应县木塔结构稳定性评估预问题之我见

国家重点研发计划支持项目《应县木塔结构稳定性评估与保护研究》研究指南在明确常规研究内容的同时,强调了“研究应县木塔营建历史、形制、用材原则,构件劣化特征与损伤累积效应关系”。清华大学建筑学院研究团队认为该问题正是应县木塔结构稳定性评估工作的基础性“预问题”,并就此进行延伸思考,提出此“预问题”的3个方面及解决问题的相应技术路线。

构造特征对应县木塔柱头铺作受力性能的影响研究

铺作节点是应县木塔的重要组成节点之一,开展铺作的抗震性能研究对应县木塔的保护工作具有重要现实意义。该文主要进行了三层至五层的明层外槽柱头铺作的缩尺模型的拟静力抗震性能试验,研究了构造差异对柱头铺作抗震性能的影响。试验结果表明:具有不同构造特征的三个柱头铺作模型的铺数越多,其耗能能力越强,水平承载力越大。柱头铺作在正向加载时都是以转动变形为主,在负向既有转动变形也有滑移变形。铺数增加会降低构件滑移变形的占比。铺数减少时,柱头铺作模型在负向加载中滑移变形的占比越大,但是当某相邻两层之间的散枓或齐心枓枓耳被剪坏时,负向的滑移变形占比增加明显,DG-1、DG-2和DG-3构件间的最大滑移占比分别达到51%、47%和87%。三层至五层柱头铺作的构件滑移主要位置在模型的中、上端部分。该研究可为应县木塔的安全现状和修缮保护提供充分的基础保障。

应县木塔普拍枋用材方法与残损状况分析

普拍枋的横纹受压变形积累等残损现象是应县木塔结构发生竖向沉降和损坏的重要原因,严重影响木塔的安全性能。为研究应县木塔普拍枋的取材用材信息与残损现状,通过现场勘察记录各层普拍枋用材的年轮数、髓心位置与受压处的压缩情况,并采用无损检测技术获得木材年轮宽窄面与木材大小头摆放方式,同时对端面图像进行处理以计算端面裂隙率与缺损率。研究结果表明,应县木塔普拍枋用材为树龄大于100年的华北落叶松(Larix principis-rupprechtii Mayr.),且尽可能保证了木材两端髓心处于中心位置,同时木材的年轮宽窄面与大小头摆放存在一定规律;木材横纹受压残损是普拍枋的主要残损形式,其中压缩程度大于20%的木构件在各明层内槽普拍枋中占50%,同时随着木塔的使用普拍枋压缩程度仍在增加;木材局部受压是木构件端面开裂残损的重要原因,其中木构件局部受压压缩程度与端头开裂裂隙率呈高度线性相关。

地震保险助力应县木塔古建筑保护

国务院于1961年公布应县木塔为全国重点文物保护单位,2016年9月被吉尼斯世界纪录认证为“世界上最高的木塔”。应县木塔结构虽然对于地震灾害有抗震效果,但是经过长年累月的冲击,部分组件已经开始有损坏的趋势,基于美国、日本、新西兰的地震灾害保险制度经验与启示,整合过去应县木塔受到地震灾害侵蚀损害的数据,提出六点建议:一是自我保险与商业保险分级抗灾;二是应用再保险与风险证券化产品预先筹措损失资金;三是充分融合风险承担和社会参与促使应县木塔加入地震保险;四是解决古建筑地震保险在产品设计和开发方面不足的问题;五是解决应县木塔因应地震的损失压力测试与损失情况不同产生的风险差异化问题;六是解决应县木塔在地震保险实践方面的问题。指出应县木塔可以通过分材料、分层设计分项保险金额与保险费率进行投保,增加商业保险公司承保意愿。

应县木塔抗震性能研究

利用数值模拟方法研究应县木塔的动力特性及其抗震性能。首先从斗拱连接的实际构造出发,建立反映接触传力机制的斗拱节点域计算模型,研究其自身的动力特性,并利用动力特性等效方法将斗拱节点域简化为刚接简化模型和铰接简化模型。然后用简化节点域模型代替实际斗拱节点域建立木塔整体刚接和铰接有限元模型,并对这两个计算模型开展动力特性分析、弹性反应谱分析和时程分析。最后根据计算结果和相关研究成果对其地震作用下的性能进行评估。结果表明:木塔实测振型和计算振型基本相似,实测前4阶振型周期介于刚接计算模型与铰接计算模型之间;木塔二层明层是木塔的薄弱层;木塔在7度(0.15g)多遇地震作用下将产生严重损坏,二层明层位移角接近木塔倒塌的限值,在设防地震作用下有倒塌的可能。

应县木塔残损特征的分析研究

根据应县木塔残损现状实测及变形监测数据 ,分析了现有残损产生发展的主要原因及其主要特征 ,提出了抗震设防水平的确定原则和耐久年代的判定准则 .

