千斤枋（连接内部落地柱“主梁”）。
　　2 回型歇山穿斗式鼓楼设计方案
　　文献[9]提出了一种鼓楼模数化设计方法，该文按此思路，依据民俗做法（相对于“官式”做法）设计了一栋3层（2层屋面+1层歇山）回型歇山穿斗式鼓楼，平面尺寸、剖面尺寸及歇山屋顶剖面分别如图5～图7所示。需特别说明的是，传统大木作以“尺”为单位（1尺=333.3 mm），因此部分构件尺寸及结构尺寸不符合现代建筑设计模数。
　　3 回型歇山穿斗式鼓楼内力分析
　　选取②轴平面框架为分析对象，檩简化为作用于框架的集中荷载，由于该文仅分析了结构构件内力分布和相对大小，此处令纵向单位长度檩条自重及水平投影长度500范围内的屋面自重之和为单位荷载1，鼓楼平面框架计算简图如图8所示。
　　图9为鼓楼平面框架弯矩图，如图9所示，在竖向荷载下千斤枋端部弯矩最大，这是由于歇山屋顶的大部分荷载均通过草架柱（作用于千斤枋的短柱）以集中荷载的形式传递给千斤枋，因此传统大木作几乎都将柱与枋的榫卯连接做成“穿”的形式，增加节点约束强度，减少了杆身挠度及杆身内力。图10为鼓楼平面框架剪力图，结合弯矩分布和杆件长度，千斤枋剪力仍较大，可见作为连接落地柱且兼具“转换梁”功能的千斤枋是鼓楼建筑的薄弱构件也是核心构件，这有助于明确鼓楼建筑病害核查及加固位置。图11为鼓楼平面框架轴力图，显然，作为核心竖向构件的落地柱（有时也称作“山檐柱”或“檐柱”）承担了较大轴力，其中荷载从属面积最大的内部落地柱轴力最大，这种力学分析中的结论与在该部位选取最大尺寸柱子的做法也是一致的。
　　4 结语
　　鼓楼兼具民族文化价值、大木作营造价值及美学价值，该文针对回型歇山穿斗式鼓楼进行了结构构造和结构分析方面的初步探讨，得到了定性结论。从结构构造上看，鼓楼类型繁多、细部做法复杂，且具有不规则表面，对鼓楼结构进行精细化建模还有待与广大科研人员一起做进一步深入研究。
　　参考文献
　　[1]任爽，程道品，梁振然. 侗族村寨建筑景观及其文化内涵探析[J]. 广西城镇建设， 2008（2）：36-39.
　　[2]吴红宇. 侗族鼓楼的文化内涵和社会功能探析[J].教育文化论坛， 2010，2（4）：73-77.
　　[3]蔡凌， 邓毅.侗族鼓楼的结构技术类型及其地理分布格局[J].建筑科学， 2009， 25（4）： 20-25.
　　[4]吴琳.贵州侗族鼓楼宝顶斗栱构造[J].建筑学报， 2009（S1）： 55-59.
　　[5]闫帮仁，石含洲，郑梦菲.侗族鼓楼建筑的设计美学研究[J]. 艺术科技，2018，31（8）： 215-216.
　　[6]罗永超.侗族数学文化面面观[J].数学教育学报， 2013， 22（3）： 67-72.
　　[7]张和平，罗永超.侗族鼓楼数学文化[J]. 凯里学院学报，2011， 29（3）： 189.
　　[8]蔡凌.侗族鼓楼的建构技术[J].华中建筑，2004（03）： 137-141.
　　[9]张星照.通道坪坦河流域侗族鼓楼结构类型与营造技艺的现代延续[D].长沙：湖南大学， 2018.
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