应县木塔结构变形现状及分析

为了解应县木塔的构件变形和整体变形现状,对其圆柱的柱头和柱脚坐标、阑额和乳栿的挠度、楼板的相对高程进行了现场测量和分析,得到了圆柱倾斜水平投影值和柱脚高程、内外槽高差、阑额和乳栿的挠曲程度和整体变形等几何参数和力学特征。结果表明:在构件变形层面,应县木塔二层明层和三层的圆柱倾斜最严重,四层平坐层和五层平坐层外槽南侧、西南侧和北侧的圆柱倾斜水平投影值较大,木塔向东北向的倾斜仍在加剧;柱脚呈现出南高北低的规律,内、外槽高差从二层明层往上依次减小;除四层明层和五层明层外,其他各层均有25%～35%的阑额挠度过大,需要进行替换或加固,乳栿挠度相对较小;木塔的整体变形在东西向和南北向存在显著差异,从二层平坐层至五层明层,东西向各层中心偏移值先增大后减小,南北向各层中心偏移值逐层递增;二层明层到三层明层外槽柱向东的中心偏移量占木塔在该方向整体倾斜偏移量的75%,二层明层外槽柱向北的层位移占木塔在该方向整体倾斜偏移量的42%,各层中心偏移方向也存在差异。

应县木塔倾斜及扭转分析

应县木塔是辽代建筑的典型代表,距今已约960年.为了解应县木塔当前的变形状况,为其修缮和保护提供科学依据,对应县木塔进行了原位变形测试.进一步分析了木塔明层及平坐层的整体倾斜和扭转,其中对木塔的二层、三层进行重点分析.实测及分析结果表明:应县木塔的二层明层及平坐层内外槽变形不协调,外槽变形较严重;木塔二层明层外槽变形较大的柱子主要分布在西南、正南和东南方向,二层明层整体向东北方向倾斜.平坐层外槽变形较大的柱子主要分布在正西,西北和东北方向;三层明层与二层明层变形趋势基本一致,三层平坐层变形大于相应的二层,变形趋势和二层相反;二层、三层明层方柱与圆柱连接不紧密,两者变形不统一,方柱倾斜量普遍大于圆柱;相对于二层、三层,四层五层变形较小,整体向正北和东北方向倾斜;二层、三层内槽扭转方向不一致,且两层内槽扭转趋势相反,而外槽扭转趋势基本一致,方向均沿逆时针.

应县木塔秘藏中的辽代戒牒

在应县木塔秘藏中有两件辽代印制戒牒,时间上与敦煌戒牒相衔接,均为菩萨戒牒,弥补了宋朝中期戒牒的空缺。由于辽朝制度多仿照唐宋,而宋代内地戒牒未有流传至今者,这两件戒牒不仅是研究辽代佛教史的实物,对于研究宋代戒牒也具有重要参考价值。

卸荷存真--应县木塔介入式维护方案研究

文章认为应县木塔的价值包括传统木构技术样本价值、建筑学价值和历史文化价值三个方面。而三个方面的价值都在不同程度上有赖于建筑本身的原真性来保证。文章通过对木塔损坏情况及原因的分析认为,木材结构强度,尤其是抗压强度不足的问题是导致木塔构件损坏的主要原因,进而在此基础上遵循原真性、必要性、可逆性和可识别性原则,提出在木塔内外槽之间通过独立钢架的介入对其进行加固与维修的方案,并对方案的若干细节做了研究和探索。

应县木塔《大乘杂宝藏经劝善文》变文浅析

1974年发现的应县木塔辽代秘藏,是继1899年敦煌文书发现之后,同类文物的又一次重大发现。其中有许多辽代僧人辑撰的经讲和俗讲,是研究辽代俗文学的珍贵资料。《大乘杂宝藏经劝善文》变文与敦煌莫高窟所出《维摩诘经变文》在形式和内容上既有相似之处,又各有特色。

应县木塔秘藏中的辽代《蒙求》刻本

应县木塔秘藏中发现的辽代雕版印刷书籍《蒙求》为现存最早的《蒙求》刻本,保存了《蒙求》正文的大部分内容,并附有《音义》,均为敦煌出土《蒙求》抄本所缺内容,与传世补注本也多有不同,更接近李瀚《蒙求》的原貌,具有重要的学术和校勘价值。

从应县木塔秘藏看辽代西京地区雕版印刷业的兴盛原因

应县木塔辽代秘藏的发现,给辽代雕版印刷研究提供了有力的实物证据。归纳辽代西京地区雕版业兴盛的原因,主要有五个方面:一是西京大同曾是北魏国都和辽代行都,文化传统深厚;二是辽代推行尊孔崇儒国策,大力发展文化教育;三是北魏至辽代信奉佛教,佛经刻印盛行;四是西京地区农牧业和手工业发达,经济相对发达;五是西京地区交通便利,人口密集,便于书籍流通。以上因素造就了辽代西京地区发达的雕版印刷业,为金元雕版业走向繁荣打下了坚实基础,也为中华多元文化的融合和发展做出了贡献。

应县木塔秘藏《大乘杂宝藏经》变文研究

应县木塔秘藏中的《大乘杂宝藏经》变文,素材多来源于现实生活,文字生动形象,比喻也十分精当,为听众所喜闻乐见。与后来的说唱戏曲艺术关系密切,是研究辽代讲唱文学的珍贵资料。

激光雷达技术在应县木塔形变分析中的应用

为了更好地对应县木塔进行保护,需要分析其形变程度,了解木塔的健康状况,进而制定科学的保护方案。利用地面激光雷达、高精度全站仪等测量传感器,通过激光雷达扫描和全站仪控制测量相结合的方案采集监测数据。首先对采集的点云数据进行预处理,外部点云采用整体配准算法进行配准,通过特征进行粗配准和迭代最近点(ICP)算法进行精配准的两次配准,配准后根据控制点完成内、外点云坐标转换,通过罗德里格矩阵求解空间转换参数,最终得到绝对坐标系下的整体点云模型。对点云模型进行多种剖切,测量出柱子的倾斜角度、偏移距离以及整体倾斜角度等数据,定量分析单柱、单层及整体的形变。结果表明:应县木塔各层柱子都存在形变,木塔第2层形变较大,其中M2W23号柱子倾斜最严重;各层均向东北方向有不同程度的倾斜,西南面柱子的位移量普遍较大;从整体上看,木塔向东北方向倾斜并存在着复杂的扭转变形,木塔西侧由南向北发生顺时针扭转,东侧由南向北发生逆时针扭转;应县木塔正处于严重的形变中,急需进行保护。

古木建筑的修缮保护策略研究——以应县木塔为例

中国古代留存下来的建筑具有很高的历史价值。近年来,城市化的快速进程外加自然灾害的影响,古建筑的数量与保存质量都成为修复和保护的重点,对古建筑科学合理的修缮加固,能有效保护历史资源。文章以历史上对应县木塔结构修缮加固为例,提出了木塔现状修缮加固的重点及可行的方法,并由此得出对古代木结构建筑修缮保护的策略与启发。

基于文化历史背景的应县木塔与杭州六和塔对比研究

文章针对应县木塔及杭州六和塔进行了对比研究,探讨了地域性的文化历史背景对古建筑的影响。其中,当地地理气候决定了建造材料和结构体系,建筑担当的社会角色和功能决定了其外观形象气质,而深层次的民族文化差异则决定了建筑造型风格。

应县木塔保护的世纪之争

应县木塔是我国现存传统古代木结构建筑中最宏伟,高度最高、体量最大、该类型年代最久远的建筑遗产,也是现存木结构中存在安全风险最大的一处,具有木结构的倾斜、位移、构件损坏、材料风化等问题。应县木塔的保护、研究工作同样成为备受关注的焦点,近几十年关于保护与维修一直在进行着不懈的探讨,提出了落架大修、木塔全支撑、上部抬升等方案,同时也对木塔的现状维修进行了探索,即在保持木塔现有建筑形态不动、原有结构受力体系不变、原有构件和材料基本不换的大前提下,针对木塔目前存在的有可能导致木塔安全受损的主要病害,进行有针对性的加固、补强和修复。

辽金文献中的应县木塔

应县木塔为世界上现存年代最久、最高最大的木结构佛塔。关于木塔的建筑年代,史书中无明确记载。在辽代碑刻、金代牌匾、元好问与刘祁的诗文中,均有关于释迦塔的记载。辽代碑刻中称木塔为"金城戍楼",在元好问诗歌中称其为"应州戍楼"和"金城浮图",在刘祁游记中称其为"金城浮屠"。

辽代卜筮书中的木奴与天牛考

在山西应县木塔秘藏中,有辽代刻印卜筮书1件,从保存文字内容看,系用宫、商、角、徴、羽五音及木奴、天牛、玉犬等占卜凶吉,属于葬书类,其中的"木奴歌"与"天牛吼"失传已久,具有重要的学术研究价值。结合敦煌葬书文献中的有关资料,对木奴和天牛以及鸣吠歌吼等内容作了考察,指出鸣吠歌吼各有其主,并纠正了后人对"呼"的错误理解。